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深入 .NET Core 基础 - 1：deps.json, runtimeconfig.json 以及 dll

深入 .NET Core 基础：deps.json, runtimeconfig.json 以及 dll

原文地址:https://natemcmaster.com/blog/2017/12/21/netcore-primitives/

1. .NET Core 应用程序基础

我学习过使用 gcc，C++ 和 vim 编程。当我开始使用 C# 和 .NET 的时候，点击 Visual Studio 中的 运行 按钮就是魔法，也带者失望。失望 - 不是因为我希望编写 Makefile - 而是因为我不知道 运行 都做了什么。所以，我开始探索。在本博文中，我将展示在 .NET Core 中使用的多数基础工具，并手工创建 .NET Core 应用程序而不借助于 Visual Studio。如果你是 .NET Core 的新手，并且希望揭开内幕，本文就是为您而来。如果您已经是一个 .NET Core 的开发者，并且好奇 *.deps.json 或者 *.runtimeconfig.json 文件是做什么的，我也会涵盖这些内容。

我将会终止 Visual Studio 的魔法，而一直使用命令行工具。为了你能够进行，您需要

.NET Core 2.1 SDK ( 实际上，.NET Core 3.1 SDK 已经发布，我想你更应该下载这个最新版)。下面的这些步骤是在 macOS 上完成的，但是它们也同样在 Linux 和 Windows 上一样工作，如果您将路径更改为 c:\Program Files\dotnet\ 和 dotnet.exe 的话。

2. C# 编译器

C# 编译器将 *.cs 文件编译为 *.dll 文件，也被称为程序集文件。程序集文件具有便携可执行文件格式，.NET Core 可以在 Windows、macOS 和 Linux 上执行它。.NET Core app 是一系列 *.dll 文件的集合 (包括少量的配置文件)。它可以通过多种程序设计语言，例如 VB 或者 F# 等所生成，但是，C# 是最常用的一种。

C# 编译器可以直接调用来生成程序集文件。C# 编译器可以在 .NET Core SDK 中发现，并像下面这样被调用。

dotnet /usr/local/share/dotnet/sdk/2.1.3/Roslyn/bincore/csc.dll -help

让我们为它提供一个输入内容。首先，创建名为 Program.cs 的文件，并编写如下 C# 代码：

/* Program.cs */
class Program
{
    static void Main(string[] args)
        => System.Console.WriteLine("Hello World!");
}

然后，在命令行，执行如下命令：

> dotnet \
  /usr/local/share/dotnet/sdk/2.1.3/Roslyn/bincore/csc.dll \
  -reference:/usr/local/share/dotnet/sdk/NuGetFallbackFolder/microsoft.netcore.app/2.0.0/ref/netcoreapp2.0/System.Runtime.dll \
  -reference:/usr/local/share/dotnet/sdk/NuGetFallbackFolder/microsoft.netcore.app/2.0.0/ref/netcoreapp2.0/System.Console.dll \
  -out:Program.dll \
  Program.cs

在 .NET Core 3.1 中，NuGetFallbackFoler 已经从 sdk 文件夹中移除了。这些程序集已经转移到 C:\Program Files\dotnet\packs\Microsoft.NETCore.App.Ref\3.1.0\ref\netcoreapp3.1 文件夹中。

如果在 Windows 下，注意空格的处理：

dotnet 'C:\Program Files\dotnet\sdk\3.1.100\Roslyn\bincore\csc.dll' -reference:'C:\Program Files\dotnet\packs\Microsoft.NETCore.App.Ref\3.1.0\ref\netcoreapp3.1\System.Runtime.dll' -reference:'C:\Program Files\dotnet\packs\Microsoft.NETCore.App.Ref\3.1.0\ref\netcoreapp3.1\System.Console.dll' -out:Program.dll Program.cs

参数的含义如下：

  • dotnet - C# 编译器本身也是一个 .NET Core 应用程序，所以，我们需要通过 dotnet 命令来启动它

  • /usr/local/share/dotnet/sdk/2.1.3/Roslyn/bincore/csc.dll - C# 编译器的路径。在 Windows 上，路径就是： C:\Program Files\dotnet\

  • -reference 参数指向了 System.Runtime.dll 和 System.Console.dll，这些类似于 C++ 中的头文件，它们为编译器提供关于 System.Object 和 System.Console 的信息。

  • -out:Program.dll，输出文件名。.dll 的扩展名是 .NET Core 的约定，并不是必需的。如果没有指定，编译器将生成名为 Program.exe 的文件。在 Windows 系统上，这会导致一点误解，因为你并不能通过双击 Program.exe 来启动它，所以，在 .NET Core 中，我们总是使用 .dll 扩展名。

Reference 引用允许我们使用代码中涉及的在其它 .NET Core 代码中定义的成千上万的类型，例如 List、Integer 以及 HttpClient 类型等等。但是，你不得不告诉编译器到哪里去找到它们。如果你删除掉 -reference:*** 部分，编译器将会失败，并返回如下错误：

Program.cs(1,11): error CS0518: Predefined type 'System.Object' is not defined or imported
Program.cs(3,26): error CS0518: Predefined type 'System.String' is not defined or imported
Program.cs(3,16): error CS0518: Predefined type 'System.Void' is not defined or imported

示例中使用的路径是 /usr/local/share/dotnet/sdk/NuGetFallbackFolder/microsoft.netcore.app。这些来自与 Microsoft.NETCore.App 这个 NugGet 包，后面我们会讨论它。

3. runtimeconfig.json

对于 .NET Core 应用程序来说，runtime.config.json 文件是必需的。术语 runtime 、shared framework、或者 platform 经常互换，但是，在谈论 .NET Core 的时候，它们是一回事。该 JSON 配置文件用于运行时。

如果您拥有了上一步所得到的程序集，您可以试着在命令行运行它，通过 dotnet 工具。没有这个 runtime.config.json，该尝试将会失败：

dotnet Program.dll
A fatal error was encountered. The library 'libhostpolicy.dylib' required to execute the application was not found in '/Users/nmcmaster/code/'.

在 Windows 环境的 .NET Core 3.1 环境下，我得到是：

 dotnet Program.dll
A fatal error was encountered. The library 'hostpolicy.dll' required to execute the application was not found in 'C:\temp\dotnet\'.
Failed to run as a self-contained app. If this should be a framework-dependent app, add the C:\temp\dotnet\Program.runtimeconfig.json file specifying the appropriate framework.

该段说明的意思是，.NET Core 不能找到用于执行 Program.dll 文件所必需的某些文件。为了解决这个问题，创建名为 Program.runtimeconfig.json 的文件，并使用如下内容：

{
  "runtimeOptions": {
    "framework": {
      "name": "Microsoft.NETCore.App",
      "version": "2.0.0"
    }
  }
}

注意，在 .NET Core .3.1 下，文件内容如下：

{
  "runtimeOptions": {
    "framework": {
      "name": "Microsoft.NETCore.App",
      "version": "3.1.0"
    }
  }
}

这些设置指示 dotnet 使用 Microsoft.NETCore.App 3.1.0 共享框架。该框架也是最常使用的框架，但是，还有其它的框架，例如 Microsoft.AspNetCore.App。不像 .NET Framework 是装个机器范围生效，可以有多个 .NET Core 共享框架安装在同一台机器上。dotnet 将读取该 JSON 文件，并在 /usr/local/share/dotnet/shared/$FrameworkName/$Version/ 中查找需要的文件并运行应用程序。

现在，执行 dotnet Program.dll。

>dotnet Program.dll
Hello world!

4. Package 包

包提供了在不同项目之间、项目组之间以及组织之间共享代码的方式，.NET 程序集被打包到 *.nupkg 文件中，这仅仅是一个 ZIP 压缩格式文件，并含有一个 XML 文件 (.nuspec) ，包含有关于该包的元数据。

最流行的一个 .NET 包称为 JSON.NET，也被称为 Newtonsoft.Json。它提供了解析和序列化 JSON 的 API。我们可以从 NuGet.org 得到它并提取到磁盘上。

# Bash
mkdir -p ./packages/Newtonsoft.Json/10.0.3/
curl -L https://www.nuget.org/api/v2/package/Newtonsoft.Json/10.0.3 | tar -xf - -C ./packages/Newtonsoft.Json/10.0.3/
​

Windows 环境下

# Windows (powershell)
mkdir ./packages/Newtonsoft.Json/10.0.3/
Invoke-WebRequest https://www.nuget.org/api/v2/package/Newtonsoft.Json/10.0.3 -OutFile Newtonsoft.Json.10.0.3.zip
Expand-Archive Newtonsoft.Json.10.0.3.zip -D ./packages/Newtonsoft.Json/10.0.3/

为了演示它的使用，我们将更新前一步的示例代码，以 JSON 对象格式输出信息。

class Program
{
    static void Main(string[] args)
      => System.Console.WriteLine(
          Newtonsoft.Json.JsonConvert.SerializeObject(new { greeting = "Hello World!" }));
}

这需要添加更多的编译参数到编译器的参数列表中，以便使用 Newtonsoft.Json 的 API。

> dotnet /usr/local/share/dotnet/sdk/2.1.3/Roslyn/bincore/csc.dll \
    -reference:/usr/local/share/dotnet/sdk/NuGetFallbackFolder/microsoft.netcore.app/2.0.0/ref/netcoreapp2.0/System.Runtime.dll \
    -reference:/usr/local/share/dotnet/sdk/NuGetFallbackFolder/microsoft.netcore.app/2.0.0/ref/netcoreapp2.0/System.Console.dll \
    -reference:/usr/local/share/dotnet/sdk/NuGetFallbackFolder/microsoft.netcore.app/2.0.0/ref/netcoreapp2.0/System.Collections.dll \
    -reference:./packages/Newtonsoft.Json/10.0.3/lib/netstandard1.3/Newtonsoft.Json.dll \
    -out:Program.dll \
    Program.cs

使用 .NET Core 3.1 的命令如下：

dotnet 'C:\Program Files\dotnet\sdk\3.1.100\Roslyn\bincore\csc.dll' -reference:'C:\Program Files\dotnet\packs\Microsoft.NETCore.App.Ref\3.1.0\ref\netcoreapp3.1\System.Runtime.dll' -reference:'C:\Program Files\dotnet\packs\Microsoft.NETCore.App.Ref\3.1.0\ref\netcoreapp3.1\System.Console.dll' -reference:'C:\Program Files\dotnet\packs\Microsoft.NETCore.App.Ref\3.1.0\ref\netcoreapp3.1\System.Collections.dll' -reference:'./packages/Newtonsoft.Json/10.0.3/lib/netstandard1.3/Newtonsoft.Json.dll' -out:Program.dll Program.cs

编译应当成功，虽然带有一些警告信息。

Program.cs(4,35): warning CS1701: Assuming assembly reference 'System.Runtime, Version=4.0.20.0, Culture=neutral, PublicKeyToken=b03f5f7f11d50a3a' used by 'Newtonsoft.Json' matches identity 'System.Runtime, Version=4.2.0.0, Culture=neutral, PublicKeyToken=b03f5f7f11d50a3a' of 'System.Runtime', you may need to supply runtime policy

这意味着在 Newtonsoft.Json 的作者创建 Newtonsoft.Json.dll 的时候，他基于的 System.Runtime.dll 的版本是 4.0.20.0。但是，现在提供的 System.Runtime.dll 更新一些，版本是 4.2.0.0。如果在版本 4.0.20.0 到 4.2.0.0 之间有变化的化，会导致你运行的应用程序出现问题，所以，编译器发出警告。幸运的是，这些变更是后向兼容的，所以 Newtonsoft.Json 将工作正常。我们可以通过添加参数 -nowarn:/CS1701 来抑制这些警告。

> dotnet /usr/local/share/dotnet/sdk/2.1.3/Roslyn/bincore/csc.dll \
    -reference:/usr/local/share/dotnet/sdk/NuGetFallbackFolder/microsoft.netcore.app/2.0.0/ref/netcoreapp2.0/System.Runtime.dll \
    -reference:/usr/local/share/dotnet/sdk/NuGetFallbackFolder/microsoft.netcore.app/2.0.0/ref/netcoreapp2.0/System.Console.dll \
    -reference:/usr/local/share/dotnet/sdk/NuGetFallbackFolder/microsoft.netcore.app/2.0.0/ref/netcoreapp2.0/System.Collections.dll \
    -reference:./packages/Newtonsoft.Json/10.0.3/lib/netstandard1.3/Newtonsoft.Json.dll \
    -nowarn:CS1701 \
    -out:Program.dll \
    Program.cs

5. 动态链接

在上一步，我们编译了一个引用 Newtonsoft.dll、System.Runtime.dll 和其它程序集的简单应用程序。在添加 Newtonsoft.dll 之前，我们的应用程序工作良好。但是，在更新版本之后，该程序的运行将会失败。

> dotnet Program.dll
Unhandled Exception: System.IO.FileNotFoundException: Could not load file or assembly 'Newtonsoft.Json, Version=10.0.0.0, Culture=neutral, PublicKeyToken=30ad4fe6b2a6aeed'. The system cannot find the file specified.

.NET 在运行时动态链接程序集。编译器在程序集 Program.dll 中添加了到 Newtonsoft.Json.dll 的引用，但并不会将代码复制进来。.NET Core 运行时期待能够在应用程序执行的时候能够加载名为 Newtonsoft.Json.dll 的程序集。对于 System.Runtime.dll 和 System.Console.dll ，以及其它引用的 System.* 文件也是同样的。

.NET Core 可以通过配置在一系列位置寻找 Newtonsoft.Json.dll，但是，为了简单起见，我们可以将它复制到 Program.dll 的同一个文件夹中。

> cp ./packages/Newtonsoft.Json/10.0.3/lib/netstandard1.3/Newtonsoft.Json.dll ./
> dotnet Program.dll
{"greeting":"Hello World!"}

为什么我们不需要将 System.Runtime.dll 和其它文件复制过来呢？这些文件通过 Microsoft.NETCore.App 共享框架动态链接过来，如前面所述。

6. deps.json

deps.json 文件是依赖说明文件。它可以用来配置来自包的动态链接到程序集。如前所述，.NET Core 可以配置为从多个位置来动态加载程序集。这些位置包括：

  • 应用程序所在的目录，与应用程序入口相同的文件夹，不需要配置。

  • 包的缓存文件夹 (NuGet 恢复缓存或者 NuGet 回落文件夹)

  • 优化之后的包缓存，或者运行时包存储。

  • 服务目录 (servicing index)，很少使用，用于 Windows Update 方式

  • 共享框架 (通过 runtimeconfig.json 配置)

综上所述，deps.json 定义可以动态链接的依赖列表，通常，该文件由机器生成，对于实际的应用程序，可能变得很大并且很复杂。但是，它是纯文本形式的，所以我们可以使用编辑器来处理它。

添加名为 Program.deps.json 的文件到项目中，内容如下：

{
  "runtimeTarget": {
    "name": ".NETCoreApp,Version=v2.0"
  },
  "targets": {
    ".NETCoreApp,Version=v2.0": {
      "Newtonsoft.Json/10.0.3": {
        "runtime": {
          "lib/netstandard1.3/Newtonsoft.Json.dll": {
            "assemblyVersion": "10.0.0.0",
            "fileVersion": "10.0.3.21018"
          }
        }
      }
    }
  },
  "libraries": {
    "Newtonsoft.Json/10.0.3": {
      "type": "package",
      "serviceable": false,
      "sha512": ""
    }
  }
}

为了展示这是如何工作的，将现在的与 Program.dll 同一文件夹的 Newtonsoft.Json.dll 删除。然后，执行 dotnet Program.dll 。

> rm Newtonsoft.Json.dll
> dotnet Program.dll
Error:
  An assembly specified in the application dependencies manifest (Program.deps.json) was not found:
    package: 'Newtonsoft.Json', version: '10.0.3'
    path: 'lib/netstandard1.3/Newtonsoft.Json.dll'

虽然提供了 Program.deps.json 文件，.NET Core 还需要一点关于到哪里定位匹配 deps.json 文件中程序集的信息。该配置可以通过如下三种方式之一实现：

  1. *.runtimeconfig.dev.json。这是配置的典型的最佳方式。添加文件 Program.runtimeconfig.dev.json 文件，其中设置了包文件夹的位置。它类似于 Program.runtimeconfig.json 文件，但它是可选的。典型地其中包含了文件完全路径，所以不适于在不同机器上发布。

     {
       "runtimeOptions": {
         "additionalProbingPaths": [
           "/Users/nmcmaster/code/packages/"
         ]
       }
     }

  2. 命令行。你可以使用 exec 命令来手工指定 dotnet 命令中程序集的位置。使用 --additionalprobingppath 参数，可以指定多个值。

    > dotnet exec --additionalprobingpath ./packages/ Program.dll

  3. *.runtimeconfig.json。可以添加一个运行时设置来指定新的探测位置。它可以使用相对路径。

    {
       "runtimeOptions": {
         "framework": {
           "name": "Microsoft.NETCore.App",
           "version": "2.0.0"
         },
         "additionalProbingPaths": [
           "./packages/"
         ]
       }
     }

7. 总结

对于大多数的开发工作，并不需要这些基础。类似 NuGet、MSBuild 和 Visual Studio 自动处理获取应用，C# 文件，调用编译器，连结到调试器，以及其它任务。但是，我认为知道背后是如何工作的还是非常用用。当然了，你还可以更加深入。在 *.dll 文件中实际有什么？什么是 *.pdb 文件？什么是 crossgen 和 libcoreclr？我会把这些留在其它部分中。

8. 参考信息

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