Day 9：Nix Shell — 開發者的救星

📦 系列：NixOS 30 天學習之旅 📚 階段：第二階段 — 掌握 Nix 語言與開發環境（Day 8 ~ Day 14） 🎯 今日目標：學會使用 nix-shell，不安裝軟體就能擁有完整開發環境

前言：傳統開發環境的痛點

身為開發者，你一定經歷過這些場景：

想測試一個 Python script，卻發現機器上沒裝 Python。
裝了 Node.js 14 的專案，結果另一個專案要求 Node.js 20，兩邊打架。
同事說「在我的電腦上可以跑啊」，但你花了一整個下午都裝不起來。
好不容易裝好一堆工具，升級系統後全部爆炸。

傳統的做法是用 brew install、apt-get install，或者搬出 Docker。但不管哪一種，背後都有著相同的問題 — 你正在汙染你的系統環境。安裝的東西散落在 /usr/local、/usr/bin、各種 lib 資料夾裡，移除時總是不乾不淨。

今天要介紹的 nix-shell，正是為了解決這個痛點而生的工具。

nix-shell 是什麼？

nix-shell 是 Nix 提供的一個指令，它能夠 即時建立一個臨時的 shell 環境，在裡面放入你指定的套件，讓你馬上就能使用。

核心概念很簡單：

不需要安裝：套件只存在 Nix store（/nix/store/）裡，不會汙染你的系統。
用完即走：離開 nix-shell 後，環境就消失了（套件仍快取在 store 裡，但不會出現在你的 $PATH）。
可重現：同樣的指令，在任何一台有 Nix 的機器上，都能得到一模一樣的環境。

你可以把它想像成一個 極度輕量的 container——不需要 image、不需要 Dockerfile、不需要等待 build，一行指令就搞定。

即時使用：`nix-shell -p`

最簡單的用法，就是 -p（--packages）參數。假設你想要一個有 Python 3 的環境：

nix-shell -p python3

執行後，你會進入一個新的 shell。在這個 shell 裡，python3 就是可用的：

[nix-shell:~]$ python3 --version
Python 3.12.5

[nix-shell:~]$ which python3
/nix/store/xxxxx-python3-3.12.5/bin/python3

注意 which 的輸出——Python 不是裝在 /usr/bin 或 /usr/local/bin，而是在 /nix/store/ 裡。你的系統完全沒有被動過。

按下 Ctrl+D 或輸入 exit 離開後，python3 就從你的 $PATH 消失了：

$ which python3
python3 not found

乾乾淨淨，就像什麼都沒發生過一樣。

多個套件的組合使用

-p 後面可以接多個套件名稱，打造你需要的開發環境：

nix-shell -p python3 nodejs git curl jq

這一行指令，就給你了一個同時擁有 Python 3、Node.js、Git、curl 和 jq 的環境。不需要一個一個 brew install，更不需要擔心版本衝突。

再來看一個更實際的例子。假設你要寫一個小工具，需要用到 Go 和 SQLite：

nix-shell -p go sqlite

進入 shell 後，馬上就能開始開發：

[nix-shell:~]$ go version
go version go1.22.5 linux/amd64

[nix-shell:~]$ sqlite3 --version
3.46.0 2024-05-23 ...

這就是 nix-shell 的魔力——把「安裝開發工具」這件事，變成了一行指令。

`--run` 與 `--command` 參數

有時候你不需要進入互動式的 shell，只是想 跑一個指令就走。這時候 --run 和 --command 就派上用場了。

`--run`：執行完就離開

nix-shell -p python3 --run "python3 -c 'print(1 + 1)'"

輸出：

指令執行完畢，自動回到原本的 shell。非常適合用在一次性的任務，像是：

# 快速用 jq 處理一個 JSON 檔案
nix-shell -p jq --run "cat data.json | jq '.users[] | .name'"

# 用 httpie 測試一個 API endpoint
nix-shell -p httpie --run "http GET https://api.github.com/users/octocat"

`--command`：執行指令，但保留 shell 環境

nix-shell -p nodejs --command "node --version && bash"

--command 和 --run 的差異在於，--command 會在 nix-shell 的環境中執行指令。如果你在指令最後加上 bash，就能留在那個環境裡繼續操作。

💡 小技巧：在 script 或 CI/CD pipeline 中，--run 特別好用。你可以在不安裝任何東西的情況下，直接在 pipeline 裡取得需要的工具。

nix-shell 與系統環境的隔離

這是 nix-shell 最重要的特性之一——它不會影響你的系統環境。

讓我們來做一個實驗：

# 先確認系統上的 PATH
$ echo $PATH
/usr/local/bin:/usr/bin:/bin

# 進入 nix-shell
$ nix-shell -p python3 nodejs

# 在 nix-shell 裡檢查 PATH
[nix-shell:~]$ echo $PATH
/nix/store/xxxxx-python3-3.12.5/bin:/nix/store/xxxxx-nodejs-20.15.0/bin:/usr/local/bin:/usr/bin:/bin

你會發現，nix-shell 做的事情其實很單純——它只是把 Nix store 中對應套件的 bin 路徑，加到你的 $PATH 前面。

這代表：

特性	說明
✅ 不動系統檔案	不會在 `/usr/local` 或 `/usr/bin` 裡塞東西
✅ 不影響其他 shell	只有當前這個 shell session 受影響
✅ 離開就恢復	`exit` 之後，`$PATH` 回到原本的狀態
✅ 多個 nix-shell 可並存	你可以同時開好幾個不同的 nix-shell

和 Docker 相比，nix-shell 更加輕量。Docker 需要建立 image、啟動 container，還需要處理 volume mount 和 port mapping。而 nix-shell 就是在你當前的 terminal 裡，零延遲地切換環境。

╔══════════════════════════════════════════════════╗
║              你的系統環境                          ║
║                                                  ║
║    ┌───────────────────┐  ┌──────────────────┐   ║
║    │  nix-shell A      │  │  nix-shell B     │   ║
║    │  python3 + flask  │  │  nodejs + npm    │   ║
║    │  (Terminal 1)     │  │  (Terminal 2)    │   ║
║    └───────────────────┘  └──────────────────┘   ║
║                                                  ║
║    系統的 $PATH 和檔案系統完全不受影響              ║
╚══════════════════════════════════════════════════╝

實戰場景：快速測試不同版本

nix-shell 最實用的場景之一，就是 快速切換不同版本的工具來測試。

場景一：測試 Python 2 vs Python 3

# Terminal 1：Python 3 環境
nix-shell -p python3 --run "python3 -c 'print(type(1/2))'"
# 輸出：<class 'float'>

不需要 pyenv，不需要切換 symlink，直接就能比較行為差異。

場景二：測試不同版本的 Node.js

# 使用 Node.js 20
nix-shell -p nodejs_20 --run "node -e 'console.log(process.version)'"
# 輸出：v20.15.0

# 使用 Node.js 18
nix-shell -p nodejs_18 --run "node -e 'console.log(process.version)'"
# 輸出：v18.20.3

💡 小技巧：想知道有哪些套件可以用？可以到 Nix Packages Search 搜尋，或在 terminal 中用以下指令查找：
nix-env -qaP | grep nodejs

場景三：臨時需要一個工具

同事丟了一個 YAML 檔案給你，但你的系統沒有裝 yq：

nix-shell -p yq-go --run "yq '.services' docker-compose.yml"

不需要 brew install yq，不需要等待安裝，也不會在系統上留下任何痕跡。用完就走。

場景四：在 script 中使用

你甚至可以在 shell script 的 shebang 中使用 nix-shell：

#!/usr/bin/env nix-shell
#!nix-shell -i python3 -p python3

import sys
print(f"Hello from Python {sys.version}")
print("This script doesn't need Python pre-installed!")

把這個檔案存成 hello.py，給它執行權限後直接跑：

chmod +x hello.py
./hello.py

Nix 會自動幫你準備好 Python 3 的環境，然後執行這個 script。收到這個 script 的人，只要有裝 Nix，就能直接執行，不需要任何額外設定。

進階小技巧

在結束之前，再分享幾個實用的小技巧：

1. 使用 `--pure` 參數

加上 --pure 會建立一個更乾淨的環境，它會把你系統原本的 $PATH 清掉，只保留 nix-shell 裡指定的套件：

nix-shell --pure -p python3 coreutils

這在你需要確保「這個環境只用到了我指定的工具」時特別有用，例如測試你的 build script 是否有遺漏的 dependency。

2. 搭配 `nix-shell` 與 `shellHook`

在 Day 10 我們會深入介紹 shell.nix 檔案，屆時你可以在裡面定義 shellHook，讓進入 nix-shell 時自動執行特定指令（例如設定環境變數、啟動 service 等）。

3. 第一次使用會比較慢

第一次使用 nix-shell -p 時，Nix 需要從 binary cache 下載套件，所以會花一些時間。但下載過一次之後，後續使用都是即時的——因為套件已經快取在你的 /nix/store/ 裡了。

小結

今天我們學會了 nix-shell 的核心用法：

指令	用途
`nix-shell -p python3`	建立一個有 Python 3 的臨時環境
`nix-shell -p python3 nodejs`	建立一個有多個套件的臨時環境
`nix-shell -p jq --run "..."`	執行一次性指令後離開
`nix-shell --pure -p python3`	建立一個純淨的隔離環境

nix-shell 的哲學可以用一句話概括：不要在系統上安裝你不需要永久存在的東西。

需要用什麼工具？nix-shell -p 進去用，用完 exit 離開。就這麼簡單。

這正是 Nix 被越來越多開發者推崇的原因——它讓你的系統保持乾淨，同時又不犧牲開發效率。

明日預告

Day 10 我們將從「即時使用」進階到「可重現的開發環境」——學習如何撰寫 shell.nix 檔案，把今天用 -p 指定的套件寫成一個 可以 commit 進 repo 的設定檔，讓團隊裡的每個人都能用同一個指令、得到同一個開發環境。

🔑 Day 9 關鍵收穫：nix-shell -p 就是你的「免安裝開發環境」，用完即走、不汙染系統。