簡單的插件框架 - 使用 pkg

在很多時候，我們會希望所開發的應用軟體允許其他開發者擴展它的功能。為了達到這個目的，通常的作法是讓軟體支援某種插件框架(Plugin framework)。 Python 其實擁有內建的機制來實現一個簡單的插件框架。本文山姆鍋藉由插件框架來介紹 pkg_resources 這個 Python 用來管理套件資源的套件(package)。

套件 pkg_resources 簡介

pkg_resources 是一個 Python 套件，用來協助管理套件(packages)資源。套件資源需要以一定的方式封裝，但格式不一，Egg 跟 Wheel 是目前常用的兩種格式。其中 Wheel 是未來主流格式，但本文採用的是目前比較通用的 Egg 套件包。

套件包也存在很多程式語言執行環境，例如：Java 的 Jar 檔，Ruby 的 gem 檔。

蟒蛇蛋(Python Eggs)

Python 發佈套件(packages)的其中格式之一稱為 “egg”，基本上就是把套件相關的檔案以及描述資料按照規定的形式壓縮的 ZIP 檔。 Python 執行環境可以理解這種格式並加入執行路徑(也可以使用 PYTHONPATH 環境變數)。如此，應用便可以根據需要來載入所需的套件或模組。

除了可以讓應用動態加載所需的套件外，Egg 有個跟插件實作所需的特性：擴展點(Entry point)。

擴展點(Entry Points)

「擴展點」是定義在套件包(egg 格式)中的描述資料(metadata)，讓應用可以找到套件包內的特定模組或類別。同一個套件包內不能有同名的擴展點，但不同套件包可以。Python 程式庫提供應用所需的機制來找到擴展點並引入相對應的模組或類別，在本文，這些類別提供插件的實作。

在了解如何使用擴展點之前，需要先完成套件包的掃描與載入動作。

掃描與載入套件包

通常在應用啟動時會進行插件的載入與啟動。本節說明如何讓套件可以被應用存取，也就是說：可以引入(import)其中的模組。針對套件包的掃描與載入，山姆鍋定義一個 PackageManager 類別來實現：

# -*- coding: utf-8 -*-
from __future__ import absolute_import, division, print_function, unicode_literals

import logging

import pkg_resources

from ..runtime import environ, settings


logger = logging.getLogger(__name__)


class PackageManager(object):
    """
    Add packages in egg format at runtime.
    """
    def __init__(self, pkgs_dir=environ.pkgs_dir()):
        self.pkgs_dir = pkgs_dir        # 1

    def find_packages(self, add_to_path=True):
        """
        Extends sys.path at runtime to include distributions in user's home directory.
        """

        #logger.debug("sys.path(before): ", sys.path)

        logger.debug("Packages Directory: %s", self.pkgs_dir)
        distributions, errors = pkg_resources.working_set.find_plugins(  # 2
            pkg_resources.Environment([self.pkgs_dir])  # 3
        )

        if len(distributions) > 0:
            logger.debug("Found %d extension package(s).", len(distributions))
            #map(pkg_resources.working_set.add, distributions)  # add plugins+libs to sys.path

            if not add_to_path:
                return

            for it in distributions:
                pkg_resources.working_set.add(it)   # 4
                logger.debug("package added: %s", it.project_name)

            logger.error("Couldn't load: %r", errors)        # display errors
        else:
            logger.debug("No extension package found.")

其中，

pkgs_dir 是套件包(副檔名為 .egg)所在的完整路徑。
pkg_resources.working_set.find_plugins 這個方法用來找出格式正確的套件包。
為了找出套件包，需要給定一個環境(Environment)物件，這裏指定套件包搜尋路徑，實際上它還接受其它過濾參數。
將找到的套件包加入執行環境的載入路徑(sys.path)，如此應用可以正常引入(import)定義在這些套件包的模組。

擴充套件管理員實作

一旦套件包正確被加入執行環境的載入路徑後，便可以使用擴展點來找出實作應用所需的插件類別。山姆鍋也將插件稱為擴充套件(Extension)，每個插件需要處理下列資料：

name

: 插件名稱
cls

: 實作插件的類別
obj

: 插件的實例(instance)
entry_point

: 插件相關的擴展點

下面定義一個 ExtensionManager 來負責插件的尋找與初始化動作：

# -*- coding: utf-8 -*-
from __future__ import absolute_import, print_function, unicode_literals

import logging
import pkg_resources

logger = logging.getLogger(__name__)


class Extension(object):
    def __init__(self, name, entry_point):
        self.name = name
        self.entry_point = entry_point
        self.cls = None
        self.obj = None

    def __repr__(self):
        return 'Extension(%s)' % self.name


class ExtensionManager(object):
    def __init__(self, namespace="ava.extension"):
        self.namespace = namespace                      # 1
        self.extensions = []

    def load_extensions(self, invoke_on_load=True):

        # 2
        for it in pkg_resources.working_set.iter_entry_points(self.namespace, name=None):
            logger.debug("Loading extension: %s at module: %s", it.name, it.module_name)
            logger.debug("")


            ext = Extension(it.name, it)
            ext.cls = it.load()             # 3

            if invoke_on_load:
                ext.obj = ext.cls()         # 4
            self.extensions.append(ext)

        # sort extensions by names
        self.extensions.sort(key=lambda e: e.name)  # 5
        logger.debug("Loaded extensions: %r", self.extensions)

    def start_extensions(self, context=None):       # 6
        for ext in self.extensions:
            startfun = getattr(ext.obj, "start", None)
            if startfun is not None and callable(startfun):
                    startfun(context)

    def stop_extensions(self, context=None):        # 7
        for ext in self.extensions:
            stopfun = getattr(ext.obj, "stop", None)
            if stopfun is not None and callable(stopfun):
                try:
                    stopfun(context)
                except Exception:
                    pass
                    #IGNORED.


__all__ = ['Extension', 'ExtensionManager']

其中，

namespace 是擴展點的命名空間，這裏山姆鍋使用的是 ava.extension ，您可以根據需要更改。

: pkg_resources 會依據這個命名空間來找出相關聯的擴展點。
pkg_resources.working_set.iter_entry_points 遍歷命名空間中的所有擴展點。
載入插件的類別。
建構插件的實例(物件）
將所有插件依照給定的名稱排序。

: 有時候插件之間會有相依性，因此需要插件按照某種順序初始化，使用名稱順序是一種簡單且偷懶的方式。插件名稱前面可以加上 ‘10’, ‘20’ 這樣的方式來明確指定順序。
start_extensions 負責呼叫插件的 start 方法，讓插件有機會執行初始化動作。
stop_extensions 負責呼叫插件的 stop 方法，讓插件有機會釋放資源。

: 照道理應該要跟 start_extensions 採取反向的順序來呼叫，不過這裏就當做順序無關緊要。

簡單的擴充套件

為了具體知道如何實作一個插件，下面提供一個沒有實質作用的範例，單純說明插件應有的結構：

# -*- coding: utf-8 -*-
from __future__ import absolute_import, unicode_literals

import logging

logger = logging.getLogger(__name__)


class SampleExtension(object):
    def __init__(self):
        self.context = None
        logger.debug("Sample extension created.")

    def start(self, context):
        self.context = context
        logger.debug("Sample extension started.")

    def stop(self, context):
        logger.debug("Sample extension stopped.")

對於插件類別沒有限制一定要繼承自框架類別， start 跟 stop 也是選用，但如果有則必須按照上述的定義方式提供。插件類別主要的要求：必須可以不用參數來建構實例，也就是說：如果有 __init__ 方法，它不能有其它參數或都有預設值。

擴展套件使用的 setup.py 範例

假設插件透過 setuptools 來建構，下面是範例插件使用的 setup.py 檔：

# -*- coding: utf-8 -*-

"""
This is a setup.py script for packaging plugin/extension.

Usage:
    python setup.py bdist_egg
"""


from setuptools import setup, find_packages

setup(
    name="avax.sample",
    version="0.1.0",
    description="A sample extension",
    zip_safe=True,
    packages=find_packages(),

    entry_points={
        'ava.extension': [              # 1
            'sample = avax.sample.ext:SampleExtension',  # 2
        ]
    }
)

其中，

本文所使用的擴展點(entry-point)名稱空間: ava.extension。
sample 是這個插件的名稱；`avax.sample.ext` 是插件類別所在的模組；`SampleExtension` 則是類別名稱。

製作套件包

使用下列指令建構套件包：

python setup.py bdist_egg

結語

透過插件框架，應用功能的可擴展性可以一定程度地確保。本文所提供簡單的實作，目的僅在說明基本運作原理，如果不符合您的需求，網路上可以找到其它更完整的插件框架。

參考資料

pkg_resoruces: https://pythonhosted.org/setuptools/pkg_resources.html ⎘

簡單的插件框架 - 使用 pkg_resources

套件 pkg_resources 簡介

蟒蛇蛋(Python Eggs)

擴展點(Entry Points)

掃描與載入套件包

擴充套件管理員實作

簡單的擴充套件

擴展套件使用的 setup.py 範例

製作套件包

結語

參考資料

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