详解Python编程中对Monkey Patch猴子补丁开发方式的运用

Monkey patch就是在运行时对已有的代码进行修改，达到hot patch的目的。Eventlet中大量使用了该技巧，以替换标准库中的组件，比如socket。首先来看一下最简单的monkey patch的实现。

class Foo(object):
  def bar(self):
    print 'Foo.bar'

def bar(self):
  print 'Modified bar'

Foo().bar()

Foo.bar = bar

Foo().bar()

由于Python中的名字空间是开放，通过dict来实现，所以很容易就可以达到patch的目的。

Python namespace

Python有几个namespace，分别是

• locals
• globals
• builtin

其中定义在函数内声明的变量属于locals，而模块内定义的函数属于globals。

Python module Import & Name Lookup

当我们import一个module时，python会做以下几件事情

• 导入一个module
• 将module对象加入到sys.modules，后续对该module的导入将直接从该dict中获得
• 将module对象加入到globals dict中

当我们引用一个模块时，将会从globals中查找。这里如果要替换掉一个标准模块，我们得做以下两件事情

将我们自己的module加入到sys.modules中，替换掉原有的模块。如果被替换模块还没加载，那么我们得先对其进行加载，否则第一次加载时，还会加载标准模块。（这里有一个import hook可以用，不过这需要我们自己实现该hook，可能也可以使用该方法hook module import）
如果被替换模块引用了其他模块，那么我们也需要进行替换，但是这里我们可以修改globals dict，将我们的module加入到globals以hook这些被引用的模块。
Eventlet Patcher Implementation

现在我们先来看一下eventlet中的Patcher的调用代码吧，这段代码对标准的ftplib做monkey patch，将eventlet的GreenSocket替换标准的socket。

from eventlet import patcher

# *NOTE: there might be some funny business with the "SOCKS" module
# if it even still exists
from eventlet.green import socket

patcher.inject('ftplib', globals(), ('socket', socket))

del patcher

inject函数会将eventlet的socket模块注入标准的ftplib中，globals dict被传入以做适当的修改。

让我们接着来看一下inject的实现。

__exclude = set(('__builtins__', '__file__', '__name__'))

def inject(module_name, new_globals, *additional_modules):
  """Base method for "injecting" greened modules into an imported module. It
  imports the module specified in *module_name*, arranging things so
  that the already-imported modules in *additional_modules* are used when
  *module_name* makes its imports.

  *new_globals* is either None or a globals dictionary that gets populated
  with the contents of the *module_name* module. This is useful when creating
  a "green" version of some other module.

  *additional_modules* should be a collection of two-element tuples, of the
  form (, ). If it's not specified, a default selection of
  name/module pairs is used, which should cover all use cases but may be
  slower because there are inevitably redundant or unnecessary imports.
  """
  if not additional_modules:
    # supply some defaults
    additional_modules = (
      _green_os_modules() +
      _green_select_modules() +
      _green_socket_modules() +
      _green_thread_modules() +
      _green_time_modules())

  ## Put the specified modules in sys.modules for the duration of the import
  saved = {}
  for name, mod in additional_modules:
    saved[name] = sys.modules.get(name, None)
    sys.modules[name] = mod

  ## Remove the old module from sys.modules and reimport it while
  ## the specified modules are in place
  old_module = sys.modules.pop(module_name, None)
  try:
    module = __import__(module_name, {}, {}, module_name.split('.')[:-1])

    if new_globals is not None:
      ## Update the given globals dictionary with everything from this new module
      for name in dir(module):
        if name not in __exclude:
          new_globals[name] = getattr(module, name)

    ## Keep a reference to the new module to prevent it from dying
    sys.modules['__patched_module_' + module_name] = module
  finally:
    ## Put the original module back
    if old_module is not None:
      sys.modules[module_name] = old_module
    elif module_name in sys.modules:
      del sys.modules[module_name]

    ## Put all the saved modules back
    for name, mod in additional_modules:
      if saved[name] is not None:
        sys.modules[name] = saved[name]
      else:
        del sys.modules[name]

  return module

注释比较清楚的解释了代码的意图。代码还是比较容易理解的。这里有一个函数__import__，这个函数提供一个模块名（字符串），来加载一个模块。而我们import或者reload时提供的名字是对象。

if new_globals is not None:
  ## Update the given globals dictionary with everything from this new module
  for name in dir(module):
    if name not in __exclude:
      new_globals[name] = getattr(module, name)

这段代码的作用是将标准的ftplib中的对象加入到eventlet的ftplib模块中。因为我们在eventlet.ftplib中调用了inject，传入了globals，而inject中我们手动__import__了这个module，只得到了一个模块对象，所以模块中的对象不会被加入到globals中，需要手动添加。
这里为什么不用from ftplib import *的缘故，应该是因为这样无法做到完全替换ftplib的目的。因为from … import *会根据__init__.py中的__all__列表来导入public symbol，而这样对于下划线开头的private symbol将不会导入，无法做到完全patch。