python的猴子补丁(Monkey Patching)

1. 什么是猴子补丁

Python是一种典型的动态脚本语言。它不仅具有 动态类型(dynamic type) ，而且它的 对象模型(object model) 也是动态的。Python的类是可变的(mutable)，方法(methods)只是类的属性(attributes)；这允许我们在 运行时(run time) 修改其行为。这被称为猴子补丁(Monkey Patching)， 它指的是偷偷地更改代码。

Monkey Patching只是在 运行时(run time) 动态替换属性(attributes)。 而在Python中，术语monkey patch指的是对函数(function)、类(class)或模块(module)的动态（或运行时）修改。

2. 举例说明

假设在monkey.py文件中已经定义了一个类：

# monkey.py
class Me:
    def who_am_i(self):
        print("I am a Monkey")

假设monkey.py文件中的Me这个类不是我写的，我只是用到了这个类 为了演示的方便，这个类只有一个who_am_i() 方法，作用是打印"I am a Monkey"
现在我在另外一个文件中想要调用这个类，但是发现这个类里面的who_am_i() 方法不是我想要的内容。

由于我是一个人类，我不喜欢打印我是一个猴子，我想要打印 “I am human”，
所以我给猴子对象打补丁（这里是一个双关语，就是monkey patch的名字的来源），我们可以这么实现：

import monkey  # 导入用到的别人写的monkey模块
?
def i_am_human(self):  # 定义一个我们想要的方法
    print("I am human")
?
print(f"{monkey.Me.who_am_i = }")  # 替换前，将原来的方法地址打印出来
monkey.Me.who_am_i = i_am_human  # 将"who_am_i"的地址替换为"i_am_human"
print(f"{monkey.Me.who_am_i = }")  # 替换后，将原来的方法地址打印出来
?
obj = monkey.Me()  # 实例化一个对象
?
print(f"{hasattr(obj, 'i_am_human') = }")
print(f"{hasattr(obj, 'who_am_i') = }")
obj.who_am_i()  # 直接调用 "who_am_i" 而不是 "i_am_human()"

输出的结果：

monkey.Me.who_am_i = <function Me.who_am_i at 0x7ff6ab1d9af0>
monkey.Me.who_am_i = <function i_am_human at 0x7ff6ab2a0310>
hasattr(obj, 'i_am_human') = False
hasattr(obj, 'who_am_i') = True
I am human

这个例子的结论：

1.我们可以自己定义一个新的方法(或者函数)来更改掉原来类的方法
2.替换以后，原来类的方法名称还在，但是它的内存地址已经发生变化了
3.调用的时候，只能使用原来的方法名来调用，而不是新的方法名称
4.新的方法名称只是包含了实现过程，对于类本身，是看不到这个方法名称的。

3. 其他对象使用猴子补丁

3.1. 使用猴子补丁修复类的实例

上面使用了猴子补丁来修复了一个类的方法， 那么该类的所有实例使用该方法的时候都将使用的是修补后的方法。

如果我们想要减少影响，只修补特定的实例对象， 可是可以完成的，代码如下：

import types
import monkey  # 导入用到的别人写的monkey模块
?
monkey1 = monkey.Me()
monkey2 = monkey.Me()
?
def i_am_human(self):
    print("I am human")
?
monkey2.who_am_i = types.MethodType(i_am_human, monkey2)
monkey1.who_am_i()
monkey2.who_am_i()

输出的结果：

I am a Monkey
I am human

这个例子的结论：

同一个类的两个实例中，我们可以单独给某一个实例打猴子补丁，而完全不影响另外一个实例.

3.2. 其他对象使用猴子补丁

我们还可以对其他的对象使用猴子补丁，比如模块等， 这里有一个比较实用的例子:

比如你的一个项目中，很多python文件中都用到了import json，后来发现如果使用ujson性能会更高, 但是觉得把每个文件的 import json 都改成 import ujson as json 成本较高(不要光想着替换，很多项目不仅仅有你一个开发人员); 或者仅仅想测试一下用ujson替换json是否符合预期。
对于这种需求，只需要在程序的主入口处加上下面的代码：

import json  
import ujson  
?
def monkey_patch_json():  
    json.__name__ = 'ujson'  
    json.dumps = ujson.dumps  
    json.loads = ujson.loads  
?
monkey_patch_json()

这样后面:

• 所有用到json.dumps就会自动调用ujson.dumps
• 所有用到json.loads就会自动调用ujson.loads

4. 使用场景与注意事情

可以看到猴子修补非常强大，几乎可以在任何地方修改原来类的实现或者对象的原有功能。但是恰恰是由于其可以随时随地修改，会造成某个对象的具体功能是在哪儿实现的这点非常不明确(破环封装)，这会严重影响程序的鲁棒性，容易引发不必要的Bug。 所以要慎用！

猴子补丁合适的使用场景：

1. 我们正在处理来自其他人的写的公共代码，优化了一个小的实现，我们目前不想对其源码进行修改（因为其他人还有可能在用这些代码，或者其他版本中有可能用到），我可以将这个补丁放在自己的代码中，即保证了功能的实现，也不影响别人实现
2. 我们正在处理来自其他人的遗留代码或代码，我们不想对其进行广泛修改，但仍然希望使其与不同版本的库或环境一起运行，这非常有用。

因此，对于猴子补丁，我个人建议：

• 如果代码的影响范围可控，不要使用猴子补丁，直接更改原来方法的实现
• 如果要使用猴子补丁，尽量在最终端的类或者实例中，不要在中间类中使用