多模块共用python环境管理

news2024/11/5 10:37:31 
/*
** Function: 当进程中有多个模块要使用python时，只能公用同一套python环境，此时python环境的初始化和反初始化需要协调，因此提供一个公共模块来对
**                 python环境的初始化和反初始化进行控制，避免各个模块随意修改改python环境导致模块无法并存。
** Usage: 使用方法，让这些使用python的模块都依赖PythonInst，一些初始化和环境配置的动作统一调PythonInst接口完成。
*/

#ifdef PYTHONINST_EXPORTS
#define PYTHONINST_API __declspec(dllexport)
#else
#define PYTHONINST_API __declspec(dllimport)
#endif

#define PYTHONINST_CONST_HANDLE 1

#ifdef __cplusplus
extern "C"
{
#endif
	/*
	** @ Name: Python_Init
	** @ Brief: Python初始化，如果本接口是被首次调用，将检测Python环境是否已初始化，如果未初始化则执行初始化，否则直接返回PYTHONINST_CONST_HANDLE；
	**               如果不是首次调用，则返回PYTHONINST_CONST_HANDLE或者返回一个新建句柄。
	** @ Param: const wchar_t* strPythonHome 设置python工作目录(Python_Init第一次被调用时才生效)。
	** @ Return: void*   返回引用句柄(接口失败时返回NULL)。该句柄是本模块调用初始化接口的句柄凭证，在模块需要退出时，传递给Fini进行解引用。
	*/
	PYTHONINST_API void* __stdcall Python_Init(const wchar_t* strPythonHome);
	/*
	** @ Name: Python_Fini
	** @ Brief: Python反初始化，如果hHandle为有效句柄，则引用计数减少(减到0时将销毁Python解释器)，如果句柄无效则不做任何处理。
	** @ Param: void* hHandle 由Python_Init创建得到的句柄，hHandle可能是PYTHONINST_CONST_HANDLE / 有效句柄 / NULL
	** @ Return: void
	*/
	PYTHONINST_API void __stdcall Python_Fini(void* hHandle);
	/*
	** @ Name: Python_SetGlobalPyHome
	** @ Brief: 设置全局的Python工作空间，等同于Python_Init传入的参数，在Python_Init首次被调用之前传入有效。
	** @ Param: const wchar_t* strPath Python工作空间路径，设为NULL时，表示使用默认路径作为Python工作空间。
	** @ Return: int 返回0表示成功，否则表示错误码。
	*/
	PYTHONINST_API int __stdcall Python_SetGlobalPythonHome(const wchar_t* strPath);
	/*
    ** @ Name: Python_AppendPythonHome
    ** @ Brief: 追加Python工作空间路径。
    ** @ Param: const wchar_t* strPath Python工作空间路径。
    ** @ Return: int 返回0表示成功，否则表示错误码。
    */
	PYTHONINST_API int __stdcall Python_AppendPythonHome(const wchar_t* strPath);
	/*
	** @ Name: Python_SetGlobalInstance
	** @ Brief: 使能/关闭 全局Python实例功能(Python_Init首次被调用之前传入有效)。如果开启，则在Python_Init被调用时，额外创建一个全局的伴生
	**                Handle，即便所有的实例都被Fini(全局Handle除外)，python解释器因为全局实例未销毁从而继续被保留，其他模块还可以继续使用python解释器。
	** @ Param: int enable 是否开启，1表示开启，0表示关闭。
	** @ Return: int 返回0表示成功，否则表示错误码。
	*/
	PYTHONINST_API int __stdcall Python_SetGlobalInstanceEnable(int enable);

	/*
	** @ Name: Python_GetGlobalInstance
	** @ Brief: 获取全局Python实例句柄。全局实例句柄在运行过程中会失效，外部不要做缓存，需要时来查询一下即可。
	** @ Param: void
	** @ Return: void* 全局实例句柄。
	*/
	PYTHONINST_API void* __stdcall Python_GetGlobalInstance();

#ifdef __cplusplus
}
#endif



#include <python.h>
#include <map>
#include <mutex>
#include <memory>
#define PYTHONINST_EXPORTS
#include "PythonInst.h"

class PythonInstance
{
public:
	static PythonInstance* CreateInstance(const wchar_t* strPythonHome);
	static void DestroyInstance(PythonInstance* handle);
	~PythonInstance();
	static int PreparePythonHome(const wchar_t* strPythonHome);
	static int SetGlobalInstEnable(int bEnable);
    static int SetPythonHome(const wchar_t* strPythonHome, bool append=false);
	static PythonInstance* GetGlobalInst();
private:
	static std::mutex s_PyInitMutex;
	static std::map<void*, std::shared_ptr<PythonInstance>> s_mapInst;
	static std::wstring s_strPythonHome;
	static int s_bGloobalInst;
	static PythonInstance* s_GlobalHandle;

private:
	PythonInstance();
	static void SetPythonGlobal();
	
	static int CreateGlobalInstWhenEnable();
	static void ResetIfGlobalInst(void* handle);

};

class PythonThreadLocker // python lock guard
{
public:
	PythonThreadLocker() 
	{
		//if (PyGILState_Check() != 1)
			state = PyGILState_Ensure();
	}
	~PythonThreadLocker() 
	{
	    //if(state != PyGILState_UNLOCKED)
			PyGILState_Release(state);
	}
private:
	PyGILState_STATE state = PyGILState_UNLOCKED;
};


typedef std::shared_ptr<PythonInstance> PythonInstancePtr;

std::mutex PythonInstance::s_PyInitMutex;
std::map<void*, PythonInstancePtr> PythonInstance::s_mapInst;
std::wstring PythonInstance::s_strPythonHome = L"";
int PythonInstance::s_bGloobalInst = 0;
PythonInstance* PythonInstance::s_GlobalHandle = NULL;

PythonInstance::PythonInstance()
{}

PythonInstance::~PythonInstance()
{}

void PythonInstance::SetPythonGlobal()
{
	if (0 != s_strPythonHome.compare(L""))
	{
		const wchar_t* envStr = Py_GetPythonHome();
		wchar_t env[1024] = {};
		if (envStr != NULL)
		{
			_snwprintf_s(env, 1024,1023, L"%s;%s", envStr, s_strPythonHome.c_str());
			Py_SetPythonHome(env);
		}
		else
			Py_SetPythonHome(s_strPythonHome.c_str());
	}
}

int PythonInstance::SetPythonHome(const wchar_t* strPythonHome, bool append )
{
	if (NULL != strPythonHome && Py_IsInitialized())
	{
		PythonThreadLocker lock;
		if (append) 
		{
			const wchar_t* envStr = Py_GetPythonHome();
			if (envStr != NULL)
			{
				wchar_t env[1024] = {};
				_snwprintf_s(env, 1024, 1023, L"%s;%s", envStr, strPythonHome);
				Py_SetPythonHome(env);
			}
			else
				Py_SetPythonHome(strPythonHome);
		}
		else
			Py_SetPythonHome(strPythonHome);
		return 0;
	}
	return -1;
}

int PythonInstance::CreateGlobalInstWhenEnable()
{
	if (0 != s_bGloobalInst)
	{
		std::shared_ptr<PythonInstance> pInst(new PythonInstance());
		if (nullptr == pInst)
		{
			return -1;
		}
		s_mapInst[pInst.get()] = pInst;
		ResetIfGlobalInst(s_GlobalHandle);
		s_GlobalHandle = pInst.get();
	}
	return 0;
}

void PythonInstance::ResetIfGlobalInst(void* handle)
{
	if (handle == s_GlobalHandle)
	{
		auto it = s_mapInst.find(s_GlobalHandle);
		if (it != s_mapInst.end())
			s_mapInst.erase(s_GlobalHandle);
        s_GlobalHandle = NULL;
	}
}

#define GLOBAL_MODE_RETURN() {if(s_GlobalHandle != NULL) \
{\
     auto it = s_mapInst.find(s_GlobalHandle); \
     if(it != s_mapInst.end()) \
     {\
        return (PythonInstance*)PYTHONINST_CONST_HANDLE;\
	 }\
}\
}

PythonInstance* PythonInstance::CreateInstance(const wchar_t* strPythonHome)
{
	std::lock_guard<std::mutex> cLock(s_PyInitMutex);
	PythonInstancePtr pInst = PythonInstancePtr(new PythonInstance);
	if (NULL == pInst)
		return NULL;
	if (0 == s_mapInst.size())
	{

		if (Py_IsInitialized())
		{
			// 这种情况说明模块没有调用本库的Python_Init接口完成python初始化，而是在其他地方对python环境初始化了，本
			// 库不负责引用计数管理，直接返回(避免Destroy接口内部在销毁句柄时报错，返回非NULL)
			return (PythonInstance*)PYTHONINST_CONST_HANDLE;
		}
		// 先进行全局设置
		SetPythonGlobal();
		//如果入参提供了工作空间，则更新为用户指定的工作空间
		SetPythonHome(strPythonHome);
		// 初始化
		Py_Initialize();

		if (!Py_IsInitialized())
			return NULL;
		/*if (!PyEval_ThreadsInitialized())  // depreacted from python 3.7 使能多线程，自3.7以后，该接口功能合并到了Py_Initialize
		{
			PyEval_InitThreads();
		}*/
		CreateGlobalInstWhenEnable();//如果开启了全局实例，则额外创建一个全局伴生实例
	}
	GLOBAL_MODE_RETURN();
	s_mapInst[pInst.get()] = pInst;
	return pInst.get();
}

void PythonInstance::DestroyInstance(PythonInstance* handle)
{
	std::lock_guard<std::mutex> cLock(s_PyInitMutex);
	if (NULL == handle)
		return;
	auto it = s_mapInst.find(handle);
	if (it != s_mapInst.end())
	    s_mapInst.erase(it);
	ResetIfGlobalInst(handle);
	if (0 != s_mapInst.size())
		return;
	try {
		PyGILState_STATE gilOk=PyGILState_Ensure();
		Py_Finalize();
		s_GlobalHandle = NULL;
		//PyGILState_Release(gilOk);//no need to release, because things has been deinitialized by Py_Finalize.
	}
	catch (...)
	{
		PyErr_SetString(PyExc_RuntimeError,"PythonInstance Deinitialization Failed.");
	}
}

int PythonInstance::PreparePythonHome(const wchar_t* strPythonHome)
{
	std::lock_guard<std::mutex> cLock(s_PyInitMutex);
	if (NULL == strPythonHome)
		s_strPythonHome = L"";
	else
		s_strPythonHome = strPythonHome;
	return 0;
}

int PythonInstance::SetGlobalInstEnable(int bEnable)
{
	std::lock_guard<std::mutex> cLock(s_PyInitMutex);
	s_bGloobalInst = bEnable;
	return 0;
}

PythonInstance* PythonInstance::GetGlobalInst()
{
	std::lock_guard<std::mutex> cLock(s_PyInitMutex);
	return s_GlobalHandle;
}


PYTHONINST_API void* __stdcall Python_Init(const wchar_t* strPythonHome)
{
	return PythonInstance::CreateInstance(strPythonHome);
}

PYTHONINST_API void __stdcall Python_Fini(void* hHandle)
{
	return PythonInstance::DestroyInstance((PythonInstance*)hHandle);
}

PYTHONINST_API int __stdcall Python_SetGlobalPythonHome(const wchar_t* strPath)
{
	return PythonInstance::PreparePythonHome(strPath);
}

PYTHONINST_API int __stdcall Python_AppendPythonHome(const wchar_t* strPath)
{
	return PythonInstance::SetPythonHome(strPath,true);
}

PYTHONINST_API int __stdcall Python_SetGlobalInstanceEnable(int enable)
{
	return PythonInstance::SetGlobalInstEnable(enable);
}

PYTHONINST_API void* __stdcall Python_GetGlobalInstance()
{
	return PythonInstance::GetGlobalInst();
}

  众所周知，cc++中调用任何python 接口前，必须对python 解释器进行初始化，并进行必要的环境配置，这些初始化和环境配置是全局生效的，如果这些接口放到各个模块内部执行，将不利于管理，所以需要提炼一个公共模块，对python的全局环境进行初始化和配置，增加防护措施，以使各个模块和谐共存。

 

 

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