背景
在一個古老的系統中，有這樣一段代碼：
scope = dict(globals(), **locals())
exec(
"""
global_a = 123
def func_a():
print(global_a)
"""
, scope)
exec("func_a()", scope)
第一段用戶代碼定義了函數，第二段用戶代碼執行函數（不要問爲什麼這麼做，因爲用戶永遠是正確的）。第一個代碼段執行後，func_a和global_a都會被加入作用域scope，由於第二個代碼段也使用同一個scope，所以第二個代碼段調用func_a是可以正確輸出123的。
但是使用exec執行用戶代碼畢竟不優雅，也很危險，於是把exec函數封裝在了一個Python沙箱環境中（簡單理解就是另一個Python服務，將code和scope傳給這個服務後，服務會在沙箱環境調用exec(code,scope)執行代碼），相當於每一次對exec調用都替換成了對沙箱服務的RPC請求。
於是代碼變成了這個樣子：
scope = dict(globals(), **locals())
scope = call_sandbox(
"""
global_a = 123
def func_a():
print(global_a)
"""
, scope)
call_sandbox("func_a()", scope)
作用域跨服務傳遞問題
由於多次RPC調用需要使用同一個作用域，所以沙箱服務返回了新的scope，以保證下次調用時作用域不會丟失。但是執行代碼會發現第二次call_sandbox調用時候，會返回錯誤：
global name 'global_a' is not defined
首先懷疑第一次調用後scope沒有更新，但是如果scope沒有更新，應該會報找不到func_a纔對，這個報錯說明，第二次調用時候，作用域裏的func_a是存在的，但是func_a找不到變量global_a。通過輸出第二次call_sandbox前的scope，會發現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)
證明在第二次call_sandbox時，scope被正確的傳入了，沒有報找不到func_a也印證了這個結論。在func_a裏獲取並輸出一下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內的作用域就只有builtins了，相當於作用域被清空了。猜測是函數的caller指向的是沙箱環境內的作用域，當scope回傳回來後，caller沒有更新，所以在函數內找不到函數外的作用域，查看一下Python函數的魔術方法：
發現有一個globals變量，指向的就是所在作用域，相當於函數的caller，通過如下代碼驗證調用沙箱服務後的scope裏的func_a的globals是否和當前作用域的一樣：
scope["func_a"].__globals__ == globals() # False
確實不一樣，接下來試試把scope["func_a"].globals置爲globals()，應該就可以跑通了。
優化作用域更新邏輯
到這裏問題的根源已經搞清了：
- 第一個exec語句和第二個exec語句分別在Python服務A和B中執行，第一個exec語句中定義的func_a所在的作用域是服務A（func_a.globals == A）
- 在scope回傳到服務B後，global_a和func_a被拷貝到了服務B所在作用域，但是func_a.globals還是指向服務A的作用域，所以出現可以調用到func_a但在func_a裏找不到global_a
- 將func_a.globals置爲B，就可以使代碼在服務B正確執行
如文檔所述，函數globals是一個只讀變量，所以不能直接賦值，需要通過拷貝函數的方式實現，定義一個拷貝函數的方法：
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
更新調用沙箱後回傳的scope，如果scope中的value是一個function，就通過複製的方式更新它的globals爲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)
重新運行，兩個call_sandbox都可以正常執行，問題解決。
參考文檔
https://docs.python.org/3/reference/datamodel.html
https://stackoverflow.com/questions/2904274/globals-and-locals-in-python-exec/2906198