DotNet Core全新認識

1、概述     

 

.NET 經歷14年，在Windows平臺上的表現已經至關優秀，可是「跨平臺、開源」倒是其痛點，從16年開始.NET Core的出現將迎來.NET的真正意義上的跨平臺和開源序幕。

 

.NET Core是一個開源通用的開發框架，支持跨平臺，即支持在Window，macOS，Linux等系統上的開發和部署，而且能夠在硬件設備，雲服務，和嵌入式/物聯網方案中進行使用。

 

.NET Core的源碼放在GitHub上，由微軟官方和社區共同支持。

 

下面瞭解一下.NET Framework和.NET Core這兩個分支的異同。 

 

.NET 開源項目：https://github.com/dotnet  （包括standard、corefx（.NET 庫）、coreclr（NET Core 運行時）、roslyn（Roslyn 編譯器（C# 和 Visual Basic）和適用於 Visual Studio 的語言工具）、cli（命令行界面和工具）、orleans，此外還有一些文檔包括：docs、docfx等）

 

2、.NET Framework和.NET Core的結構體系

 

1. .NET Framework 包含,Windows Form,WPF,ASP.NET

    

2. .NET Core 包含，UWP,ASP.NET Core

    

3. .Xamarin，新的.NET還包括第三個部分，即XAMARIN用於構建移動APP，包含iOS、 OS X 、Android等。

 

即所謂的.NET三架馬車，下面是最新的.NET生態體系圖：

    

 

從上圖能夠看出，.NET Framework和.NET Core及XAMARIN將是如今及將來.NET的三大部分，而它們三個都是獨立於各自的，但都基於.NET標準庫。

 

3、.NET Framework和.NET Core特色 

 

.NET Core較以前的.NET Framework 從性能和開發效率上都有很大的提高。關鍵是首次實現了.NET的徹底跨平臺能力的基礎技術棧。 

 

.NET Core 基於跨平臺能力，並無將與 GUI 高度相關的 API 移植到 .NET Core 內，所以像是 Windows Forms 或是 Windows Presentation Foundation (WPF) 並未移植到 .NET Core。

 

.NET Core 支持控制檯應用程序 (Console Application) 以及類庫 (Class Library) 類型的項目。 

 

不過微軟在其 Universal Windows Platform (UWP) 開發平臺使用了 .NET Core，而且利用 .NET Native 技術將其性能提高至十分接近原生碼的速度。

 

ASP.NET Core 則以控制檯應用程序驅動其託管環境 Kestrel Server 以支持 ASP.NET Core 程序的運行。 

 

• .NET Framework

   

 （1）Windows應用程序的王者框架:.NET Framework用於建立基於Windows系統的應用程序，包括Windows From、WPF、ASP.NET MVC等。在Windows框架下的開發。.NET Framework還是強項，從此一段時間將繼續更新升級。

 

（2）開發語言選擇：可選用C#,VB.NET,F#等衆多語言開發。

 

• .NET Core

 

（1）跨平臺 .NET Core  是微軟推出的最新的跨平臺的框架，用它能夠建立的應用能夠運行在MAC，Linux上 。 .NET Core  支持UWP  和 ASP.NET Core，UWP即Windows 10 中的Universal Windows Platform簡稱。即Windows通用應用平臺，在Win 10 Mobile/Surface(Windows平板電腦）/PC/Xbox/HoloLens等平臺上運行，uwp不一樣於傳統pc上的exe應用也跟只適用於手機端的app有本質區別。它並非爲某一個終端而設計，而是能夠在全部windows10設備上運行。

 

（2）開源 .NET Core從屬於.NET基金會，由微軟進行官方支持。使用MIT和Apache 2開源協議，文檔協議遵循CC-BY

 

（3） 兼容性：從前面的圖上看出.NET Core和.NET Framework基於.NET Standard Library。所以與.NET Framework，Xamarin，Mono等兼容。

    

（4）靈活部署機制：第一種.Portable applications(便攜式應用)這種部署機制和傳統的.NET Framework類似，只要目標平臺上存在.NET Core Runtime便可。

 

第二種.Self-contained application（自宿主應用）顧名思義，這種部署機制將應用和運行時共同打包，即使目標平臺上沒有安裝.NET Core Runtime也能正常使用第二種方式和.NET Native也是不同的，仍然使用                     CoreCLR，而.NET Native使用CoreRT做爲運行時，詳細信息請見dotnet/corert

 

（5）命令行工具:.NET程序全部的運行腳本均可以用命令行工具執行(cmd，bash)。

 

（6）語言選擇：.NET Core 1.0版本中支持的編程語言僅有C#（F#和VB暫未實現）

 

4、.NET Core構成體系

 

上面說到.NET的三駕馬車，.NET Framework、.NET Core、XAMARIN,下面主要看一下.NET Core的組成

         

 

如上圖，NET Core 構成體系：

 

（1） Runtime    在.NET Core 中有實現兩種RunTime，NativeRuntime 和 CoreCLR。NativeRuntime 將C# 或 VB.net 代碼直接轉換爲原生機器碼。而CoreCLR是一個開源的JIT運行時，會將代碼編譯成中間語言（IL）在最終運行時再轉換機器碼。

 

（2） Unified BCL    Base Classlibrary即基礎類，例如 FileSystem、Console、XML操做等。

 

（3） Windows Store AppModel & ASP.NET Core 1.0    提供開發Windows系統的各類觸屏設備和ASP.NET程序的一組基礎庫。 

 

5、.NET Core各個功能模塊

 

 

如上圖：

 

應用層： .NET Core的系統構成，最上層是應用層，是開發基於UI應用的框架集，包括了ASP.NET Core(用於建立web app)，和 UWP(用於建立Windows10 app)。

 

中間層：中間層是公共庫(CoreFX)：實現了.NET Standard Library ,囊括了經常使用系統級操做例如（文件、網絡等）。在CoreFx下是運行時環境，.NET Core 包含了兩種運行時(CoreCLR、CoreRT),CoreCLR是一種基於即時編譯程序(Just in time compiler,JIT)的運行時,它使用了跨平臺開源的編譯器RyuJIT,而CoreRT是使用提早編譯器(Ahead of time compiler,AOT)的運行時,它既可使用RyuJIT來實現AOT編譯也可使用其餘的AOT編譯器。因爲AOT提早編譯IL成了機器碼，在移動設備上也具備更好的啓動速度和節能性。

 

編譯器：最後還要提到一個開源的跨平臺源代碼編譯器Roslyn，它有別於剛纔兩個編譯器，JIT和AOT編譯器主要用於將IL編譯成本機機器碼，而Roslyn是將C# 或 VB.NET 代碼編譯成程序中間語言(intermediate language,IL)。

 

下面介紹這個編譯器。

 

（1）、.NET Core的Roslyn 編譯器

 

Roslyn編譯器用於將C#或VB.NET代碼編譯爲程序集(assembly)，它的編譯過程是一個管道式的處理過程一共包含4個步驟，具體過程見下圖。

 

 

A. Parser(解析)

 

根據語法對源代碼進行解析。

 

B. Declaration (聲明)

 

爲代碼生成元數據(metadata),元數據是一個數據表的集合，描述了在當前代碼中定義的數據類型和成員，同時也描述了引用的類型及成員。

 

C. Bind(綁定)

 

將生成的IL代碼與描述它的元數據綁定在一塊兒，生成託管模塊(managed module)。

 

D. Emit(生成)

 

將一個或多個託管模塊合併生成程序集(assembly)。

 

（2）RyuJIT 編譯器

 

在程序運行中須要執行某一個方法，首先須要將已經編譯好的IL轉換本機的機器碼，而這個任務就交給了RyuJIT。它是新一代JIT編譯器，第一次實現了AMD64的架構，RyuJIT可以比JIT64(上一代編譯器)更快地生成代碼，以提升程    序運行效率(測試詳情連接)。

 

（3) CoreCLR & CoreRT

 

CoreCLR 和 CoreRT 都是.NET Core的運行時(Runtime),它們提供了與.NET Framework CLR 相似的核心功能(內存管理、程序集加載、安全性、異常、線程管理等)，可由面向於運行時的全部語言使用。

 

CoreRT 和 CoreCLR 不一樣的是，CoreRT 提供了一套AOT 的機制,能夠將.NET Core程序編譯成原生代碼，不依賴 .NET 運行時而運行在宿主機器上。

除此以外兩個運行時大部分功能代碼是共享的，好比GC。AOT的優化帶來很多好處：

 

• 編譯後生成一個單文件，包含全部的依賴，包括 CoreRT，無需安裝Framework

   

• 啓動時是機器碼，不須要生成機器碼，也不要加載JIT編譯器

   

• 可使用其餘優化編譯器，包括 LLILC ,IL to CPP

 

CoreRT有兩個方式生成機器碼，第一個使用是直接編譯IL成機器碼，默認狀況下，RyuJIT 做爲一個 AOT 編譯器將IL編譯成機器碼，另外一個方式是將C#代碼編譯成C++代碼，而後調用對應平臺的C++編譯器優化編譯成機器碼。

 

使用 RyuJIT 編譯成機器碼

 

dotnet restore

dotnet build --native --ilcpath <repo_root>\bin

\Product\Windows_NT.x64.Debug\packaging\publish1

 

 編譯生成 C++ 代碼

 

dotnet restore

dotnet build --native --cpp --ilcpath <repo_root>\bin\Product\Windows_NT.x64.Debug\packaging\

publish1 --cppcompilerflags /MTd

 

CoreRT也有不足之處，它須要爲不一樣平臺編譯一次；但凡事有可是，它容許工程師能夠不發佈到不想支持的平臺（好比某遊戲僅支持桌面，不支持手機）。

 

（4） CoreFX(.NET Core Libraries)

 

CoreFX主要包含數個公共庫，例如 System.Collections, System.IO, System.Xml等。CoreFX是 .NET Standard Library 的實現，一樣的.NET Framework 4.6.3也是基於.NET Standard Library的實現。它們目前都是基於.NET Standard Library1.6版本，具體見下表：

 

 

6、.NET Core 代碼開發、部署、運行過程

 

 

從上圖能夠看到使用JIT編譯和使用AOT編譯源代碼並運行程序是兩種不一樣的流程。

 

若是使用JIT編譯器部署程序時只須要將程序打包爲IL的assemblies，在方法第一次執行前編譯器將IL編譯爲目標機機器碼(Native code)，而AOT編譯會在編譯時將源代碼直接編譯爲目標機機器碼。

 

AOT將源代碼編譯爲機器碼，擁有以下特性：

 

（1）用靜態代碼替換反射，例如若是一個值類型(value type)沒有重寫 ValueType.Equals 的equals的方法，默認狀況判斷相等，會使用反射找到filedinfo以肯定type是否相等，而後再比較value是否相等。而在AOT編譯中因爲替換了反射所以只能比較value是否相等。

 

（2）依賴的第三方類庫以及.NET Libraries均打包至最終編譯的程序中。

 

（3）打包後的程序運行在一個精簡版的運行時上(CoreRT)主要包含垃圾回收器，而運行時也會打包在app文件中。

 

（4）雖然編譯時會替換反射代碼，但遇動態反射代碼無能爲力，運行時若遇動態反射調用則會因找不到對應的元數據及實現而拋出異常。解決辦法是編譯前配置運行時指令文件(Runtime directive file)指定須要用到的程序集。

 

七，總結

 

主要介紹了.NET的三駕馬車.NET Framework、.NET Core、Xamarin，.NET Framework是開發基於Windows平臺的王者框架，而.NET Core的跨平臺特性、開源及靈活的部署機制將是.NET的將來。

 

後面介紹了.NET Core的組成、.NET Core主要功能模塊：應用層、中間層、編譯器。最後簡要介紹了.NET Core的開發、部署、運行流程。