快速理解.NET Framework

引言

本文著眼于微軟.NET框架。這是較新發(fā)布的軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境，它幫助開(kāi)發(fā)者快速開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序并且提供各種不同語(yǔ)言像Visual Basic .NET, C#, ASP .NET, 和Jscript .NET等開(kāi)發(fā)最合適的，高效的，可擴(kuò)展的，面向性能的應(yīng)用程序 。

　

.NET框架概述
.NET框架是一種新的計(jì)算平臺(tái)，它在Internet高度分布的環(huán)境中簡(jiǎn)化應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)

　

服務(wù)

NET框架提供以下服務(wù)：

開(kāi)發(fā)軟件應(yīng)用工具
執(zhí)行軟件應(yīng)用的運(yùn)行時(shí)環(huán)境
服務(wù)器基礎(chǔ)設(shè)施
幫助開(kāi)發(fā)者減少編碼提高工作效率的增值只能軟件
.NET框架將使開(kāi)發(fā)者為不同設(shè)備和不同平臺(tái)開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序，如：windows應(yīng)用程序、web應(yīng)用程序、windows服務(wù)和web服務(wù)。



目標(biāo)

設(shè)計(jì).NET框架是為了實(shí)現(xiàn)下列目標(biāo)：

一個(gè)一致的面向?qū)ο缶幊汰h(huán)境，目標(biāo)代碼能本地化存儲(chǔ)和執(zhí)行，本地化執(zhí)行而不是分布式Internet，或者遠(yuǎn)程執(zhí)行。
一個(gè)減少軟件部署和版本沖突的代碼編輯環(huán)境。
一個(gè)確保安全的代碼執(zhí)行的代碼編輯環(huán)境，包括來(lái)自未知的或是不能完全信任的社團(tuán)的代碼。
一個(gè)能消除腳本的或解釋性的環(huán)境引起的性能問(wèn)題的代碼編輯環(huán)境。
開(kāi)發(fā)者在面對(duì)大量不同應(yīng)用系統(tǒng)類(lèi)型時(shí)有一致的開(kāi)發(fā)體驗(yàn)，如基于Windows的應(yīng)用程序和基于Web的應(yīng)用程序。
構(gòu)造所有工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)信息來(lái)確保基于.NET框架的代碼能夠集成任何其他代碼。
　

理解.NET框架體系結(jié)構(gòu)

.NET框架有兩個(gè)組件：.NET框架類(lèi)庫(kù)和公共語(yǔ)言運(yùn)行時(shí)。
.NET框架類(lèi)庫(kù)使類(lèi)型（CTS）變的簡(jiǎn)單，它對(duì)于.NET語(yǔ)言來(lái)說(shuō)是公共的。
公共語(yǔ)言運(yùn)行時(shí)組成部分有由：（類(lèi)加載器）加載程序的IL代碼并將起編譯成本地代碼到運(yùn)行時(shí)，執(zhí)行和管理代碼來(lái)加強(qiáng)安全和類(lèi)型安全，并且提供線程支持。




.NET框架體系結(jié)構(gòu)最頂部是像VB .NET C#, VJ#, VC++ .NET之類(lèi)的語(yǔ)言；開(kāi)發(fā)者能開(kāi)發(fā)（使用上面的任何語(yǔ)言）像Windows窗體，Web窗體，Windows服務(wù)和XML Web服務(wù)。




理解.NET框架的角色


.NET框架有兩個(gè)組要的組件：公共語(yǔ)言運(yùn)行時(shí)（CLR）和.NET框架類(lèi)庫(kù)。公共語(yǔ)言運(yùn)行時(shí)是.NET框架的基礎(chǔ)。CLR 在運(yùn)行時(shí)管理代碼，提供像內(nèi)存管理，線程管理和remoting之類(lèi)的核心服務(wù)，同時(shí)也加強(qiáng)嚴(yán)格的類(lèi)型安全和促進(jìn)代碼正確來(lái)確保程序的安全性和健壯性（魯棒性）。代碼管理的概念是CLR的基本原則。針對(duì)CLR的代碼被認(rèn)為是可管理的代碼，而不是針對(duì)CLR的代碼則被認(rèn)為是不可管理的代碼。

類(lèi)庫(kù)是.NET框架的一個(gè)完整的組件， 包括可重用類(lèi)的面向?qū)ο蠹�合，它使我們能用�?lái)開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序包括傳統(tǒng)的命令行或是任何像Windows窗體，ASP. NET Web窗體和新近發(fā)明的XML Web 服務(wù)的Windows服務(wù)這樣的圖形用戶接口（GUI）。


歐洲計(jì)算機(jī)制造商協(xié)會(huì)（ECMA）標(biāo)準(zhǔn)定義了通用語(yǔ)言規(guī)范（CLS）；這加強(qiáng)了軟件開(kāi)發(fā)語(yǔ)言能夠進(jìn)行互操作。按照CLS編寫(xiě)的代碼應(yīng)該能和另一個(gè)符合CLS語(yǔ)言的代碼一起編譯。因?yàn)橛煞�合CLS語(yǔ)言支持的代碼將會(huì)被編譯成中間語(yǔ)言（IL）代碼。CLR引擎執(zhí)行IL代碼。這保證了符合CLS語(yǔ)言的互用性。微軟.NET框架支持的語(yǔ)言有Microsoft Visual Basic .NET, Microsoft Visual C#, Microsoft Visual C++ .NET, and Microsoft Visual J# .NET.

語(yǔ)言編譯器生成中間語(yǔ)言代碼，叫做微軟中間語(yǔ)言（MSIL），它使不同可互操作的.NET語(yǔ)言編寫(xiě)程序。
ECMA標(biāo)準(zhǔn)，公共語(yǔ)言架構(gòu)（CLI），定義了IL代碼需要執(zhí)行的基礎(chǔ)架構(gòu)的規(guī)范。CLI提供一個(gè)公共類(lèi)型系統(tǒng)（CTS）和像類(lèi)型安全，可管理的代碼執(zhí)行和side by side執(zhí)行的服務(wù)。








圖1.微軟.NET框架的ECMA標(biāo)準(zhǔn)

.NET框架提供基礎(chǔ)架構(gòu)和服務(wù)。CLI規(guī)范.它們包括：
公共語(yǔ)言運(yùn)行時(shí)：

CLR包括CLI

CLR也提供.NET應(yīng)用程序的執(zhí)行環(huán)境

公共類(lèi)型系統(tǒng):

提供數(shù)據(jù)類(lèi)型，值，對(duì)象類(lèi)型。這使得開(kāi)發(fā)人員能用不同的語(yǔ)言開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序。.NET語(yǔ)言共享CTS意味著所有在應(yīng)用程序中的類(lèi)型在CLI類(lèi)型定義中是一樣的。

類(lèi)型安全：

.NET框架在值和對(duì)象上執(zhí)行操作，因?yàn)?NET框架需要知道每個(gè)值和對(duì)象的類(lèi)型并且引用值和對(duì)象類(lèi)型。

可管理的代碼執(zhí)行

.NET框架管理執(zhí)行.NET應(yīng)用程序時(shí)對(duì)象的狀態(tài)。

.NET框架自動(dòng)分配內(nèi)存并提供來(lái)機(jī)收集機(jī)制來(lái)重新分配內(nèi)存

Side-by-side執(zhí)行

.NET框架通過(guò)使用不同版本的裝配器允許同一應(yīng)用程序的不同版本運(yùn)行在同一機(jī)器上。裝配器由IL代碼和元數(shù)據(jù)組成。元數(shù)據(jù)決定應(yīng)用程序的依賴關(guān)系。通過(guò)這個(gè)，.NET框架運(yùn)行時(shí)能執(zhí)行多種版本裝配器并且解決遺留的開(kāi)發(fā)環(huán)境的主要問(wèn)題。那就是DLL HELL？


.NET裝配器

圖2 Side-by-side執(zhí)行



理解.NET框架CLR

公共語(yǔ)言運(yùn)行時(shí)：

運(yùn)行時(shí)環(huán)境
CLR把應(yīng)用程序編譯成有運(yùn)行時(shí)，把IL代碼編譯成本地代碼，執(zhí)行代碼
運(yùn)行時(shí)服務(wù)
內(nèi)存管理
類(lèi)型安全
增強(qiáng)安全
異常管理
線程支持
調(diào)試支持
理解.NET框架CLR的體系結(jié)構(gòu)






類(lèi)加載器，將類(lèi)加載到CLR。
MSIL到本地代碼的編譯，將把MSIL轉(zhuǎn)變成本地代碼。
代碼管理器，它在代碼執(zhí)行期間進(jìn)行管理。
內(nèi)存分配和垃圾收集，表現(xiàn)為自動(dòng)內(nèi)存管理。
安全的引擎，使用微軟提供的工具和在控制面板對(duì).NET框架配置加強(qiáng)安全限制包括代碼級(jí)安全、文件及機(jī)器級(jí)安全。
類(lèi)型檢查器，增強(qiáng)強(qiáng)類(lèi)型檢查。
線程支持，提供對(duì)應(yīng)用程序的多線程支持。
異常管理器，提供對(duì)運(yùn)行時(shí)異常處理的機(jī)制。
調(diào)試引擎，允許開(kāi)發(fā)者調(diào)試應(yīng)用程序的不同類(lèi)型。
COM配置，允許.NET應(yīng)用程序與COM應(yīng)用程序交換數(shù)據(jù)。
基類(lèi)庫(kù)支持，提供應(yīng)用程序運(yùn)行時(shí)所需的類(lèi)。
公共語(yǔ)言運(yùn)行時(shí)的特征


CLR有以下特征：

管理內(nèi)存：
內(nèi)存分配
內(nèi)存的重分配（垃圾收集）
線程執(zhí)行支持
代碼執(zhí)行
代碼安全檢查
編譯
MSIL到本地代碼
基于信任的代碼安全（對(duì)執(zhí)行代碼的授權(quán)。代碼級(jí)，文件級(jí)，機(jī)器級(jí)）這些特征對(duì)運(yùn)行在公共語(yǔ)言運(yùn)行時(shí)的可管理代碼來(lái)說(shuō)是固有的。
理解CLR



為了執(zhí)行程序并且獲得可管理執(zhí)行環(huán)境的所以好處，我們用CLS支持的.NET框架語(yǔ)言編寫(xiě)代碼。語(yǔ)言編譯器將源代碼編譯成由CPU相關(guān)的代碼和平臺(tái)相關(guān)的指令組成的MSIL代碼。MSIL有下列組成：

能夠執(zhí)行算術(shù)和邏輯運(yùn)算的指令。
直接訪問(wèn)內(nèi)存。
控制執(zhí)行流
處理異常
MSIL代碼能夠在執(zhí)行前被編譯成特定CPU指令，CLR所需要代碼的信息只有元數(shù)據(jù)。元數(shù)據(jù)描述代碼并且定義代碼類(lèi)型包括引用代碼在運(yùn)行期用到的其他類(lèi)型。
一個(gè)裝配器由精簡(jiǎn)的可執(zhí)行文件組成。當(dāng)執(zhí)行PE文件的時(shí)候類(lèi)加載器價(jià)載MSIL代碼而元數(shù)據(jù)把精簡(jiǎn)的可執(zhí)行文件編成運(yùn)行時(shí)內(nèi)存。
PE文件執(zhí)行之前它將代碼傳遞到本地代碼編譯器進(jìn)行編譯，IL到本地代碼的編譯是有JIT編譯器完成的。因?yàn)椴煌�的CPU架構(gòu)和編譯器 IL代碼到本地指令。



CLR的特點(diǎn)

被管理的多線程支持和線程監(jiān)控。應(yīng)用程序域包括一個(gè)或多個(gè)執(zhí)行線程。
管理不安全代碼的互用性，和COM配置。
結(jié)構(gòu)化的異常處理機(jī)制
基礎(chǔ)架構(gòu)和被管理執(zhí)行進(jìn)程，內(nèi)存管理和垃圾收集
CLR的結(jié)構(gòu)







基類(lèi)庫(kù)支持支持所有使用.NET語(yǔ)言來(lái)支持基本功能性的基類(lèi)。
COM配置支持COM對(duì)象間數(shù)據(jù)的重組。
異常管理支持使用try catch finally語(yǔ)句塊在運(yùn)行時(shí)處理錯(cuò)誤。
安全引擎在運(yùn)行時(shí)加強(qiáng)安全規(guī)則。
類(lèi)型檢查器在運(yùn)行時(shí)作類(lèi)型安全檢查。
調(diào)試引擎支持運(yùn)行時(shí)調(diào)試。
代碼管理器管理運(yùn)行時(shí)被管理代碼
IL到本地代碼編譯器將MSIL代碼編譯成機(jī)器相關(guān)的本地代碼
垃圾收集器支持內(nèi)存管理并支持清理運(yùn)行時(shí)廢棄的內(nèi)存。
類(lèi)加載器在運(yùn)行時(shí)加載類(lèi)。
理解JIT編譯器

JIT編譯器作為CLR的一個(gè)完整的部分將MSIL代碼編譯成本地代碼并且實(shí)時(shí)執(zhí)行整批代碼。代碼將會(huì)被緩存而下次就會(huì)從緩存中讀取代碼再次編譯執(zhí)行（翻譯不出來(lái)）

JIT執(zhí)行進(jìn)程

CLR類(lèi)加載器加載MSIL代碼并且將元數(shù)據(jù)加載到內(nèi)存；代碼管理器調(diào)用WinMain或DllMain方法。JIT編譯器在其入口方法執(zhí)行之前編譯這個(gè)方法。代碼管理器將對(duì)象放置在內(nèi)存中并控制代碼的執(zhí)行。垃圾收集器實(shí)現(xiàn)對(duì)管理堆的周期性檢查識(shí)別應(yīng)用程序的無(wú)效對(duì)象。


程序執(zhí)行時(shí)類(lèi)型檢查器確保所有對(duì)象和值以及對(duì)象和值的引用有其合法的類(lèi)型。類(lèi)型檢查器也保證代碼的唯一合法操作，否則就拋出異常。代碼在運(yùn)行時(shí)由CLR控制。CLR在以下行為上增強(qiáng)安全性：

像硬盤(pán)一樣控制和訪問(wèn)系統(tǒng)資源
控制和訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)連接
控制和訪問(wèn)其他硬件資源
被管理代碼執(zhí)行


被管理代碼執(zhí)行被認(rèn)為是由CLR執(zhí)行的進(jìn)程，具體有以下幾個(gè)方面：

CLR加載MSIL和應(yīng)用元數(shù)據(jù)
CLR執(zhí)行本地代碼，
CLR提供自動(dòng)內(nèi)存管理
被管理的執(zhí)行也實(shí)現(xiàn)JIT編輯
封裝類(lèi)型安全，
增強(qiáng)安全性
處理異常
被管理的執(zhí)行進(jìn)程

被管理代碼是自解釋性的代碼，它在.NET框架中給CLR多運(yùn)行時(shí)服務(wù)的信息。
這些信息在PE文件里以元數(shù)據(jù)的形式被存儲(chǔ)在MSIL代碼中。元數(shù)據(jù)信息會(huì)描述代碼包含的類(lèi)型。
被管理數(shù)據(jù)是由垃圾收集器自動(dòng)被分配和釋放的。被管理代碼能被被管理數(shù)據(jù)理解而非管理數(shù)據(jù)能被被管理理解。(翻的不正確)
內(nèi)存管理

自動(dòng)內(nèi)存管理意味著當(dāng)對(duì)象創(chuàng)建時(shí)不需要編寫(xiě)代碼分配內(nèi)存或是當(dāng)應(yīng)用程序不需要對(duì)象時(shí)釋放內(nèi)存。
自動(dòng)內(nèi)存管理的進(jìn)程包括下列任務(wù)：



？分配內(nèi)存



當(dāng)一個(gè)進(jìn)程被初始化時(shí)，運(yùn)行時(shí)保留了一個(gè)連續(xù)的地址空間而不為它分配任何存儲(chǔ)空間。
這個(gè)保留的地址空間被叫做托管堆。托管堆在下一個(gè)對(duì)象被放置的地方保留了一個(gè)指針。
當(dāng)一個(gè)應(yīng)用程序使用new操作符創(chuàng)建一個(gè)對(duì)象時(shí)，new操作符檢查堆內(nèi)對(duì)象所需的內(nèi)存是否可用。
當(dāng)下一個(gè)對(duì)象創(chuàng)建的時(shí)候，垃圾收集器在托管堆分配內(nèi)存給對(duì)象。
在托管堆分配內(nèi)存給對(duì)象的時(shí)間比分配非托管堆內(nèi)存耗時(shí)要少。
在非托管堆中，指向內(nèi)存的指針在鏈表數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中維護(hù)。因此，分配內(nèi)存需要通過(guò)操縱鏈表，尋找能夠容納它的較大的內(nèi)存塊。（此處原文不全）
與訪問(wèn)非托管內(nèi)存相比你能更快地訪問(wèn)托管內(nèi)存的對(duì)象，因?yàn)樵谕泄軆?nèi)存分配時(shí)，對(duì)象總是在托管的地址空間中分配。
？釋放內(nèi)存




垃圾收集器周期性地應(yīng)用程序不再需要的對(duì)象中釋放內(nèi)存。
每個(gè)應(yīng)用程序有一組根指針。根指針指向在托管堆存儲(chǔ)位置。每個(gè)根指針或者引用托管堆中的一個(gè)對(duì)象或是被置成空。
一個(gè)應(yīng)用程序的根指針由線程棧上的全局靜態(tài)指針，局部變量和引用對(duì)象參數(shù)組成。
JIT編譯器和運(yùn)行時(shí)維護(hù)應(yīng)用程序根指針的列表。垃圾收集器使用這個(gè)列表創(chuàng)建從根指針列表中獲得的在托管堆中的對(duì)象圖表。
當(dāng)垃圾收集器開(kāi)始運(yùn)行，它把在托管堆中的所有對(duì)象都看作垃圾。
垃圾收集器通過(guò)應(yīng)用程序的根指針列表操作，這個(gè)列表定義了在應(yīng)用程序根指針列表中有相應(yīng)的引用的對(duì)象并對(duì)可獲得的對(duì)象標(biāo)記。
垃圾收集器也把這樣的對(duì)象作為可獲得對(duì)象。（不知道是什么意思）
垃圾收集器認(rèn)為所有托管堆中不可獲得的對(duì)象是垃圾。
垃圾收集器通使用收集進(jìn)程釋放垃圾對(duì)象空間。
垃圾收集器使用內(nèi)存復(fù)制功能來(lái)壓縮托管堆中的對(duì)象。
垃圾收集器更新應(yīng)用程序根指針列表中的指針，使得指向較早的應(yīng)用程序根指針正確指向?qū)ο蟆?
垃圾收集器使用高度優(yōu)化的機(jī)制完成垃圾收集。它把托管堆中的對(duì)象分為三級(jí)：0、1、和2。第0級(jí)包括最近被創(chuàng)建的對(duì)象。
垃圾收集器開(kāi)始在第0級(jí)收集不可獲得的對(duì)象。接著，垃圾收集器緊縮內(nèi)存并將可獲得對(duì)象提升為第1級(jí)。
幸免于收集進(jìn)程收集的對(duì)象被提升為更高的級(jí)別。
垃圾收集器在第1級(jí)和第2級(jí)搜索不可獲得的對(duì)象，僅當(dāng)通過(guò)第0級(jí)對(duì)象的收集進(jìn)程釋放的內(nèi)存不足以創(chuàng)建一個(gè)新的對(duì)象時(shí)。
垃圾收集器為所有應(yīng)用程序創(chuàng)建的托管對(duì)象管理內(nèi)存。
垃圾收集器能通過(guò)在對(duì)象等Dispose方法中提供清除代碼來(lái)顯式釋放這些系統(tǒng)資源。
我們?cè)趯?duì)象完成工作后需要顯式調(diào)用Dispose方法。
？實(shí)現(xiàn)完成器

完成器進(jìn)程允許一個(gè)對(duì)象在垃圾收集器啟動(dòng)之前完成清理工作。
Finalize方法確保了即使客戶沒(méi)有顯式調(diào)用Dispose方法，所使用的資源在對(duì)象被垃圾收集時(shí)也會(huì)從內(nèi)存被釋放。
在垃圾收器集進(jìn)行垃圾收集時(shí)識(shí)別對(duì)象是垃圾后，它在釋放內(nèi)存前調(diào)用對(duì)象的Finalize方法。
完成器是包含在對(duì)象收集之前被執(zhí)行的清理代碼的方法。執(zhí)行清理代碼的進(jìn)程被叫做終結(jié)。Dispose和Finalize方法被叫做完成器。
對(duì)象的Dispose方法會(huì)釋放所有資源，包括它的父對(duì)象擁有的資源通過(guò)調(diào)用父對(duì)象的Dispose方法。
我們有兩個(gè)方法執(zhí)行Dispose方法：
類(lèi)用戶能夠調(diào)將被銷(xiāo)毀對(duì)象的Dispose方法，或者
Finalize方法能在終結(jié)過(guò)程中調(diào)用Dispose方法。


未