[Python知识库]Ubuntu系统下Python的虚拟环境搭建方法简介：venv、virtualenv、pipenv

一、Python虚拟环境的作用及创建方法简介

1.1 创建虚拟环境的必要性

Python虚拟环境的作用：针对不同项目搭建独立的Python运行环境，防止与其他Python运行环境发生冲突。
Python虚拟环境的优点：有助于Python包管理和维护。另外，便于卸载不需要的Python虚拟环境，最直接的方法就是直接删除存放Python虚拟环境的文件即可，实际操作起来十分方便。

1.2 venv、virtualenv、pipenv三种创建虚拟环境方法比较

1、搭建Python虚拟环境的方法

创建Python虚拟环境的很多，比如Pycharm中引入解释的方式就包括：Virtualenv、Conda环境、系统解释器、SSH解释器、Docker等。本文以venv、virtualenv、pipenv为例子，介绍搭建Python虚拟环境的方法。

2、venv、virtualenv方法
Python 从3.3 版本开始，自带了一个虚拟环境 venv。它的很多操作都和 virtualenv 类似，但是两者运行机制不同。因为仅仅支持 python 3.3 和以后版本。所以，要在 python2 上使用虚拟环境，依然要利用 virtualenv 。

注意：虽然venv、virtualenv方法有很多缺点，但是它们是理解其他高级虚拟环境搭建的基础。

3、pipenv方法
pipenv是官方推荐的包管理工具，集成了pip、virtualenv两者的功能。它能自动创建和管理虚拟环境，Pipfile和Pipfile.lock文件来锁定安装包版本以及依赖包信息，避免构建错误。pipenv的基本理念：Pipfile文件是TOML格式而不是requirements.txt这样的纯文本；一个项目对应一个 Pipfile，支持开发环境与正式环境区分；提供版本锁支持，存为 Pipfile.lock。

pipenv的优势：相比较与venv、virtualenv两种搭建虚拟环境的方法稍显简陋的requirements.txt文件，pipenv由于具有了Pipfile这个依赖管理文件，所以在复杂的Python项目包管理和安装中更具优势。

二、venv搭建虚拟环境

2.1 venv虚拟环境创建最简单的例子

1、创建Python虚拟环境
venv创建Python虚拟环境的指令：

python3 -m venv 自定义的Python虚拟环境文件名字（安装在当下目录）|也可以自定义安装路径

比如，以一个最简单hello_world_test.py项目（文件中就只有一条指令print('hello world!')）为例，展示上面的具体过程。首先，创建一个test_evn文件夹，进入该文件夹打开终端，输入python3 -m venv test_env创建一个针对该项目的test_env虚拟环境。

2、进入Python虚拟环境并执行代码
进入创建的test_env虚拟环境的命令为：

source test_env/bin/activate

这样我们就进入了test_evn虚拟环境了，在终端输入python3 hello_world_test.py：

2.2 熟悉而陌生的pip

pip是我们最重用的Python包管理工具。使用pip我们可以安装Python以来的各种包，按照Python安装源的不同，可以将pip安装Python包分为以下几类：

2.2.1 从PyPI上安装

PyPI官网上的解释：PyPI（Python Package Index）是一个Python编程语言的软件仓库。

1、pip安装Python软件包语法

当我们进入上面创建test_env虚拟环境后，可以使用pip安装PyPI上的Python软件包：

# （1）安装包/项目的默认版本：
pip install 包名
# （2）安装一个包/项目的指定版本：
pip install 包名 == x.x
# （3）安装一个区间包/项目的版本
pip install 包名 >=1, <2

2、pip安装Python软件包示例
注意，我们必须是在已经创建的test_env虚拟环境中，输入pip install numpy，就可以安装numpy包了，可以使用pip list安装前后的结果如下图所示：

注意：官网上给出的安装语法为：python3 -m pip install 包名。其实，这两种方法本质上是一样的，pip install显得简洁很多，但是官方在最新的版本上建议使用python3 -m pip install 包名。

2、pip更新、卸载Python软件包语法

（1）软件包更新：

pip install --upgrade 包名

或者：

python3 -m pip install --upgrade 包名

（2）软件包卸载：

pip uninstall 包名

或者

python3 -m pip uninstall 包名

2.2.2 pip根据Requirements文件配置环境

我们从github上克隆项目时，下载的文件夹中经常存在一个requirements.txt文件，这个文件中存放着项目需要的Python包及其版本：

pip提供了一种直接根据requirements.txt文件安装所需要的对应版本软件包，其语法如下所示：

python3 -m pip install -r requirements.txt

pip还有很多针对不同场景的软件包安装方式，具体的可以参考Python包手册中的包安装教程。

三、virtualenv搭建虚拟环境

virtualenv搭建虚拟环境与venv方法相类似，这里就不过多展开它的细节了。

3.1 virualenv的安装

由于virualenv不是官方自带的包，所以需要先使用pip安装：

pip install virtualenv

3.2 virualenv创建虚拟环境

为一个工程项目搭建一个虚拟环境：

cd my_project
virtualenv my_env

另外，如果存在多个python解释器，可以选择指定一个Python解释器（比如python3.7，注意系统中必须首先安装python3.7），没有指定则由系统默认的解释器来搭建：

virtualenv -p /usr/bin/python3.7 my_env

同样的，要开始使用虚拟环境，其需要被激活：

source my_env/bin/activate

退出虚拟环境：

deactivate

3.3 virualenv其它使用方法

（1） 用pip freeze查看当前安装版本

pip freeze

（2） 使用requirements.txt配置虚拟环境
创建一个requirements.txt 文件，其中包含了当前环境中所有包及各自的版本的简单列表，使用下面命令可以安装requirements.txt文件中的软件包：

pip install -r requirements.txt

四、pipenv搭建虚拟环境

4.1 pipenv简介

1、pipenv的特性

为了简要系统地介绍Pipenv，我们需要首先了解其主要特性：

• （1）pipenv集成了pip，virtualenv两者的功能，且完善了两者的一些缺陷。
• （2）Pipenv使用Pipfile和Pipfile.lock，实现了仅仅管理requirements.txt文件在实际项目中的存在的不足之处。
• （3）使用哈希校验并能自动公开安全漏洞，实现了项目的安全性。
• （4）通过pipenv graph命令，清晰展示依赖图。
• （5）可以加载.env文件简化实际开发工作的流程。

2、pipenv解决的问题

• （1）requirements.txt依赖管理的局限。
• （2）多个项目依赖不同版本的子模块。
• （3）依赖分析。

这里就不展开介绍了，感兴趣的可查看拥抱pipenv和pipenv 入门教程。

4.2 pipenv的安装与使用方法

1、pipenv的安装方法

sudo apt install pipenv

在开始pipenv的使用前，这里首先排除一个坑：在ubuntu20.04上使用pipenv的第一条指令pipenv install，你会发现出现：? Creating virtual environment...ModuleNotFoundError: No module named 'virtualenv.seed.via_app_data'这样的错误。

排坑方法：这是因为ubuntu20.04的问题，在安装pipenv的时候，默认安装的virtualenv的版本为20.4.0，这里将virtualenv20.4.0卸载，然后安装20.0.23 版本：

pip3 uninstall virtualenv
pip3 install virtualenv==20.0.23

2、pipenv的使用

（1）在指定目录下创建虚拟环境，并使用默认版本的Python（与ubuntu系统安装的Python版本一致）

首先创建一个存放pipenv创建虚拟环境的文件夹pipenv，在该文件夹下打开终端，使用当前系统的Python3创建虚拟环境，输入代码如下：

pipenv install

安装的具体信息如下所示：

注意：使用pipenv install时，会自动检测当前目录下有没有requirments.txt，并生成Pipfile，然后在此基础上对生成的Pipfile进行再次修改。

（2）激活虚拟环境

pipenv shell

如下图所示，liang@liang前面有一个pipenv就表示这个时候就激活了创建的虚拟环境了：

（3）安装第三方模块，并生成Pipfile和Pipfile.lock文件

经过上面的过程，在创建的文件夹pipenv中已经生成了Pipfile和Pipfile.lock文件，但是这个文件夹中只有虚拟环境的最基本配置信息：

这个时候，我们就可以使用下面指令，在虚拟环境pipenv中安装第三方库（这里以pandas为例）了：

pipenv install pandas

如下面左图所示，在执行安装pandas包之前，通过pip list查看虚拟环境中的python包，里面并没有pandas包；如下面右图所示，执行pipenv install pandas后，虚拟环境中就存在pands包及相关python包了：

执行完了pipenv install pandas，我们再看看Pipfile文件，就发现在[packages]下面就有了关于pandas包的描述信息了：

（4）查看依赖关系

pipenv graph

（5）其他常用的pipenv命令

• 查看当前项目所在的虚拟环境的位置：pipenv --where
• 查看虚拟环境位置：pipenv --venv
• 查看Python解释器信息：pipenv --py
• 退出虚拟环境:exit
• 卸载虚拟环境中的包：pipenv uninstall 包名
• 删除虚拟环境：pipenv --rm
• 修改下载源：pipenv install安装模块时有时候会很慢，可以修改Pipfile文件中[source]下面的url属性，设置国源，比如修改成：url = "https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple"。

pipenv的最大好处是：

• pipenv --rm只是把创建的虚拟环境删除了，但是Pipfile和Pipfile.lock还存在，下次如果想要创建与上次项目相同的虚拟环境，只要使用pip install命令即可；
• 我们还可以将Pipfile和Pipfile.lock复制到其他的项目中，执行pipenv install就可自动创建项目需要的环境。