Python跨服务传递作用域的坑
背景
在一个古老的系统中，有这样一段代码：
scope = dict(globals(), **locals())
exec(
"""
global_a = 123
def func_a():
print(global_a)
"""
, scope)
exec("func_a()", scope)
第一段用户代码定义了函数，第二段用户代码执行函数（不要问为什么这么做，因为用户永远是正确的）。第一个代码段执行后，func_a和global_a都会被加入作用域scope，由于第二个代码段也使用同一个scope，所以第二个代码段调用func_a是可以正确输出123的。
但是使用exec执行用户代码毕竟不优雅，也很危险，于是把exec函数封装在了一个Python沙箱环境中（简单理解就是另一个Python服务，将code和scope传给这个服务后，服务会在沙箱环境调用exec(code,scope)执行代码），相当于每一次对exec调用都替换成了对沙箱服务的RPC请求。
于是代码变成了这个样子：
scope = dict(globals(), **locals())
scope = call_sandbox(
"""
global_a = 123
def func_a():
print(global_a)
"""
, scope)
call_sandbox("func_a()", scope)
作用域跨服务传递问题
由于多次RPC调用需要使用同一个作用域，所以沙箱服务返回了新的scope，以保证下次调用时作用域不会丢失。但是执行代码会发现第二次call_sandbox调用时候，会返回错误：
global name 'global_a' is not defined
首先怀疑第一次调用后scope没有更新，但是如果scope没有更新，应该会报找不到func_a才对，这个报错说明，第二次调用时候，作用域里的func_a是存在的，但是func_a找不到变量global_a。通过输出第二次call_sandbox前的scope，会发现global_a和func_a都是存在的：
print(scope.keys())
# ['__name__', '__doc__', '__package__', '__loader__', '__spec__', '__file__', '__cached__',
# '__builtins__', 'global_a', 'func_a']
call_sandbox("func_a()", scope)
证明在第二次call_sandbox时，scope被正确的传入了，没有报找不到func_a也印证了这个结论。在func_a里获取并输出一下globals()和locals()：
def func_a():
inner_scope = dict(globals(), **locals()
print(inner_scope.keys())
# ['__builtins__']
可以看到在func_a外作用域是正常的，但是func_a内的作用域就只有builtins了，相当于作用域被清空了。猜测是函数的caller指向的是沙箱环境内的作用域，当scope回传回来后，caller没有更新，所以在函数内找不到函数外的作用域，查看一下Python函数的魔术方法：
发现有一个globals变量，指向的就是所在作用域，相当于函数的caller，通过如下代码验证调用沙箱服务后的scope里的func_a的globals是否和当前作用域的一样：
scope["func_a"].__globals__ == globals() # False
确实不一样，接下来试试把scope["func_a"].globals置为globals()，应该就可以跑通了。
优化作用域更新逻辑
到这里问题的根源已经搞清了：
- 第一个exec语句和第二个exec语句分别在Python服务A和B中执行，第一个exec语句中定义的func_a所在的作用域是服务A（func_a.globals == A）
- 在scope回传到服务B后，global_a和func_a被拷贝到了服务B所在作用域，但是func_a.globals还是指向服务A的作用域，所以出现可以调用到func_a但在func_a里找不到global_a
- 将func_a.globals置为B，就可以使代码在服务B正确执行
如文档所述，函数globals是一个只读变量，所以不能直接赋值，需要通过拷贝函数的方式实现，定义一个拷贝函数的方法：
import copy
import types
import functools
def copy_func(f, globals=None, module=None):
if globals is None:
globals = f.__globals__
g = types.FunctionType(f.__code__, globals, name=f.__name__,
argdefs=f.__defaults__, closure=f.__closure__)
g = functools.update_wrapper(g, f)
if module is not None:
g.__module__ = module
return g
更新调用沙箱后回传的scope，如果scope中的value是一个function，就通过复制的方式更新它的globals为scope：
scope = dict(globals(), **locals())
scope = call_sandbox(
"""
global_a = 123
def func_a():
print(global_a)
"""
, scope)
for k, v in scope:
if isinstance(v, types.FunctionType):
scope[k] = copy_func(v, scope, __name__)
call_sandbox("func_a()", scope)
重新运行，两个call_sandbox都可以正常执行，问题解决。
参考文档
https://docs.python.org/3/reference/datamodel.html
https://stackoverflow.com/questions/2904274/globals-and-locals-in-python-exec/2906198
