快速理解.NET Framework

引言

本文著眼于微軟.NET框架。這是較新發(fā)布的軟件開發(fā)環(huán)境，它幫助開發(fā)者快速開發(fā)應(yīng)用程序并且提供各種不同語言像Visual Basic .NET, C#, ASP .NET, 和Jscript .NET等開發(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框架是一種新的計算平臺，它在Internet高度分布的環(huán)境中簡化應(yīng)用程序開發(fā)

　

服務(wù)

NET框架提供以下服務(wù)：

開發(fā)軟件應(yīng)用工具
執(zhí)行軟件應(yīng)用的運(yùn)行時環(huán)境
服務(wù)器基礎(chǔ)設(shè)施
幫助開發(fā)者減少編碼提高工作效率的增值只能軟件
.NET框架將使開發(fā)者為不同設(shè)備和不同平臺開發(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.NET框架是為了實(shí)現(xiàn)下列目標(biāo)：

一個一致的面向?qū)ο缶幊汰h(huán)境，目標(biāo)代碼能本地化存儲和執(zhí)行，本地化執(zhí)行而不是分布式Internet，或者遠(yuǎn)程執(zhí)行。
一個減少軟件部署和版本沖突的代碼編輯環(huán)境。
一個確保安全的代碼執(zhí)行的代碼編輯環(huán)境，包括來自未知的或是不能完全信任的社團(tuán)的代碼。
一個能消除腳本的或解釋性的環(huán)境引起的性能問題的代碼編輯環(huán)境。
開發(fā)者在面對大量不同應(yīng)用系統(tǒng)類型時有一致的開發(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)信息來確�；�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框架有兩個組件：.NET框架類庫和公共語言運(yùn)行時。
.NET框架類庫使類型（CTS）變的簡單，它對于.NET語言來說是公共的。
公共語言運(yùn)行時組成部分有由：（類加載器）加載程序的IL代碼并將起編譯成本地代碼到運(yùn)行時，執(zhí)行和管理代碼來加強(qiáng)安全和類型安全，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之類的語言；開發(fā)者能開發(fā)（使用上面的任何語言）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框架有兩個組要的組件：公共語言運(yùn)行時（CLR）和.NET框架類庫。公共語言運(yùn)行時是.NET框架的基礎(chǔ)。CLR 在運(yùn)行時管理代碼，提供像內(nèi)存管理，線程管理和remoting之類的核心服務(wù)，同時也加強(qiáng)嚴(yán)格的類型安全和促進(jìn)代碼正確來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CLR的代碼被認(rèn)為是可管理的代碼，而不是針對CLR的代碼則被認(rèn)為是不可管理的代碼。

類庫是.NET框架的一個完整的組件， 包括可重用類的面向?qū)ο蠹�合，它使我們能用來開發(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）。


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

語言編譯器生成中間語言代碼，叫做微軟中間語言（MSIL），它使不同可互操作的.NET語言編寫程序。
ECMA標(biāo)準(zhǔn)，公共語言架構(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提供一個公共類型系統(tǒng)（CTS）和像類型安全，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：
公共語言運(yùn)行時：

CLR包括CLI

CLR也提供.NET應(yīng)用程序的執(zhí)行環(huán)境

公共類型系統(tǒng):

提供數(shù)據(jù)類型，值，對象類型。這使得開發(fā)人員能用不同的語言開發(fā)應(yīng)用程序。.NET語言共享CTS意味著所有在應(yīng)用程序中的類型在CLI類型定義中是一樣的。

類型安全：

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

可管理的代碼執(zhí)行

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

.NET框架自動分配內(nèi)存并提供來機(jī)收集機(jī)制來重新分配內(nèi)存

Side-by-side執(zhí)行

.NET框架通過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。通過這個，.NET框架運(yùn)行時能執(zhí)行多種版本裝配器并且解決遺留的開發(fā)環(huán)境的主要問題。那就是DLL HELL？


.NET裝配器

圖2 Side-by-side執(zhí)行



理解.NET框架CLR

公共語言運(yùn)行時：

運(yùn)行時環(huán)境
CLR把應(yīng)用程序編譯成有運(yùn)行時，把IL代碼編譯成本地代碼，執(zhí)行代碼
運(yùn)行時服務(wù)
內(nèi)存管理
類型安全
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)






類加載器，將類加載到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.NET框架配置加強(qiáng)安全限制包括代碼級安全、文件及機(jī)器級安全。
類型檢查器，增強(qiáng)強(qiáng)類型檢查。
線程支持，提供對應(yīng)用程序的多線程支持。
異常管理器，提供對運(yùn)行時異常處理的機(jī)制。
調(diào)試引擎，允許開發(fā)者調(diào)試應(yīng)用程序的不同類型。
COM配置，允許.NET應(yīng)用程序與COM應(yīng)用程序交換數(shù)據(jù)。
基類庫支持，提供應(yīng)用程序運(yùn)行時所需的類。
公共語言運(yùn)行時的特征


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（對執(zhí)行代碼的授權(quán)。代碼級，文件級，機(jī)器級）這些特征對運(yùn)行在公共語言運(yùn)行時的可管理代碼來說是固有的。
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框架語言編寫代碼。語言編譯器將源代碼編譯成由CPU相關(guān)的代碼和平臺相關(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型包括引用代碼在運(yùn)行期用到的其他類型。
一個裝配器由精簡的可執(zhí)行文件組成。當(dāng)執(zhí)行PE文件的時候類加載器價載MSIL代碼而元數(shù)據(jù)把精簡的可執(zhí)行文件編成運(yùn)行時內(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)用程序域包括一個或多個執(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)







基類庫支持支持所有使用.NET語言來支持基本功能性的基類。
COM配置支持COM對象間數(shù)據(jù)的重組。
異常管理支持使用try catch finally語句塊在運(yùn)行時處理錯誤。
安全引擎在運(yùn)行時加強(qiáng)安全規(guī)則。
類型檢查器在運(yùn)行時作類型安全檢查。
調(diào)試引擎支持運(yùn)行時調(diào)試。
代碼管理器管理運(yùn)行時被管理代碼
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)行時廢棄的內(nèi)存。
類加載器在運(yùn)行時加載類。
理解JIT編譯器

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

JIT執(zhí)行進(jìn)程

CLR類加載器加載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)行之前編譯這個方法。代碼管理器將對象放置在內(nèi)存中并控制代碼的執(zhí)行。垃圾收集器實(shí)現(xiàn)對管理堆的周期性檢查識別應(yīng)用程序的無效對象。


程序執(zhí)行時類型檢查器確保所有對象和值以及對象和值的引用有其合法的類型。類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)行時由CLR控制。CLR在以下行為上增強(qiáng)安全性：

像硬盤一樣控制和訪問系統(tǒng)資源
控制和訪問網(wǎng)絡(luò)連接
控制和訪問其他硬件資源
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提供自動內(nèi)存管理
被管理的執(zhí)行也實(shí)現(xiàn)JIT編輯
封裝類型安全，
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)的形式被存儲在MSIL代碼中。元數(shù)據(jù)信息會描述代碼包含的類型。
被管理數(shù)據(jù)是由垃圾收集器自動被分配和釋放的。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

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



？分配內(nèi)存



當(dāng)一個進(jìn)程被初始化時，運(yùn)行時保留了一個連續(xù)的地址空間而不為它分配任何存儲空間。
這個保留的地址空間被叫做托管堆。托管堆在下一個對象被放置的地方保留了一個指針。
當(dāng)一個應(yīng)用程序使用new操作符創(chuàng)建一個對象時，new操作符檢查堆內(nèi)對象所需的內(nèi)存是否可用。
當(dāng)下一個對象創(chuàng)建的時候，垃圾收集器在托管堆分配內(nèi)存給對象。
在托管堆分配內(nèi)存給對象的時間比分配非托管堆內(nèi)存耗時要少。
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）
與訪問非托管內(nèi)存相比你能更快地訪問托管內(nèi)存的對象，因?yàn)樵谕泄軆?nèi)存分配時，對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象中釋放內(nèi)存。
每個應(yīng)用程序有一組根指針。根指針指向在托管堆存儲位置。每個根指針或者引用托管堆中的一個對象或是被置成空。
一個應(yīng)用程序的根指針由線程棧上的全局靜態(tài)指針，局部變量和引用對象參數(shù)組成。
JIT編譯器和運(yùn)行時維護(hù)應(yīng)用程序根指針的列表。垃圾收集器使用這個列表創(chuàng)建從根指針列表中獲得的在托管堆中的對象圖表。
當(dāng)垃圾收集器開始運(yùn)行，它把在托管堆中的所有對象都看作垃圾。
垃圾收集器通過應(yīng)用程序的根指針列表操作，這個列表定義了在應(yīng)用程序根指針列表中有相應(yīng)的引用的對象并對可獲得的對象標(biāo)記。
垃圾收集器也把這樣的對象作為可獲得對象。（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象是垃圾。
垃圾收集器通使用收集進(jìn)程釋放垃圾對象空間。
垃圾收集器使用內(nèi)存復(fù)制功能來壓縮托管堆中的對象。
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。它把托管堆中的對象分為三級：0、1、和2。第0級包括最近被創(chuàng)建的對象。
垃圾收集器開始在第0級收集不可獲得的對象。接著，垃圾收集器緊縮內(nèi)存并將可獲得對象提升為第1級。
幸免于收集進(jìn)程收集的對象被提升為更高的級別。
垃圾收集器在第1級和第2級搜索不可獲得的對象，僅當(dāng)通過第0級對象的收集進(jìn)程釋放的內(nèi)存不足以創(chuàng)建一個新的對象時。
垃圾收集器為所有應(yīng)用程序創(chuàng)建的托管對象管理內(nèi)存。
垃圾收集器能通過在對象等Dispose方法中提供清除代碼來顯式釋放這些系統(tǒng)資源。
我們在對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)程允許一個對象在垃圾收集器啟動之前完成清理工作。
Finalize方法確保了即使客戶沒有顯式調(diào)用Dispose方法，所使用的資源在對象被垃圾收集時也會從內(nèi)存被釋放。
在垃圾收器集進(jìn)行垃圾收集時識別對象是垃圾后，它在釋放內(nèi)存前調(diào)用對象的Finalize方法。
完成器是包含在對象收集之前被執(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。
對象的Dispose方法會釋放所有資源，包括它的父對象擁有的資源通過調(diào)用父對象的Dispose方法。
我們有兩個方法執(zhí)行Dispose方法：
類用戶能夠調(diào)將被銷毀對象的Dispose方法，或者
Finalize方法能在終結(jié)過程中調(diào)用Dispose方法。


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