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

时间 2020-05-15

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

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

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 - 不是由于我但愿编写 Makefile - 而是由于我不知道 运行 都作了什么。因此，我开始探索。在本博文中，我将展现在 .NET Core 中使用的多数基础工具，并手工建立 .NET Core 应用程序而不借助于 Visual Studio。若是你是 .NET Core 的新手，而且但愿揭开内幕，本文就是为您而来。若是您已是一个 .NET Core 的开发者，而且好奇 *.deps.json 或者 *.runtimeconfig.json 文件是作什么的，我也会涵盖这些内容。html

我将会终止 Visual Studio 的魔法，而一直使用命令行工具。为了你可以进行，您须要 java

.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，可是它们也一样在 Linux 和 Windows 上同样工做，若是您将路径更改成 c:\Program Files\dotnet\ 和 dotnet.exe 的话。git

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。程序集文件具备便携可执行文件格式，.NET Core 能够在 Windows、macOS 和 Linux 上执行它。.NET Core app 是一系列 *.dll 文件的集合 (包括少许的配置文件)。它能够经过多种程序设计语言，例如 VB 或者 F# 等所生成，可是，C# 是最经常使用的一种。github

C# 编译器能够直接调用来生成程序集文件。C# 编译器能够在 .NET Core SDK 中发现，并像下面这样被调用。shell

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

让咱们为它提供一个输入内容。首先，建立名为 Program.cs 的文件，并编写以下 C# 代码：编程

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

而后，在命令行，执行以下命令：json

> 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。vim

若是在 Windows 下，注意空格的处理：api

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

参数的含义以下：

dotnet - C# 编译器自己也是一个 .NET Core 应用程序，因此，咱们须要经过 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，这些相似于 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，并非必需的。若是没有指定，编译器将生成名为 Program.exe 的文件。在 Windows 系统上，这会致使一点误解，由于你并不能经过双击 Program.exe 来启动它，因此，在 .NET Core 中，咱们老是使用 .dll 扩展名。

Reference 引用容许咱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。可是，你不得不告诉编译器到哪里去找到它们。若是你删除掉 -reference:*** 部分，编译器将会失败，并返回以下错误：

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，后面咱们会讨论它。

3. runtimeconfig.json

对于 .NET Core 应用程序来讲，runtime.config.json 文件是必需的。术语 runtime 、shared framework、或者 platform 常常互换，可是，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。

若是您拥有了上一步所获得的程序集，您能够试着在命令行运行它，经过 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，我获得是：

>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，建立名为 Program.runtimeconfig.json 的文件，并使用以下内容：

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

注意，在 .NET Core .3.1 下，文件内容以下：

{
  "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，可是，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，能够有多个 .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/ 中查找须要的文件并运行应用程序。

说明：若是有更高版本的 Microsoft.NeTCore.App 补丁安装，例如 shared/Microsoft.NETCore.App/2.0.4/，dotnet 将自动使用更高版本。

如今，执行 dotnet Program.dll。

>dotnet Program.dll
Hello world!

4. Package 包

包提供了在不一样项目之间、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。咱们能够从 NuGet.org 获得它并提取到磁盘上。

# 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，咱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!" }));
}

这须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 的命令以下：

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

注意：显然咱们须要 reference:Newtonsoft.Json.dll，可是，为何须要 System.Collections.dll？这是由于咱们还使用了匿名类型，new { greeting }。在背后，C# 编译器在匿名类型上生成了一个 .Equals() 方法，该方法调用了 System.Collections.Generic.EqualityComparer，它定义在 System.Collections.dll 中。

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

在 .NET Core 3.1 下，实际上，我获得的输出信息以下：

Microsoft (R) Visual C# Compiler version 3.4.0-beta4-19562-05 (ff930dec)
Copyright (C) Microsoft Corporation. All rights reserved.

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=4.2.2.0, Culture=neutral, PublicKeyToken=b03f5f7f11d50a3a' of 'System.Runtime', you may need to supply runtime policy
Program.cs(5,11): 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=4.2.2.0, Culture=neutral, PublicKeyToken=b03f5f7f11d50a3a' of 'System.Runtime', you may need to supply runtime policy

这意味着在 Newtonsoft.Json 的做者建立 Newtonsoft.Json.dll 的时候，他基于的 System.Runtime.dll 的版本是 4.0.20.0。可是，如今提供的 System.Runtime.dll 更新一些，版本是 4.2.0.0。若是在版本 4.0.20.0 到 4.2.0.0 之间有变化的化，会致使你运行的应用程序出现问题，因此，编译器发出警告。幸运的是，这些变动是后向兼容的，因此 Newtonsoft.Json 将工做正常。咱们能够经过添加参数 -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

对于 Windows 环境下的 .NET Core 3.1，命令以下：

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' -nowarn:CS1701 -out:Program.dll Program.cs

注意 CS1701 中的字母是大写。

5. 动态连接

在上一步，咱们编译了一个引用 Newtonsoft.dll、System.Runtime.dll 和其它程序集的简单应用程序。在添加 Newtonsoft.dll 以前，咱们的应用程序工做良好。可是，在更新版本以后，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 在运行时动态连接程序集。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 运行时期待可以在应用程序执行的时候可以加载名为 Newtonsoft.Json.dll 的程序集。对于 System.Runtime.dll 和 System.Console.dll ，以及其它引用的 System.* 文件也是一样的。

.NET Core 能够经过配置在一系列位置寻找 Newtonsoft.Json.dll，可是，为了简单起见，咱们能够将它复制到 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!"}

为何咱们不须要将 System.Runtime.dll 和其它文件复制过来呢？这些文件经过 Microsoft.NETCore.App 共享框架动态连接过来，如前面所述。

6. deps.json

deps.json 文件是依赖说明文件。它能够用来配置来自包的动态连接到程序集。如前所述，.NET Core 能够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，不须要配置。
包的缓存文件夹 (NuGet 恢复缓存或者 NuGet 回落文件夹)
优化以后的包缓存，或者运行时包存储。
服务目录 (servicing index)，不多使用，用于 Windows Update 方式
共享框架 (经过 runtimeconfig.json 配置)

综上所述，deps.json 定义能够动态连接的依赖列表，一般，该文件由机器生成，对于实际的应用程序，可能变得很大而且很复杂。可是，它是纯文本形式的，因此咱们可使用编辑器来处理它。

添加名为 Program.deps.json 的文件到项目中，内容以下：

{
  "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": ""
    }
  }
}

为了展现这是如何工做的，将如今的与 Program.dll 同一文件夹的 Newtonsoft.Json.dll 删除。而后，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 还须要一点关于到哪里定位匹配 deps.json 文件中程序集的信息。该配置能够经过以下三种方式之一实现：

*.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。它相似于 Program.runtimeconfig.json 文件，但它是可选的。典型地其中包含了文件彻底路径，因此不适于在不一样机器上发布。
```
{
   "runtimeOptions": {
     "additionalProbingPaths": [
       "/Users/nmcmaster/code/packages/"
     ]
   }
 }
```
命令行。你可使用 exec 命令来手工指定 dotnet 命令中程序集的位置。使用 --additionalprobingppath 参数，能够指定多个值。
```
> dotnet exec --additionalprobingpath ./packages/ Program.dll
```

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

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

注意：在个人 .NET Core 3.1 环境下，这个 additionalProbingPaths 没有工做。这里是 StackOverflow 上的一个问题：https://stackoverflow.com/questions/56844233/additional-probing-paths-for-net-core-3-migration

7. 总结

对于大多数的开发工做，并不须要这些基础。相似 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。可是，我认为知道背后是如何工做的仍是很是用用。固然了，你还能够更加深刻。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

Specs on runtimeconfig.json and deps.json: https://github.com/dotnet/cli/blob/v2.0.0/Documentation/specs/runtime-configuration-file.md
Assembly resolution and dynamic linking: https://github.com/dotnet/cli/blob/v2.0.0/Documentation/specs/corehost.md

原文出处：https://www.cnblogs.com/haogj/p/12003854.html