Python高级技术之：理解`Python`的动态特性：`monkey patching`的优缺点与最佳实践。 - 智猿学院-前后端，数据库，人工智能，云计算等领域前沿技术讲座

各位观众老爷们，大家好！今天咱们来聊聊Python里一个挺有意思，但也容易让人抓狂的特性——猴子补丁（Monkey Patching）。别害怕，这玩意儿听起来像黑魔法，实际上就是一种动态修改代码的方式。咱们今天就来扒一扒它的皮，看看它到底是个什么玩意儿，好在哪里，又坏在哪里，以及怎么用才能不把自己坑死。

1. 猴子补丁：你是谁？从哪儿来？要到哪儿去？

要理解猴子补丁，首先得明白Python的动态特性。 Python这门语言，它非常灵活，你可以在程序运行的时候，修改类、模块甚至函数。这就像给汽车换零件，不用停下来回厂大修，直接在路上就能搞定。

猴子补丁，本质上就是利用Python的这种动态性，在程序运行过程中，动态地替换原有的代码。简单来说，就是“偷偷摸摸”地给代码打个补丁，改变它的行为。

举个例子，假设我们有个模块 my_module.py：

# my_module.py
def original_function():
    print("这是原始函数")

现在，我们要用猴子补丁来修改这个函数：

# main.py
import my_module

def new_function():
    print("这是猴子补丁后的函数")

my_module.original_function = new_function  # 猴子补丁！

my_module.original_function()  # 输出: 这是猴子补丁后的函数

看到了吗？我们直接把 my_module.original_function 替换成了 new_function。这样，调用 my_module.original_function() 的时候，执行的就是 new_function 里的代码了。这就是猴子补丁最基本的用法。

2. 猴子补丁的优点：灵活性，拯救代码于水火之中

猴子补丁之所以存在，肯定有它的道理。它最大的优点就是灵活性，能在某些特定场景下，解决一些棘手的问题。

修复bug： 当你发现一个第三方库有bug，但又不能或者不想修改它的源码时，可以用猴子补丁临时修复。
添加功能： 同样，如果第三方库缺少某个功能，你也可以用猴子补丁来添加。
Mock测试： 在单元测试中，可以用猴子补丁来mock掉一些外部依赖，比如数据库连接、网络请求等，方便测试。
A/B测试： 可以根据不同的用户，动态地修改代码行为，实现A/B测试。
兼容性处理： 针对不同的环境或版本，可以用猴子补丁来做一些兼容性处理。

3. 猴子补丁的缺点：副作用大，容易踩坑

凡事都有两面性，猴子补丁虽然灵活，但也存在很多缺点。如果使用不当，很容易给自己挖坑。

可读性差： 猴子补丁会改变代码的原始行为，如果不了解补丁的存在，阅读代码时会感到困惑。
维护性差： 猴子补丁分散在代码各处，难以追踪和维护。如果补丁失效，或者与其他补丁冲突，排查问题会非常困难。
隐藏bug： 猴子补丁可能会掩盖掉代码中真正的bug。如果不小心修复了错误的bug，可能会导致更严重的问题。
命名空间污染： 猴子补丁会修改全局命名空间，可能会与其他代码产生冲突。
意料之外的副作用： 猴子补丁的影响范围难以预测，可能会导致意料之外的副作用。

为了更直观地展示优缺点，我们用表格总结一下：

优点	缺点
灵活性高，可以动态修改代码行为	可读性差，难以理解代码的真实行为
修复bug方便，无需修改第三方库源码	维护性差，难以追踪和管理补丁
添加功能方便，无需修改第三方库源码	可能会隐藏bug，导致更严重的问题
Mock测试方便，隔离外部依赖	命名空间污染，可能与其他代码冲突
实现A/B测试，根据用户动态调整代码行为	影响范围难以预测，可能导致意料之外的副作用
兼容性处理，针对不同环境或版本进行适配	如果过度使用，可能会使代码变得混乱不堪

4. 猴子补丁的最佳实践：如何优雅地玩猴子？

既然猴子补丁这么容易出问题，那我们应该怎么用才能尽量避免踩坑呢？这里有一些最佳实践建议：

谨慎使用： 只有在必要的时候才使用猴子补丁。如果有其他更好的解决方案，比如修改源码、使用继承、使用装饰器等，尽量不要使用猴子补丁。
明确注释： 在使用猴子补丁的地方，一定要添加详细的注释，说明为什么要打这个补丁，以及补丁的作用是什么。
集中管理： 将猴子补丁放在一个单独的模块或文件中，方便管理和维护。这样，可以更容易地找到所有的补丁，并进行统一的管理。
控制范围： 尽量缩小猴子补丁的影响范围。只修改需要修改的部分，不要修改整个类或模块。
单元测试： 为猴子补丁编写单元测试，确保补丁的正确性。这样，可以及时发现补丁中的bug，并防止补丁失效。
考虑替代方案： 在使用猴子补丁之前，仔细考虑是否有其他替代方案。比如，可以使用装饰器来添加功能，或者使用继承来修改类的行为。
及时移除： 一旦问题解决，或者有了更好的解决方案，及时移除猴子补丁。不要让猴子补丁长期存在，否则可能会成为代码中的“定时炸弹”。
命名规范： 给猴子补丁相关的变量和函数使用明确的命名，例如 _monkey_patched_function，这样可以更容易区分原始代码和补丁代码。
版本控制： 在代码中使用版本控制系统（例如 Git），可以更容易地追踪猴子补丁的修改历史。
文档记录： 在项目的文档中记录所有使用的猴子补丁，说明它们的作用、影响范围和维护者。

5. 猴子补丁的常见应用场景：代码示例

为了让大家更好地理解猴子补丁的应用，我们来看几个常见的例子。

5.1 修复第三方库的bug

假设我们使用的 requests 库有个bug，会错误地处理某些特殊的URL。我们可以用猴子补丁来修复这个bug：

import requests

def patched_urljoin(base, url):
    """修复requests库urljoin的bug"""
    if not base.endswith('/'):
        base += '/'
    return requests.compat.urljoin(base, url)

# 猴子补丁
requests.compat.urljoin = patched_urljoin

在这个例子中，我们定义了一个 patched_urljoin 函数，修复了 requests.compat.urljoin 函数的bug。然后，我们直接把 requests.compat.urljoin 替换成了 patched_urljoin。

5.2 添加第三方库的功能

假设我们使用的 json 库缺少一个功能，可以自动将驼峰命名的key转换为下划线命名的key。我们可以用猴子补丁来添加这个功能：

import json
import re

def camel_to_snake(name):
    """将驼峰命名的字符串转换为下划线命名的字符串"""
    s1 = re.sub('(.)([A-Z][a-z]+)', r'1_2', name)
    return re.sub('([a-z0-9])([A-Z])', r'1_2', s1).lower()

def patched_dumps(obj, *args, **kwargs):
    """自动将驼峰命名的key转换为下划线命名的key"""
    def convert_keys(obj):
        if isinstance(obj, dict):
            return {camel_to_snake(k): convert_keys(v) for k, v in obj.items()}
        elif isinstance(obj, list):
            return [convert_keys(elem) for elem in obj]
        else:
            return obj

    obj = convert_keys(obj)
    return json.dumps(obj, *args, **kwargs)

# 猴子补丁
json.dumps = patched_dumps

在这个例子中，我们定义了一个 camel_to_snake 函数，用于将驼峰命名的字符串转换为下划线命名的字符串。然后，我们定义了一个 patched_dumps 函数，它会先将对象中的所有key转换为下划线命名的key，然后再调用 json.dumps 函数。最后，我们直接把 json.dumps 替换成了 patched_dumps。

5.3 Mock测试

假设我们的代码依赖于一个外部API，但在单元测试中，我们不想真正地调用这个API。我们可以用猴子补丁来mock掉这个API：

import unittest
import my_module
import requests

def mocked_get(url, *args, **kwargs):
    """Mock requests.get函数"""
    return MockResponse()

class MockResponse:
    """Mock requests.Response类"""
    def __init__(self):
        self.status_code = 200
        self.text = '{"data": "test data"}'

class MyModuleTest(unittest.TestCase):
    def test_my_function(self):
        # 猴子补丁
        requests.get = mocked_get

        result = my_module.my_function()
        self.assertEqual(result, 'test data')

if __name__ == '__main__':
    unittest.main()

在这个例子中，我们定义了一个 mocked_get 函数，它会返回一个 MockResponse 对象，模拟API的响应。然后，我们在测试用例中，直接把 requests.get 替换成了 mocked_get。这样，在测试 my_module.my_function 函数时，就不会真正地调用外部API了。

6. 总结：猴子虽好，可不要贪杯哦！

总而言之，猴子补丁是一种强大的工具，可以用来解决一些棘手的问题。但是，它也存在很多缺点，如果使用不当，很容易给自己挖坑。因此，在使用猴子补丁时，一定要谨慎，遵循最佳实践，才能避免踩坑。记住，猴子虽好，可不要贪杯哦！

最后，给大家留个思考题：除了上面提到的应用场景，你还能想到哪些可以使用猴子补丁的地方？欢迎大家在评论区留言讨论。

谢谢大家！

发表回复 取消回复

发表回复取消回复