はじめに

If a thing can be done adequately by means of one, it is superfluous to do it by means of several; for we observe that nature does not employ two instruments if one suffices.
-- Thomas Aquinas (1225-1274)

pyenv-virtualenv というツールを、私は長らく使ってきた。
pyenv-virtualenvは素晴らしいツールで、私はプロジェクトを切り替えるとき、Pythonの環境について一切悩むことなくただcdするだけでよかったし、他の環境で作業するときも、requirements.txtを通じて全く問題なく環境をコピーすることができていた。
私の.zshrcには、「Pyenv-virtualenvがなければ勝手にgit cloneしてパスを通し、pyenv-initを実行する」という処理が堂々と鎮座していた。

しかし、時代は変わった。
Pipenvを試したとき、私の中でpyenv-virtualenvは終わりを迎えた。
Pyenvは私にとってブルドーザーだったし、pyenv-virtualenvは私にとって時間喰い虫だったのだ。

今日はまだpyenv-virtualenvに囚われている亡霊のあなたに向けて、Pipenvへの転生の門を開こうと思う。

`Python`を取り巻く、環境戦国時代

この記事を読むために、まずはPythonにおける環境構築手法をいくつか知っておかねばならないだろう。

Pythonインタプリタには、様々なバージョンがある。もしあなたが考古学者なら、Python2系の存在を知っていることだろう。3系の中でも互換性のない変更はたくさん行われているし、あるいはPyPyやIronPythonといった（よく知られた）Pythonとは異なる実装のインタプリタもある。
つまり、我々はたくさんのPythonを持っていて、それらをプロジェクトに応じて適切に切り替えなければならない。

また、Pythonには様々なパッケージがある。開発者はこれらを好き勝手にインストールして使うわけだが、もちろんこれらのパッケージにもバージョンや互換性の問題は存在する。「このプロジェクトは、このパッケージをインストールしないと動きません。ただし、バージョンxx以上yy以下です。」という注意書きがすべてのプロジェクトに存在しており、それらをうまく扱うためにはパッケージのバージョンを切り替えてくれるツールが当然必要だ。

そういうわけで、我々は2つのものごとについて仮想環境を必要としている。
すなわち、Pythonインタプリタ本体と、パッケージ群である。

まとめ

	インタプリタ切替	パッケージ切替	パッケージインストール
pyenv	○
virtualenv	○	○
pip			○
venv		○
pyenv-virtualenv	○	○
virtualenvwrapper		○
Anaconda	○	○	△
Pipenv		○	◎

pyenv

pyenvは、前述した2つのうち前者のみを担当する仮想環境マネージャである。

pyenvのやることは以下の通りである：

$PATHの先頭にPYENV/shimsを挿入し、あらゆるPython系コマンドへのアクセスに割り込む。
いま動かすべきPythonインタプリタを探す。
受け取ったコマンド（例えばpython main.py、pip3 install -r）を、その探したインタプリタに投げる。

すなわち、諸々のコマンドを適切な窓口に振り分ける、受付係を引き受けてくれるのである。

適切なインタプリタを探すために、pyenvは以下の操作を行う：

もし環境変数PYTHON_VERSIONが設定されていれば、そのバージョンに従う。
そうでなければ、今のディレクトリから順に親ディレクトリを遡っていく。その途中で.python_versionファイルが見つかれば、そこに書かれているバージョンに従う。
ルートまで遡っても見つからなければ、グローバルに設定されているバージョンに従う。

こうすることで、今いるプロジェクトにとって最も適切なPythonを起動することができるのである。

結局、Pyenvを用いる利点は以下の通り：

状況に応じて適切なPythonインタプリタを、手動で切り替えることなく用いられる。
いろいろなPythonインタプリタを、コマンド一発でインストール・アンインストールできる。

virtualenv

virtualenvは、前述した2つの両方、すなわちPythonインタプリタとパッケージ群を同時に切り替えられる仮想環境マネージャである。

virtualenvは、ENV/以下にPythonインタプリタ、インストールされたパッケージなどすべてを保存している。そして、source ENV/bin/activateを行うと（これがvirtualenvを使うための魔法の呪文である）、その仮想環境のフォルダにパスが通る。これ以上のことは何もしない。

いちいち仮想環境の場所を探してactivateしなければならないという面倒臭さはあるものの、動作は単純明快であり、環境が分離されていることもわかりやすい。ただし、pyenvとは異なり、新しいPythonをインストールしたりはできないので注意が必要である。あくまでも$PATHを探してPythonを見つけ、そのインタプリタをコピーするだけである。

結局、virtualenvを用いる利点は以下の通りである：

Pythonインタプリタとパッケージの組み合わせを好きなだけ作り、分離することができる。
それらをactivateで切り替えることができる。

pip

pipは、Python公式のパッケージ管理ツールである。

Pythonを知っている人であれば、この並びにpipが居るのはおかしいと思うかもしれない。
実際、pipはPythonインタプリタを切り替えてはくれないし、パッケージの仮想環境を作ってくれるわけでもない。

pipがすることは、Pythonのパッケージを探し、適切なバージョンのパッケージを、依存関係を解決しながらインストールすることである。
venvやpyenv-virtualenvなど、多くの仮想環境ツールはpipを使ってパッケージをインストールすることを想定している。

pipでインストールしたパッケージは、requirements.txtという形で共有することができる。
このrequirements.txtには、必要に駆られてインストールしたパッケージのほか、依存関係の解決に必要だったパッケージ、開発時に必要だったlinterパッケージなどもすべて記述されている。
別の環境でそのプロジェクトを実行したければ、適当な仮想環境の下でpip install -r requirements.txtとすれば、それらのパッケージが全てインストールされ、元と同じ環境で実行できるというわけだ。

ここでpipを紹介した理由は、もちろん、このあとpipの仕事を代替するツールが登場するからである。

pyenv-virtualenv

pyenv-virtualenvは、pyenvのシステムに乗っかりつつ、virtualenvを用いることができるツールである。
pyenvともvirtualenvとも別物である点に注意されたい。

pyenv-virtualenvでは、pyenvと同様のインターフェースでvirtualenvを用いることができる。しかも、pyenvのように、状況に応じて適切な仮想環境を、手動で切り替えることなく用いることができる。

すなわち、virtualenvでは

~$ cd project1  # Projectに移動
~/project1$ python -V
python 2.7.10  # まだ切り替わっていない
~/project1$ source ~/.virtualenv/project1/bin/activate  # 仮想環境をアクティベート
~/project1 (project1)$ python -V
python 3.7.3  # 切り替わった

というような処理を踏んでいたのが、

~$ cd project1  # Projectに移動
~/project1 (project1)$ python -V
python 3.7.3  # もう切り替わった
~/project1 (project1)$ ls -a
. .. .python_version  # .python_version に仮想環境の名前が書かれている

と、cdするだけで仮想環境の切り替えが済んでいるのである。

でも、どうやって？

実は、pyenv-virtualenvは、あらゆるコマンドのあとにactivateのチェックを行っている。
先述した、「今のディレクトリから順に親ディレクトリを遡っていく。その途中で.python_versionファイルが見つかれば、そこに書かれているバージョンに従う。」を、すべてのコマンドのあとに行っているのである。
当然、あらゆるコマンドの実行速度は目に見えて低下する。
activationの手間を省くために、かなりのコストを支払っているのである。

結局、pyenv-virtualenvを用いる利点は以下の通りである：

pyenvと同じインターフェースで、virtualenvを用いることができる。
virtualenvで用いるPythonに、pyenvでインストールしたpythonを用いることができる。
virtualenvのactivateによるバージョンの切り替えを、手動で切り替えることなく用いられる。

venv (旧称: pyvenv)

venvは、Python公式が提供する仮想環境マネージャである。
その挙動はvirtualenvとあまり変わらない。

公式が提供しているのだし、virtualenvを生で使うくらいならこっちを使うのがいいのではないだろうか。

virtualenvwrapper

virtualenvwrapperは、何かと使い勝手の悪いvirtualenvの動作を隠蔽し、変なことをしないようにするラッパーである。
使ったことがないのであんまりわからないが、おとなしくvenvを使っておけばいいと思う。

Anaconda (, miniconda, conda)

Anacondaは、Pythonインタプリタのインストールから仮想環境の作成、パッケージのインストール、その他の環境構築などなど、Pythonに纏わるあらゆることをすべて一手に引き受けるスーパーブルドーザーである。
あらゆることを引き受けるので、ここで述べているようなインタプリタのインストールや切り替え、パッケージの切り替えなども当然引き受けてくれる。

もちろん、Anacondaには、pipを代替する機能もある。例えばpipではpip install mypyとするところ、condaではconda install mypyなどとすることでmypyパッケージをインストールすることができる。
また、このパッケージ管理システムとPythonインタプリタだけを備えた最小限のAnacondaが、minicondaとして配布されている。

Anacondaを使うなら、Pythonに関するあらゆることはすべてAnacondaに任せてしまうという気持ちが必要だ。
Anacondaの担当範囲があまりにも大きすぎて、他のどんな仮想環境ツールとも競合してしまうからである。
特に、Anacondaのパッケージ管理がpipと異なることで、「ほしいパッケージのバージョンがcondaにない！でもいまさらpipは使えない……」ということが結構あったりするのだ。その点は注意しなければならない。

何にせよ、どこまでがAnacondaの支配領域なのかを明確に理解できるようになるまでは、Anacondaを使うべきではない、と個人的には思う次第だ。

Pipenv

Pipenvは、virtualenvの仕事に加えて、Pipfileという次世代のパッケージ管理システムを実装したツールである。
Pipenvは仮想環境を作成するだけでなく、pipと同じようにパッケージ管理を行うことができる。その際、pipとは異なり、「何が要求されたパッケージで、何が依存関係の解決に必要だったパッケージなのか」を記録することができる。
これによって、どのパッケージがどのパッケージによって要求され、どのパッケージによってバージョン固定されたのかがわかり、パッケージリストがきれいになるのである。

Pythonに馴染みがない人にとっては、あまり利点がわからないかもしれない。
実際、あまり開発をしないのであれば、venvで十分なのではないかという気もする。

あと、これは個人的な主観なのだが、インターフェースが非常にわかりやすい。
新しいプロジェクトで仮想環境を作りたければpipenv installとするだけ、git cloneしてきたプロジェクトに置いてあったPipfileを読み込むときもpipenv installとするだけ、pipの代わりに使うときもpipenv install <package-name>とpipをpipenvに置き換えるだけ。大変わかりやすい。

まとめ

	インタプリタ切替	パッケージ切替	パッケージインストール
pyenv	○
virtualenv	○	○
pip			○
venv		○
pyenv-virtualenv	○	○
virtualenvwrapper		○
Anaconda	○	○	△
Pipenv		○	◎

pyenv-virtualenvをやめ、Pipenvを使う

以上の仮想環境ツールを比較した上で、私はpyenv-virtualenvをやめ、Pipenvを使うことにした。

pyenv-virtualenvをやめたことで、私のshellは爆速になった。もう二度とpyenv-virtualenvを使うつもりはない。

Pipenvはあくまでも仮想環境マネージャなので、Python自体のインストールは別の方法で行う必要がある。
pyenvに任せてもいいのだが（実際、Pipenvにはpyenvと協調する仕組みがある）、pyenvのやってくれることのうち「状況に応じて適切なPythonインタプリタを用いられる」という部分はPipenvがすでに担当しており、仕事が被ってしまうと思ったので、Pythonは手動でインストールすることにした。

実際、普通の人間に必要なPythonは最新バージョンのstableなpython（現時点では3.7.3）だけであり、あとは時々3.6や3.5、考古学者のために2.7が必要になるくらいである。Pyenvのような強いシステムの出る幕はたぶんない。

Pipenvのインストールは単純で、公式ページに書かれている通り、brewやaptで入れたり、あるいはpython -m pip install --user pipenvとするだけである。

新しくプロジェクトを立ち上げる際には、

~$ mkdir project1  # Projectを作成
~$ cd project1  # Projectに移動
~/project1$ pipenv install  # 仮想環境を作成
~/project1$ pipenv shell  # 仮想環境に入る

とすればよい。
次からは単にpipenv shellとするだけである。

おわりに

この記事では、pyenv、virtualenv、pip、venv、pyenv-virtualenv、virtualenvwrapper、Anaconda、Pipenvを並べ、それらの特性について軽くまとめた。
この記事が皆さんのPythonライフの一助となれば幸いである。

Pipenv流行れ。

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