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

阿新 • • 發佈：2019-12-08

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

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

1. .NET Core 應用程式基礎

我學習過使用 gcc，C++ 和 vim 程式設計。當我開始使用 C# 和 .NET 的時候，點選 Visual Studio 中的 執行 按鈕就是魔法，也帶者失望。失望 - 不是因為我希望編寫 Makefile - 而是因為我不知道 執行 都做了什麼。所以，我開始探索。在本博文中，我將展示在 .NET Core 中使用的多數基礎工具，並手工建立 .NET Core 應用程式而不借助於 Visual Studio。如果你是 .NET Core 的新手，並且希望揭開內幕，本文就是為您而來。如果您已經是一個 .NET Core 的開發者，並且好奇 *.deps.json 或者 *.runtimeconfig.json 檔案是做什麼的，我也會涵蓋這些內容。

我將會終止 Visual Studio 的魔法，而一直使用命令列工具。為了你能夠進行，您需要

.NET Core 2.1 SDK ( 實際上，.NET Core 3.1 SDK 已經發布，我想你更應該下載這個最新版)。下面的這些步驟是在 macOS 上完成的，但是它們也同樣在 Linux 和 Windows 上一樣工作，如果您將路徑更改為 c:\Program Files\dotnet\ 和 dotnet.exe 的話。

2. C# 編譯器

C# 編譯器將 *.cs 檔案編譯為 *.dll 檔案，也被稱為程式集檔案。程式集檔案具有便攜可執行檔案格式，.NET Core 可以在 Windows、macOS 和 Linux 上執行它。.NET Core app

是一系列 *.dll 檔案的集合 (包括少量的配置檔案)。它可以通過多種程式設計語言，例如 VB 或者 F# 等所生成，但是，C# 是最常用的一種。

C# 編譯器可以直接呼叫來生成程式集檔案。C# 編譯器可以在 .NET Core SDK 中發現，並像下面這樣被呼叫。

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

讓我們為它提供一個輸入內容。首先，建立名為 Program.cs 的檔案，並編寫如下 C# 程式碼：

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

然後，在命令列，執行如下命令：

> 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 已經從 sdk 資料夾中移除了。這些程式集已經轉移到 C:\Program Files\dotnet\packs\Microsoft.NETCore.App.Ref\3.1.0\ref\netcoreapp3.1 資料夾中。

如果在 Windows 下，注意空格的處理：

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

引數的含義如下：

  • dotnet - C# 編譯器本身也是一個 .NET Core 應用程式，所以，我們需要通過 dotnet 命令來啟動它

  • /usr/local/share/dotnet/sdk/2.1.3/Roslyn/bincore/csc.dll - C# 編譯器的路徑。在 Windows 上，路徑就是： C:\Program Files\dotnet\

  • -reference 引數指向了 System.Runtime.dll 和 System.Console.dll，這些類似於 C++ 中的標頭檔案，它們為編譯器提供關於 System.Object 和 System.Console 的資訊。

  • -out:Program.dll，輸出檔名。.dll 的副檔名是 .NET Core 的約定，並不是必需的。如果沒有指定，編譯器將生成名為 Program.exe 的檔案。在 Windows 系統上，這會導致一點誤解，因為你並不能通過雙擊 Program.exe 來啟動它，所以，在 .NET Core 中，我們總是使用 .dll 副檔名。

Reference 引用允許我們使用程式碼中涉及的在其它 .NET Core 程式碼中定義的成千上萬的型別，例如 List、Integer 以及 HttpClient 型別等等。但是，你不得不告訴編譯器到哪裡去找到它們。如果你刪除掉 -reference:*** 部分，編譯器將會失敗，並返回如下錯誤：

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

示例中使用的路徑是 /usr/local/share/dotnet/sdk/NuGetFallbackFolder/microsoft.netcore.app。這些來自與 Microsoft.NETCore.App 這個 NugGet 包，後面我們會討論它。

3. runtimeconfig.json

對於 .NET Core 應用程式來說，runtime.config.json 檔案是必需的。術語 runtime 、shared framework、或者 platform 經常互換，但是，在談論 .NET Core 的時候，它們是一回事。該 JSON 配置檔案用於執行時。

如果您擁有了上一步所得到的程式集，您可以試著在命令列執行它，通過 dotnet 工具。沒有這個 runtime.config.json，該嘗試將會失敗：

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 環境的 .NET Core 3.1 環境下，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.

該段說明的意思是，.NET Core 不能找到用於執行 Program.dll 檔案所必需的某些檔案。為了解決這個問題，建立名為 Program.runtimeconfig.json 的檔案，並使用如下內容：

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

注意，在 .NET Core .3.1 下，檔案內容如下：

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

這些設定指示 dotnet 使用 Microsoft.NETCore.App 3.1.0 共享框架。該框架也是最常使用的框架，但是，還有其它的框架，例如 Microsoft.AspNetCore.App。不像 .NET Framework 是裝個機器範圍生效，可以有多個 .NET Core 共享框架安裝在同一臺機器上。dotnet 將讀取該 JSON 檔案，並在 /usr/local/share/dotnet/shared/$FrameworkName/$Version/ 中查詢需要的檔案並執行應用程式。

說明：如果有更高版本的 Microsoft.NeTCore.App 補丁安裝，例如 shared/Microsoft.NETCore.App/2.0.4/，dotnet 將自動使用更高版本。

現在，執行 dotnet Program.dll。

>dotnet Program.dll
Hello world!

4. Package 包

包提供了在不同專案之間、專案組之間以及組織之間共享程式碼的方式，.NET 程式集被打包到 *.nupkg 檔案中，這僅僅是一個 ZIP 壓縮格式檔案，並含有一個 XML 檔案 (.nuspec) ，包含有關於該包的元資料。

最流行的一個 .NET 包稱為 JSON.NET，也被稱為 Newtonsoft.Json。它提供瞭解析和序列化 JSON 的 API。我們可以從 NuGet.org 得到它並提取到磁碟上。

# 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 環境下

# 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/

為了演示它的使用，我們將更新前一步的示例程式碼，以 JSON 物件格式輸出資訊。

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

這需要新增更多的編譯引數到編譯器的引數列表中，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

注意：顯然我們需要 reference:Newtonsoft.Json.dll，但是，為什麼需要 System.Collections.dll？這是因為我們還使用了匿名型別，new { greeting }。在背後，C# 編譯器在匿名型別上生成了一個 .Equals() 方法，該方法呼叫了 System.Collections.Generic.EqualityComparer，它定義在 System.Collections.dll 中。

編譯應當成功，雖然帶有一些警告資訊。

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，實際上，我得到的輸出資訊如下：

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

這意味著在 Newtonsoft.Json 的作者建立 Newtonsoft.Json.dll 的時候，他基於的 System.Runtime.dll 的版本是 4.0.20.0。但是，現在提供的 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 之間有變化的化，會導致你執行的應用程式出現問題，所以，編譯器發出警告。幸運的是，這些變更是後向相容的，所以 Newtonsoft.Json 將工作正常。我們可以通過新增引數 -nowarn:/CS1701 來抑制這些警告。

> 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

對於 Windows 環境下的 .NET Core 3.1，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' -nowarn:CS1701 -out:Program.dll Program.cs

注意 CS1701 中的字母是大寫。

5. 動態連結

在上一步，我們編譯了一個引用 Newtonsoft.dll、System.Runtime.dll 和其它程式集的簡單應用程式。在新增 Newtonsoft.dll 之前，我們的應用程式工作良好。但是，在更新版本之後，該程式的執行將會失敗。

> 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 在執行時動態連結程式集。編譯器在程式集 Program.dll 中添加了到 Newtonsoft.Json.dll 的引用，但並不會將程式碼複製進來。.NET Core 執行時期待能夠在應用程式執行的時候能夠載入名為 Newtonsoft.Json.dll 的程式集。對於 System.Runtime.dll 和 System.Console.dll ，以及其它引用的 System.* 檔案也是同樣的。

.NET Core 可以通過配置在一系列位置尋找 Newtonsoft.Json.dll，但是，為了簡單起見，我們可以將它複製到 Program.dll 的同一個資料夾中。

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

為什麼我們不需要將 System.Runtime.dll 和其它檔案複製過來呢？這些檔案通過 Microsoft.NETCore.App 共享框架動態連結過來，如前面所述。

6. deps.json

deps.json 檔案是依賴說明檔案。它可以用來配置來自包的動態連結到程式集。如前所述，.NET Core 可以配置為從多個位置來動態載入程式集。這些位置包括：

  • 應用程式所在的目錄，與應用程式入口相同的資料夾，不需要配置。

  • 包的快取資料夾 (NuGet 恢復快取或者 NuGet 回落資料夾)

  • 優化之後的包快取，或者執行時包儲存。

  • 服務目錄 (servicing index)，很少使用，用於 Windows Update 方式

  • 共享框架 (通過 runtimeconfig.json 配置)

綜上所述，deps.json 定義可以動態連結的依賴列表，通常，該檔案由機器生成，對於實際的應用程式，可能變得很大並且很複雜。但是，它是純文字形式的，所以我們可以使用編輯器來處理它。

新增名為 Program.deps.json 的檔案到專案中，內容如下：

{
  "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": ""
    }
  }
}

為了展示這是如何工作的，將現在的與 Program.dll 同一資料夾的 Newtonsoft.Json.dll 刪除。然後，執行 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'

雖然提供了 Program.deps.json 檔案，.NET Core 還需要一點關於到哪裡定位匹配 deps.json 檔案中程式集的資訊。該配置可以通過如下三種方式之一實現：

  1. *.runtimeconfig.dev.json。這是配置的典型的最佳方式。新增檔案 Program.runtimeconfig.dev.json 檔案，其中設定了包資料夾的位置。它類似於 Program.runtimeconfig.json 檔案，但它是可選的。典型地其中包含了檔案完全路徑，所以不適於在不同機器上釋出。

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

     

  2. 命令列。你可以使用 exec 命令來手工指定 dotnet 命令中程式集的位置。使用 --additionalprobingppath 引數，可以指定多個值。

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

     

  3. *.runtimeconfig.json。可以新增一個執行時設定來指定新的探測位置。它可以使用相對路徑。

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

 

注意：在我的 .NET Core 3.1 環境下，這個 additionalProbingPaths 沒有工作。這裡是 StackOverflow 上的一個問題：https://stackoverflow.com/questions/56844233/additional-probing-paths-for-net-core-3-migration

7. 總結

對於大多數的開發工作，並不需要這些基礎。類似 NuGet、MSBuild 和 Visual Studio 自動處理獲取應用，C# 檔案，呼叫編譯器，連結到偵錯程式，以及其它任務。但是，我認為知道背後是如何工作的還是非常用用。當然了，你還可以更加深入。在 *.dll 檔案中實際有什麼？什麼是 *.pdb 檔案？什麼是 crossgen 和 libcoreclr？我會把這些留在其它部分中。

8. 參考資訊

  • 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

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