Python高级技术之：`Python`的`tox`：如何实现多版本`Python`环境的测试。

各位听众朋友们，大家好！我是你们的老朋友，今天咱们来聊聊Python世界里一个非常实用的小工具——tox。 别看它名字听起来像某种有毒物质，实际上它可是个好东西，能帮助我们轻松搞定多版本Python环境的测试。

开场白：Python环境问题，程序员的噩梦？

咱们写Python代码，经常会遇到这样的情况：我的代码在Python 3.9上跑得飞起，但是到了Python 3.7上就报各种稀奇古怪的错误。 或者，我依赖了一些第三方库，这些库在新版本的Python里可能已经过时了，导致我的代码也跟着罢工。

这简直是程序员的噩梦啊！ 为了解决这个问题，我们可能需要手动安装多个版本的Python，然后用venv或者virtualenv来管理不同的虚拟环境。 这样做虽然可行，但是非常繁琐，而且容易出错。

有没有更优雅、更高效的解决方案呢？ 答案就是tox！

tox：你的Python环境管家

tox是一个通用的自动化测试工具，特别擅长管理多个Python环境。 它可以帮助我们：

• 自动创建多个Python虚拟环境
• 在这些虚拟环境中安装依赖
• 运行测试命令
• 报告测试结果

简单来说，tox可以让我们在一个统一的入口，就能轻松地在多个Python版本下测试我们的代码，极大地提高了开发效率。

tox的基本概念：环境和命令

在使用tox之前，我们需要了解两个核心概念：环境（environment）和命令（command）。

• 环境（environment）：指的是一个独立的Python运行环境，通常对应一个特定的Python版本。 例如，py37、py38、py39等。 每个环境都有自己的依赖和配置。
• 命令（command）：指的是在特定环境中执行的命令。 这些命令通常用于安装依赖、运行测试、执行代码检查等。

tox.ini：tox的配置文件

tox的行为完全由一个名为tox.ini的配置文件控制。 这个文件通常位于项目的根目录下，用于定义各种环境和命令。

下面是一个简单的tox.ini示例：

[tox]
envlist = py37, py38, py39

[testenv]
deps =
    pytest
    requests
commands =
    pytest

这个配置文件定义了三个环境：py37、py38和py39。 在每个环境中，tox会：

1. 安装pytest和requests这两个依赖。
2. 运行pytest命令。

tox的安装和使用

首先，我们需要安装tox：

pip install tox

安装完成后，进入项目根目录，执行tox命令：

tox

tox会自动读取tox.ini文件，创建对应的虚拟环境，安装依赖，并运行测试命令。 测试结果会显示在终端上。

深入tox.ini：更高级的配置

tox.ini文件支持非常灵活的配置选项，可以满足各种复杂的测试需求。 下面我们来介绍一些常用的配置项。

• [tox] section:

  • envlist: 指定要运行的环境列表。 可以使用逗号分隔多个环境，也可以使用{py37,py38,py39}这样的语法。
  • isolated_build: 是否使用隔离的构建环境。 默认值为True，建议保持默认值。
  • skip_missing_interpreters: 如果找不到某个版本的Python解释器，是否跳过该环境。 默认值为False，建议设置为True，避免因为缺少某个Python版本而导致整个测试失败。
  • requires: 安装tox需要安装的依赖包，注意这部分与testenv下的deps区别

• [testenv] section:

  • deps: 指定当前环境的依赖列表。 可以使用==、>=、<=等符号指定版本范围。
  • commands: 指定要执行的命令列表。 可以使用{posargs}来传递命令行参数。
  • passenv: 指定要传递给环境的环境变量列表。 可以使用*通配符传递所有环境变量。
  • setenv: 设置环境变量。例如：setenv = DJANGO_SETTINGS_MODULE = myproject.settings
  • changedir: 指定命令执行的目录。
  • whitelist_externals: 白名单外部命令。 默认情况下，tox会阻止执行外部命令，以防止潜在的安全风险。 如果需要执行外部命令，需要将其添加到白名单中。
  • install_command: 用于安装软件包的命令，默认为 "{envbindir}/python" -m pip install {opts} {packages}"。
  • download: 是否从网络下载软件包，默认为 True。
  • alwayscopy: 是否总是复制软件包，默认为 False。
  • recreate: 是否总是重新创建虚拟环境，默认为 False。 如果设置为True，则每次运行tox都会重新创建环境，这可以确保环境的纯净性，但会增加运行时间。
  • usedevelop: 是否使用python setup.py develop来安装软件包，默认为 False。
  • extras: 指定要安装的额外依赖，例如：extras = tests,docs。
  • description: 环境的描述，用于在tox -l命令中显示。
  • package: 指定要打包的目录，默认为 "."。
  • wheel_base: wheel 文件的存储目录，默认为 "{toxworkdir}/dist"。
  • ignore_outcome: 忽略命令的退出码，默认为 False。 如果设置为True，则即使命令执行失败，tox也不会报错。
  • interrupt_timeout: 中断超时时间，默认为 10 秒。

更复杂的tox.ini示例

下面是一个更复杂的tox.ini示例，展示了如何使用一些高级配置选项：

[tox]
envlist = py37, py38, py39, flake8

[testenv]
deps =
    pytest
    requests
    -rrequirements.txt  # 从 requirements.txt 文件读取依赖
commands =
    pytest {posargs}
passenv = CI TRAVIS GITHUB_ACTIONS  # 传递 CI、TRAVIS 和 GITHUB_ACTIONS 环境变量

[testenv:flake8]
basepython = python3
deps =
    flake8
commands =
    flake8 my_package  # 对 my_package 目录进行代码检查

在这个示例中：

• envlist包含了py37、py38、py39和flake8四个环境。
• testenv section定义了py37、py38和py39环境的配置。 这些环境会安装pytest和requests依赖，并从requirements.txt文件中读取额外的依赖。 然后，它们会运行pytest命令，并将命令行参数传递给pytest。 此外，它们还会传递CI、TRAVIS和GITHUB_ACTIONS环境变量。
• testenv:flake8 section定义了flake8环境的配置。 这个环境使用python3作为基础Python解释器，安装flake8依赖，并对my_package目录进行代码检查。

tox与其他工具的集成

tox可以与其他工具很好地集成，例如：

• 持续集成（CI）系统：tox可以很容易地集成到CI系统中，例如Travis CI、GitHub Actions等。 只需要在CI配置文件中运行tox命令即可。
• 代码覆盖率工具：tox可以与coverage.py等代码覆盖率工具集成，生成代码覆盖率报告。
• 代码质量检查工具：tox可以与flake8、pylint等代码质量检查工具集成，进行代码风格检查。

最佳实践

• 保持tox.ini简洁：尽量将tox.ini文件保持简洁，只包含必要的配置。
• 使用requirements.txt管理依赖：将依赖列表放在requirements.txt文件中，可以更好地管理依赖版本。
• 使用环境变量：可以使用环境变量来控制tox的行为，例如，根据环境变量选择运行哪些环境。
• 定期更新依赖：定期更新依赖，可以避免安全漏洞和兼容性问题。
• 利用{posargs}传递参数：使用{posargs}可以方便地将命令行参数传递给测试命令。

一个更全面的tox.ini例子

[tox]
envlist = py{38,39,310,311}, flake8, pydocstyle  # 使用花括号简化环境列表
isolated_build = True
skip_missing_interpreters = True  # 找不到解释器就跳过

[testenv]
basepython = python3  # 默认Python3
deps =
    pytest >= 6.0  # 指定版本范围
    requests
    -r {toxinidir}/requirements_dev.txt  # 从开发依赖文件读取
commands =
    pytest --cov=my_package --cov-report term-missing {posargs}  # 运行测试，生成覆盖率报告
passenv = *  # 传递所有环境变量
setenv =
    PYTHONPATH = {toxinidir}  # 设置PYTHONPATH

[testenv:flake8]
basepython = python3
deps =
    flake8
commands =
    flake8 my_package tests

[testenv:pydocstyle]
basepython = python3
deps =
    pydocstyle
commands =
    pydocstyle my_package

代码演示：一个简单的Python项目

为了更好地演示tox的使用，我们创建一个简单的Python项目：

my_package/
├── __init__.py
├── my_module.py
tests/
├── __init__.py
└── test_my_module.py
requirements.txt
requirements_dev.txt
tox.ini

my_module.py：

def add(x, y):
  """Adds two numbers."""
  return x + y

test_my_module.py：

from my_package.my_module import add

def test_add():
  assert add(1, 2) == 3
  assert add(0, 0) == 0
  assert add(-1, 1) == 0

requirements.txt：

requests

requirements_dev.txt:

pytest
pytest-cov

tox.ini：

[tox]
envlist = py{38,39,310,311}

[testenv]
deps =
    -rrequirements.txt
    -rrequirements_dev.txt
commands =
    pytest

在这个项目中，我们定义了一个add函数和一个简单的测试用例。 现在，我们只需要运行tox命令，就可以在多个Python版本下测试我们的代码了。

高级用法：tox-gh-actions

如果你使用 GitHub Actions 进行持续集成，tox-gh-actions 是一个非常方便的插件。 它可以自动配置 tox 在 GitHub Actions 中运行，并根据 Python 版本矩阵自动创建任务。

安装 tox-gh-actions:

pip install tox-gh-actions

然后在 .github/workflows/main.yml 中添加如下配置：

name: Test

on:
  push:
    branches: [ main ]
  pull_request:
    branches: [ main ]

jobs:
  test:
    runs-on: ubuntu-latest
    strategy:
      matrix:
        python-version: [3.8, 3.9, 3.10, 3.11]

    steps:
      - uses: actions/checkout@v3
      - name: Set up Python ${{ matrix.python-version }}
        uses: actions/setup-python@v3
        with:
          python-version: ${{ matrix.python-version }}
      - name: Install dependencies
        run: |
          python -m pip install --upgrade pip
          pip install tox tox-gh-actions
      - name: Run tests with tox
        run: tox

这个配置会自动根据 matrix.python-version 定义的 Python 版本创建测试任务，并在每个任务中运行 tox。

总结

tox是一个非常强大的Python环境管理和测试工具，可以帮助我们轻松搞定多版本Python环境的测试。 掌握tox的使用，可以极大地提高开发效率，并确保代码在各种环境下都能正常运行。

希望今天的讲座能对大家有所帮助。 谢谢大家！

Q & A 环节 (模拟)：

• 听众A: tox是不是只能用来测试？ 能不能用来做其他事情，比如代码部署？

  • 我: 好问题！ tox 的主要目的是自动化测试，但它非常灵活，你可以用它来做任何你想做的事情，只要你能写出相应的命令。 比如，你可以用 tox 来执行代码部署脚本，打包发布等等。 关键在于 tox.ini 文件里的 commands 部分。 不过，通常来说，代码部署会有专门的工具（比如 Ansible, Fabric），它们可能更适合做这件事。

• 听众B: 如果我的项目依赖了操作系统特定的库，比如 Windows 上的某个 DLL，tox还能用吗？

  • 我: 这个问题问得很有深度！ 对于依赖操作系统特定库的情况，tox 的跨平台优势会受到限制。 你需要在 tox.ini 里针对不同的操作系统配置不同的环境和依赖。 可以使用 sys.platform 来判断操作系统，然后使用条件语句来配置不同的依赖和命令。 例如，你可以使用 os.name 来区分 Windows 和 Linux，然后在 commands 里执行不同的安装命令或测试脚本。 但请注意，这种情况下，你需要在不同的操作系统上运行 tox 才能进行完整的测试。 也可以考虑使用 Docker 等容器化技术来模拟不同的操作系统环境。

• 听众C: 如果我的项目很大，测试用例很多，运行 tox 特别慢，有什么优化方法吗？

  • 我: 运行时间长是大型项目常见的问题。 以下是一些优化建议：

    1. 并行运行: tox 支持并行运行多个环境，可以显著缩短总的运行时间。 使用 -p all 参数可以让 tox 并行运行所有环境。
    2. 缓存: tox 会缓存虚拟环境和依赖，避免重复安装。 确保你的 tox 版本是最新的，并且正确配置了缓存目录。
    3. 选择性运行: 只运行必要的环境和测试用例。 可以使用 tox -e <env> 来指定要运行的环境，使用 pytest -k <expression> 来指定要运行的测试用例。
    4. 优化测试代码: 检查你的测试代码，看是否有可以优化的地方。 例如，避免重复的测试用例，使用更高效的算法等等。
    5. 使用 pre-commit hook: 使用 pre-commit hook 可以在提交代码之前运行部分测试，尽早发现问题，避免将问题提交到代码仓库。

• 听众D: 我能不能自定义虚拟环境的创建方式？ 比如，我不想要 tox 自动创建，而是使用我现有的虚拟环境。

  • 我: 可以的！ tox 提供了 skip_install = True 选项，可以跳过虚拟环境的创建和依赖的安装。 然后，你需要在 commands 里手动激活你的虚拟环境，并运行测试命令。 但要注意，这种方式需要你手动管理虚拟环境，确保环境的正确性。 另一种方式是使用 passenv 传递环境变量，这样你可以将当前环境的一些配置信息传递给 tox。

• 听众E: 我想让我的代码同时兼容 asyncio 和 threading，需要如何在 tox 中进行测试？

  • 我: 兼容 asyncio 和 threading 是个好问题，这需要你在测试时模拟不同的并发环境。

    1. 创建不同的测试环境： 在 tox.ini 中创建两个不同的测试环境，例如 asyncio 和 threading。
    2. 安装不同的依赖： 在每个环境中安装不同的依赖。 对于 asyncio 环境，你可能需要安装 pytest-asyncio 插件。
    3. 配置不同的测试命令： 在每个环境中配置不同的测试命令。 例如，对于 asyncio 环境，你可能需要使用 pytest --asyncio-mode=strict 来强制 asyncio 模式。
    4. 编写并发相关的测试用例： 编写专门的测试用例来测试 asyncio 和 threading 的兼容性。 例如，你可以测试在 asyncio 循环中运行的函数是否能正确地与 threading 线程交互。

    例如：

[tox]
envlist = py39-asyncio, py39-threading

[testenv]
basepython = python3.9
deps =
    pytest
commands =
    pytest

[testenv:py39-asyncio]
deps =
    {[testenv]deps}
    pytest-asyncio
commands =
    pytest --asyncio-mode=strict

[testenv:py39-threading]
deps =
    {[testenv]deps}