参考 python3.6.15的导入机制文档
前言
python的导入系统一直在变化，所以具体版本的导入系统，应该去查看文档。本文并不是文档，本文的目的是为了探究python的模块导入过程。
概念
module object：这是python关于模块的唯一的一个数据模型对象，所有的模块都是该对象，不管该模块是一个模块还是一个包。
模块：可以简单的理解为文件系统中的一个.py文件。
包：可以简单的理解为文件系统中的目录，该目录带有一个__init__.py文件。
导入系统的导入方法
import语句：from xxxx import xxxx 和import xxxx
__import__()：这是一个built-in函数。
importlib：该库提供了一系列的用于导入系统的API，importlib.import_module()就是一个专门用于导入模块的API。需要注意的是，该库提供的API，实际上都是导入系统的功能，这里只是给用户提供的使用接口。
几种导入方式对比
import语句包含两个过程：第一阶段在内部调用__import__()来搜寻模块并创建模块对象；第二阶段就是绑定名字到该模块对象。
__import__()只是用于搜寻模块并返回模块对象，但是其根据参数的不同或返回顶层模块对象，或返回指定的模块对象。
importlib.imoprt_module()用于搜索指定的模块，并返回指定的模块对象。
# __import__(name, globals=None, locals=None, fromlist=(), level=0)函数
该函数会导入 name 模块，有可能使用给定的 globals 和 locals 来确定如何在包的上下文中解读名称。 fromlist 给出了应该从由 name 指定的模块导入对象或子模块的名称。 标准实现完全不使用其 locals 参数，而仅使用 globals 参数来确定 import 语句的包上下文。
level 指定是使用绝对还是相对导入。 0 (默认值) 意味着仅执行绝对导入。 level 为正数值表示相对于模块调用 __import__() 的目录，将要搜索的父目录层数 (详情参见 PEP 328)。
当 name 变量的形式为 package.module 时，通常将会返回最高层级的包（第一个点号之前的名称），而 不是 以 name 命名的模块。 但是，当给出了非空的 fromlist 参数时，则将返回以 name 命名的模块。
# import语句
形式一、import xxxx
import spam
这一条语句就相当于如下的__import__调用：
spam = __import__('spam', globals(), locals(), [], 0)
返回了spam模块对象之后，python将spam这个模块对象绑定到本地的spam名字。
import spam.ham
这一条语句就相当于如下的__import__调用：
spam = __import__('spam.ham', globals(), locals(), [], 0)
仍然返回了spam模块对象，python随后将在本地名字空间中绑定spam名字到spam模块对象。
形式二、from xxx import xxxx
from spam.ham import eggs, sausage as saus
这一条语句就相当于如下的__import__调用：
_temp = __import__('spam.ham', globals(), locals(), ['eggs', 'sausage'], 0)
eggs = _temp.eggs
saus = _temp.sausage
在这里，__import__会返回spam.ham模块对象，然后在本地名字空间中绑定了eggs名字到spam.ham.eggs模块对象，同时绑定了saus名字到spam.ham.saus模块对象。
# importlib.import_module()
导入一个模块。参数 name 指定了以绝对或相对导入方式导入什么模块 (比如要么像这样 pkg.mod 或者这样 ..mod)。如果参数 name 使用相对导入的方式来指定，那么那个参数 packages 必须设置为那个包名，这个包名作为解析这个包名的锚点 (比如 import_module('..mod', 'pkg.subpkg') 将会导入 pkg.mod)。
import_module() 函数是一个对 importlib.__import__() 进行简化的包装器。 这意味着该函数的所有特性都来自于 importlib.__import__()。 这两个函数之间最重要的不同点在于 import_module() 返回指定的包或模块 (例如 pkg.mod)，而 __import__() 返回最高层级的包或模块 (例如 pkg,fromlist参数为空的时候，会返回最顶层的包或模块)。
正因为这是对__import__的封装，所以其也会导入父模块，并缓存到sys.modules中。
如果想要动态加载某个模块，importlib.import_module()无疑是最好的选择。
可以看到，这三种方式，实际上最终都是调用__import__函数完成模块的搜寻与模块对象的创建，然后加载执行模块代码。
导入系统的细节
__import__会根据参数name来搜寻模块，那么它究竟是怎样搜寻的呢？
其实这取决于三个条件：
1、参数name的值。
2、缓存sys.modules中是否存在该模块。
3、finder与loader。
# 参数name的值
如果name是类似于foo这样的值，那么python只会搜寻foo，并发导入foo。
如果name是类似于foo.bar.baz这样的值，那么python会先搜寻foo，导入foo；再搜寻foo.bar，导入foo.bar；最后搜寻foo.bar.baz，导入foo.bar.baz。
# 模块缓存sys.modules
搜寻模块的第一个地方就是模块缓存sys.modules。
这个映射起到缓存之前导入的所有模块的作用（包括其中间路径）。 因此如果之前导入过 foo.bar.baz，则 sys.modules 将包含 foo, foo.bar 和 foo.bar.baz 条目。 每个键的值就是相应的模块对象。
在导入期间，会在 sys.modules 查找模块名称，如存在则其关联的值就是需要导入的模块，导入过程完成。 然而，如果值为 None，则会引发 ModuleNotFoundError。 如果找不到指定模块名称，Python 将调用finder继续搜索该模块。
# finder与loader
当在缓存中找不到对应的模块的时候，就会调用finder去寻找对应的模块对象。
python总共有3个默认的finder：
内置模块finder
frozen module finder
搜索import path的finder
这三种finder的调用顺序，那自然而然是优先调用内置模块finder，然后是frozen module finder，最后是import path finder。
python的导入机制是可扩展的，它的扩展性通过import hooks实现。
# import hooks
导入机制被设计为可扩展；其中的基本机制是 import hooks。 import hooks有两种类型: meta hooks 和 import path hooks。
meta hooks通过在sys.meta_path中添加finder实现，在sys.modules查找完毕之后，meta hooks就能获得执行。meta hooks的运行实际在sys.modules查找之后，在内置模块finder，forzen module finder等之前运行。
import path hooks是作为sys.path（或者package.__path__）过程的一部分，在遇到hooks所hook的路径之后，import hooks获得运行。import hooks通过在sys.path_hooks中添加可调用对象来实现注册。
现在，finder和imoprt hooks都有了，finder可以为用户寻找模块，import hooks给用户提供了自定义载入过程的能力，它们相互配合完成对模块的搜寻，然后通过loader完成对模块的加载与执行。
那么它们是如何 一步步得到调用的呢？
# meta path
当指定名称的模块在 sys.modules 中找不到时，Python 会接着搜索 sys.meta_path，其中包含meta_path finder对象列表。 这些finder按顺序被查询，以确定它们是否知道如何处理该名称的模块。meta_path finder必须实现名为 find_spec() 的方法，该方法接受三个参数：名称、导入路径和目标模块（可选）。 meta_path finder可使用任何策略来确定它是否能处理指定名称的模块。
如果meta_path finder知道如何处理指定名称的模块，它将返回一个module spec。 如果它不能处理该名称的模块，则会返回 None。 如果 sys.meta_path 处理过程到达列表末尾仍未返回说明对象，则将引发 ModuleNotFoundError。 任何其他被引发异常将直接向上传播，并放弃导入过程。
对于前面两种finder来说，由于python虚拟机一旦编译完成之后，基本不会有太多更改，因此，其行为也就基本固定了；对于第三种finder来说，其行为往往与path相关，那么它的path搜索范围从哪里来呢？
# import path finder
imoprt path finder是一个path based finder，它会搜索一个imoprt path，该import path包含一个path entries列表，每一个path entry都表示了一个模块的搜索路径。
该finder会遍历路径列表的路径，为每一个path entry调用path entry finder。
path entry finder最终完成对路径的查找。
正如上面所说，path entry finder最终完成对路径的查找，路径来自path entries 列表，那么import path 中的path entries列表又从哪里来呢？
import path中的path entries列表在python导入系统初始化的时候构建，一般都从sys.path中获得。如果被载入的模块是一个子包，那么该path entries就会从父包的__path__构建。
好了，现在知道python是如何一步一步运行到finder的，如果finder找到了目标模块，那么就会返回一个module spec，可是它与loader似乎没有什么关系啊？loader究竟是如何得到调用的？
先来看看module spec包含什么：
# module spec
其中，重点关注__name__，__loader__。
__name__：模块名。
__loader__：用来加载该模块的loader。
原来finder将对应的模块loader放在module spec中一起返回了。
当python知道了一个模块的module spec的时候，就会紧接着调用对应的loader。
#loader
loader提供了关键的模块加载功能，它会创建模块对象，然后将该module放入到缓存sys.modules中，接着执行该模块代码。
小结：
一次__import__可能会包含多次的模块查找（载入的模块是子模块的话，需要先载入父包），这就意味着会有多次的finder和loader的执行，当这些finder和对应的loader都执行完毕之后，__import__最后根据情况返回一个模块对象。
其他细节
#子模块
当使用任意机制 (例如 importlib API, import 及 import-from 语句或者内置的 __import__()) 加载一个子模块时，父模块的命名空间中会添加一个对子模块对象的绑定。 例如，如果包 spam 有一个子模块 foo，则在导入 spam.foo 之后，spam 将具有一个 绑定到相应子模块的 foo 属性。
