用法研究所 - uv

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What and Why

uv 是由 Astral 开发的 Python 工具。在一定程度上是可以取代 pip、poetry、pyenv、twine、virtualenv 等工具，主要用于做 Python 依赖管理和 Python 版本管理。通过 uv 命令可以完成从运行单个 Python 脚本、项目依赖管理（依赖声明和版本锁定）、虚拟环境管理等几乎所有维护 Python 项目需要的功能。
之前的工具都只负责部分功能，如 pyenv 负责系统上的 Python 版本管理；virtualenv 负责虚拟 Python 环境的创建；pip 负责依赖管理；uv 实现了所有这些功能。当然 poetry 也实现了这些功能，但 uv 说它比 poetry 更快。

为什么 uv 更快？

用 Rust 重写了包解析器；在包管理上完全脱离 Python 本身工具链，甚至不会启动 Python，在 Rust 层面处理问题；用了 Rust 相比 Python 就有了并发优势（Python 有 GIL 限制）。相比之下，像 poetry 这样的工具仍基于 Python 运行，受限于解释器启动时间、单线程执行等因素，会比较慢。

注意事项
uv 并不等同于 pyenv（用于管理系统中的多个 Python 版本）或 twine（用于将包发布到 PyPI），这些功能目前还不在 uv 的职责范围内。uv 只能管理通过 uv run 运行时使用的 Python 版本。

Python 版本管理

当我们说 Python 版本管理时，我们就是在说 Python 可执行文件和标准库等完整配套的管理。先看使用方法

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# 展示第一个选中的 Python 安装位置。一般来说这就是当前生效的 python 版本
uv python find
# 列出当前系统下所有 Python 版本，包括系统的、pyenv 安装的、conda 安装的
uv python list
# 安装 Python 3.12（无论系统是否存在，都会安装，安装源是 uv 自己提供的）
uv python install 3.12
# 移除 uv 安装的 Python 版本（非 uv 安装的不会动）
uv python uninstall 3.12
# 展示 uv 安装的 Python 所在目录
uv python dir
# 在当前目录下创建 `.python-version` 并将 3.12 写入其中
uv python pin 3.12
# 展示当前 `pin` 的 Python 版本
uv python pin

# 使用 `uv python find` 规则找到的 Python 版本创建虚拟环境
uv venv

# 以当前版本的 Python 运行 `main.py`
uv run main.py

确定 Python 版本 ref
我们用 uv run 运行脚本时，使用 uv add 安装依赖时，都需要用到 Python 环境，uv 按照如下规则确定使用哪个版本的 Python 环境。

  • 当前目录下的 .python-version 文件指定的版本
  • 父目录（不超过当前项目目录）下的 .python-version 文件指定的版本
  • 用户目录下的 .python-version 文件指定的版本
  • 如果都没有，则不指定，使用当前系统中生效的 Python 版本

发现 Python 版本 ref
在确定了 Python 版本后，uv 按照如下规则搜索符合版本的执行环境

  • 首先尝试虚拟环境的发现规则
    • 优先尝试 VIRTUAL_ENV 变量指定的虚拟环境
    • 其次尝试 CONDA_PREFIX 指定的虚拟环境
    • 最后尝试当前目录下的 .venv 或父目录下的 .venv 环境
  • 然后尝试自己的发现规则
    • 首先搜索 uv 自己的 Python 安装目录下的版本
    • 其次检查系统中符合要求的 Python 版本

uv python find 得到的结果就是按照上述规则找到的第一个符合要求的 Python 版本路径。如果我们使用 uv python pin 改变当前目录下的 .python-version 文件所记录的版本，会发现 uv python find 得到的结果已经更新了。**你可能会有疑问，之前创建的 venv 还是旧版本，uv run 会发生什么，答案是执行 uv run 时，uv 会将旧的 venv 移除，创建符合新版本的 venv**。下面的例子有展示

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# 固定 3.10 版本
zouguodong@MacBook-Pro-2 demo % uv python pin 3.10
Pinned `.python-version` to `3.10`

# 创建 3.10 版本的虚拟环境
zouguodong@MacBook-Pro-2 demo % uv venv
Using CPython 3.10.0 interpreter at: /Users/zouguodong/.pyenv/versions/3.10.0/bin/python3.10
Creating virtual environment at: .venv
Activate with: source .venv/bin/activate

# 查看 `uv python find` 生效的是 3.10 版本
zouguodong@MacBook-Pro-2 demo % uv python find
/Users/zouguodong/.pyenv/versions/3.10.0/bin/python3.10

# 查看 `uv run` 运行的也是 3.10 版本
zouguodong@MacBook-Pro-2 demo % uv run -- python --version;
Python 3.10.0

# 重新固定为 3.12 版本
zouguodong@MacBook-Pro-2 demo % uv python pin 3.12
Updated `.python-version` from `3.10` -> `3.12`

# 查看 `uv python find` 生效的是 3.12 版本
zouguodong@MacBook-Pro-2 demo % uv python find
/opt/homebrew/opt/[email protected]/bin/python3.12

# `uv run` 自动重建了新的虚拟环境
zouguodong@MacBook-Pro-2 demo % uv run -- python --version;
Using CPython 3.12.10 interpreter at: /opt/homebrew/opt/[email protected]/bin/python3.12
Removed virtual environment at: .venv
Creating virtual environment at: .venv
Python 3.12.10

pyproject.toml 的 requires-python 的作用
.python-version 约束了当前文件夹下的固定的 Python 版本，而 pyproject.toml 下的 requires-python 约束了当前项目(其实也是当前文件夹)的 Python 版本。我们应该保持二者兼容，当不兼容时，执行 uv sync 或 uv run 等命令时会报错，如下

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$ uv run -- python -c "import sys; print(sys.executable)";
Using CPython 3.10.0 interpreter at: /Users/zouguodong/.pyenv/versions/3.10.0/bin/python3.10
error: The Python request from `.python-version` resolved to Python 3.10.0, which is incompatible with the project's Python requirement: `>3.10`. Use `uv python pin` to update the `.python-version` file to a compatible version.

依赖管理

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# 添加依赖
uv add requests
# 升级依赖
uv add -U requests
# 移除依赖
uv remove requests
# 添加 `requirements.txt` 中的所有依赖
uv add -r requirements.txt
# 添加时指定源，使用 `default-index` 设置默认源之后就不用加了
uv add requests --default-index https://mirrors.aliyun.com/pypi/simple/

# 生成或者更新 `uv.lock` 文件
uv lock
# 检查当前 `uv.lock` 文件是否符合 `pyproject.toml` 中依赖的描述要求
uv lock --check
# 同步依赖（将当前环境的依赖同步到 `uv.lock` 中的状态）
uv sync

# 将 `uv.lock` 导出为 `requirements.txt`
uv export --format requirements-txt

添加依赖时，依赖可以有多种约束形式。详情参考手册

默认源也可以通过 UV_DEFAULT_INDEX 环境变量设置

依赖安装到哪里去了
当我们执行 uv add 时，会在 pyproject.toml 中添加依赖声明，然后安装依赖到当前环境。当前环境就是按照Python 版本管理所述规则确定的环境。

uv lock 时版本如何确定
uv lock 当前项目的依赖写到 uv.lock 文件，当前项目的依赖是指 Python 运行环境中的依赖版本。

uv sync 做了什么
uv sync 将 uv.lock 文件中声明的依赖安装到当前项目环境

pyproject.toml、uv.lock 与当前 Python 环境已安装依赖的关系
如果 pyproject.toml、uv.lock 都有声明依赖 A，但版本不兼容；当前 Python 环境也有 A，版本与前两个也不兼容，此时会发生什么？应该怎么解决这种状态。

  • 首先不建议直接修改 pyproject.toml 文件，而是应该使用 uv add、uv remove 等命令去统一管理当前环境的依赖。
  • 其次，如果真的出现了这种情况，我们应该按照如下原则处理
    • 如果想要依照 uv.lock 中的版本，执行 uv sync 即可将当前环境和 pyproject.toml 中的版本进行统一
    • 如果想要指定版本，则应该通过 uv add xxx 来更新这三个地方的依赖

uv add 会更新 uv.lock 吗？如果会，uv lock 有什么用
会更新 uv.lock，uv lock 命令主要用于手动生成或更新锁文件。

lock 和 sync 是自动执行的
当 uv run 之类的命令运行时，会自动 sync 并 lock。
在 Python 版本管理中我们也有看到，uv run 之前也会同步更新 Python 版本到符合要求的状态。

不建议同时使用 uv.lock 和 requirements.txt

项目管理

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# 在当前文件夹下新建项目，项目名就是当前的文件夹名
uv init
# 新建项目（新建文件夹，然后在文件夹下创建项目文件，项目下有 `main.py`）
uv init demo-app
# 新建项目(类似上面，只不过 `main.py` 没了，结构成了下面这样)
uv init --package demo-pkg
demo-app/
├── README.md
├── .python-version
├── pyproject.toml
└── src
    └── demo_app
        └── __init__.py

项目内会包含几个文件

  • .python-version 前面已经说过了
  • pyproject.toml 为项目信息描述文件
  • uv.lock 刚生成时没有，但安装依赖后就会有。通常来说不需要太关注 uv.lock，它会被自动创建和更新。

pyproject.toml
一个常规的配置如下，它只说明了项目信息、依赖、工具参数。

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[project]
name = "python-scripts"
version = "0.1.0"
description = "Add your description here"
readme = "README.md"
requires-python = ">=3.10"
dependencies = [
    "aiofiles==24.1.0",
    "alibabacloud-dysmsapi20170525==2.0.24",
    "alibabacloud-tea-openapi==0.3.12",
    "aliyun-python-sdk-alidns==3.0.7",
    "aliyun-python-sdk-core==2.15.0"
]

[[tool.uv.index]]
url = "https://mirrors.aliyun.com/pypi/simple/"

更多配置参见手册，有一点值得注意的是它可以定义一个 entrypoint，可以通过 uv run 来执行。
例如有了如下定义，uv run hello 就会执行 example:hello

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[project.scripts]
hello = "example:hello"

有关 uv index 的更多配置，参考手册

uv run

uv run 就是一个增强版的 python 命令。

  • uv run main.py
    • 如果当前目录不是 uv 项目，则直接用 uv 生效的环境运行 main.py
    • 如果当前目录是 uv 项目，则会自动安装依赖然后运行 main.py
  • uv run --with requests demo.py
    • 这是声明运行 demo.py 时临时安装 requests 依赖。

      该临时依赖在命令执行完毕后会自动清理

创建独立脚本
uv run 一个很强的功能是可以支持在单个脚本中声明依赖、python 版本等，如下。

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#!/usr/bin/env -S uv run --script
# /// script
# requires-python = ">=3.12"
# dependencies = [
#   "requests<3",
#   "rich",
# ]
# [[tool.uv.index]]
# url = "https://example.com/simple"
# ///

import requests
from rich.pretty import pprint

resp = requests.get("https://peps.python.org/api/peps.json")
data = resp.json()
pprint([(k, v["title"]) for k, v in data.items()][:10])

uv tool 与 uvx

uv tool 用来执行之前通过 python install 安装的工具。不同的是，python install 后是长久地安装工具（会安装后加入 PATH），而 uv tool 把工具安装到 uv 缓存中，不会对宿主机产生影响。
这在只需要执行一两次某些工具时非常有用。
uvx 只是 uv tool run 命令的别名。

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# 临时执行 ruff 命令
uvx ruff
# 如下等效
uv tool run ruff
# 临时执行兼容 Python3.10 的 ruff
uvx --python 3.10 ruff
# 如果需要经常执行 ruff，也可以安装
uv tool install ruff
# 还可以升级 ruff
uv tool upgrade ruff

实践

新项目如何用 uv 管理

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# 创建项目
uv init project-name
# 安装依赖（使用国内源）
uv add requests --default-index https://mirrors.aliyun.com/pypi/simple/
# 运行某个脚本
uv run xxx.py
# 锁定版本（提交项目时使用）
uv lock
# 同步依赖（项目拉下来时使用）
uv sync

老项目如何引入 uv

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# 初始化项目
uv init
# 安装依赖
uv add -r requirements.txt --default-index https://mirrors.aliyun.com/pypi/simple/
# 后面的一样