深入理解.NET Core的基元: deps.json, runtimeconfig.json, dll文件

原文链接： Deep-dive into .NET Core primitives: deps.json, runtimeconfig.json, and dll's
作者： Nate McMaster

C#编译器(The C# Compiler)

C#的编译器可以将cs文件转换为dll文件, 即程序集文件。程序集文件是一个便携的可执行格式文件, 借助.NET Core,它可以运行在Windows, MacOS和Linux系统中。

在Windows系统中, .NET Core的编译器文件csc.dll存放在以下目录中

C:\Program Files\dotnet\sdk\[.NET Core 版本号]\Roslyn\bincore

笔者使用了2.1.400版本，所以编译器存放目录是C:\Program Files\dotnet\sdk\2.1.400\Roslyn\bincore

.NET Core编译器文件<code>csc.dll</code>也是一个.NET Core应用程序，所以你可以使用<code>dotnet</code>命令直接执行编译器

C:\test>dotnet C:\Program Files\dotnet\sdk\2.1.400\Roslyn\bincore\csc.dll --help

下面我们尝试手动编译一个cs文件。
首先我们先创建一个<code>Program.cs</code>文件，内容如下：

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

然后我们使用命令行命令将其编译

C:\test>dotnet "C:\Program Files\dotnet\sdk\2.1.400\Roslyn\bincore\csc.dll" 
-reference:"C:\Program Files\dotnet\sdk\NuGetFallbackFolder\microsoft.netcore.app\2.1.0\ref\netcoreapp2.1\System.Runtime.dll" 
-reference:"C:\Program Files\dotnet\sdk\NuGetFallbackFolder\microsoft.netcore.app\2.1.0\ref\netcoreapp2.1\System.Console.dll" 
-out:Program.dll 
Program.cs

参数说明

  • <code>"C:\Program Files\dotnet\sdk\2.1.400\Roslyn\bincore\csc.dll"</code>是编译器所在的路径
  • <code>-reference</code>参数表示编译中需要引用的dll, 该参数可以指定多个dll , 例子中我们引用了System.Runtime.dll和System.Console.dll
  • <code>-out</code>参数表示编译生成的dll路径
  • <code>Program.cs</code>表示编译的源文件地址

<code>Program.cs</code>编译成功, <code>Program.dll</code>生成完毕。

runtimeconfig.json

对于.NET Core应用程序来说<code>runtimeconfig.json</code>是不可或缺的。它是用来配置运行时的。

如果缺少了这个文件，运行dll文件的时候会产生以下异常。

C:\test>dotnet Program.dll
A fatal error was encountered. The library 'hostpolicy.dll' required to execute the application was not found in '........'

这句话的意思是.NET Core缺少指定组件来运行程序。
为了解决这个问题，我们可以添加一个<code>Program.runtimeconfig.json</code>, 其内容如下

{
  "runtimeOptions": {
    "framework": {
      "name": "Microsoft.NETCore.App",
      "version": "2.1.2"
    }
  }
}

这里的配置dotnet命令将使用<code>Microsoft.NETCore.App</code>作为共享框架(Shared Framework)。当dotnet命令运行的时候，它会去runtimeconfig.json中读取版本号，然后去<code>C:\Program Files\dotnet\shared\[库名]\[版本号]</code>目录下，搜索对应的dll文件

现在我们重新运行上面的命令，结果如下：

C:\test>dotnet Program.dll
Hello world!

Hello World被正确输出了。

包(Package)

包(Package)是.NET中共享代码的一种方式。在.NET中，包的格式是nupkg, nupkg文件是一个ZIP压缩文件, 里面包含了.NET程序集和一个包含元数据的xml文件
。

在.NET中，最著名的包是JSON.NET, 又称Newtonsoft.Json.它提供了一个JSON序列化和反序列化的API。我们可以从NuGet.org中下载最新版本11.0.2的nupkg文件，并解压放置在我们当前的代码目录的packages\Newtownsoft.Json\11.0.2子目录下。

image

为了演示如何手动导入包来编译项目, 我们修改<code>Program.cs</code>, 输出一个序列化之后的对象, 代码如下：

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

然后我们使用如下命令，编译<code>Program.cs</code>

C:\test>dotnet "C:\Program Files\dotnet\sdk\2.1.400\Roslyn\bincore\csc.dll" 
-reference:"C:\Program Files\dotnet\sdk\NuGetFallbackFolder\microsoft.netcore.app\2.1.0\ref\netcoreapp2.1\System.Runtime.dll" 
-reference:"C:\Program Files\dotnet\sdk\NuGetFallbackFolder\microsoft.netcore.app\2.1.0\ref\netcoreapp2.1\System.Console.dll" 
-reference:"C:\Program Files\dotnet\sdk\NuGetFallbackFolder\microsoft.netcore.app\2.1.0\ref\netcoreapp2.1\System.Collections.dll" 
-reference:.\packages\Newtonsoft.Json\11.0.2\lib\netstandard1.3\Newtonsoft.Json.dll 
-out:Program.dll 
Program.cs

这里为什么要引入<code>System.Collections.dll</code>呢?
原因是我们在代码中使用了匿名类型<code>new { greeting = "Hello World!" }</code>, 对于匿名类型， C#编译器会为其生成一个<code>.Equals</code>的方法, 这个方法调用了定义在<code>System.Collections.dll</code>中 的<code>System.Collections.Generic.EqualityComparer<T></code>方法

编译成功，但是会出现一些警告(Warning)

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.Newtonsoft.Json的作者创建<code>Newtonsoft.Json.dll</code>时，是使用4.0.20.0的<code>System.Runtime</code>程序集, 但是系统当前使用的<code>System.Runtime</code>程序集是4.2.0.0版本的。编译器警告你4.0.20.0和4.2.0.0版本可以有很大的差异。不过幸运的是，这些差异都是向后兼容的(all backwards comptible), 所以<code>Newtonsoft.Json.dll</code>可以正常工作。如果想去除这个警告，我们可以使用<code>-nowarn:CS1701</code>

C:\test>dotnet "C:\Program Files\dotnet\sdk\2.1.400\Roslyn\bincore\csc.dll" 
-reference:"C:\Program Files\dotnet\sdk\NuGetFallbackFolder\microsoft.netcore.app\2.1.0\ref\netcoreapp2.1\System.Runtime.dll" 
-reference:"C:\Program Files\dotnet\sdk\NuGetFallbackFolder\microsoft.netcore.app\2.1.0\ref\netcoreapp2.1\System.Console.dll" 
-reference:"C:\Program Files\dotnet\sdk\NuGetFallbackFolder\microsoft.netcore.app\2.1.0\ref\netcoreapp2.1\System.Collections.dll" 
-reference:.\packages\Newtonsoft.Json\11.0.2\lib\netstandard1.3\Newtonsoft.Json.dll 
-nowarn:CS1701 
-out:Program.dll 
Program.cs

动态链接(Dynamic Link)

在上一步中，我们编译了一个引用了<code>Newtonsoft.Json.dll</code>的.NET Core程序，在引用<code>Newtonsoft.Json.dll</code>之前，代码可以正常运行，但是引用<code>Newtownsoft.Json.dll</code>之后，程序运行失败。

C:\test> 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是一个动态链接的运行时。编译器会为<code>Program.dll</code>程序集添加<code>Newtonsoft.Json.dll</code>的引用，但是不会复制它的代码。.NET Core运行时期望在<code>Program.dll</code>运行的时候，动态查找并加载一个<code>Newtonsoft.Json.dll</code>文件。这一点对于<code>System.Runtime.dll</code>, <code>System.Console.dll</code>以及其他<code>System.*</code>的程序集也是一样。

.NET Core可以配置查找<code>Newtonsoft.Json.dll</code>文件的目录范围，这里我们先简单的将<code>Newtownsoft.Json.dll</code>拷贝到与<code>Program.dll</code>相同的目录中, 然后重新运行<code>Program.dll</code>

C:\test>copy .\packages\Newtonsoft.Json\11.0.2\lib\netstandard1.3\Newtonsoft.Json.dll Newtonsoft.Json.dll
C:\test>dotnet Program.dll
{"greeting":"Hello World!"}

我们预期的结果出现了。

注意：这里不需要拷贝System.Runtime.dll和System.Console.dll, 原因是他们存在于Microsoft.NETCore.App共享框架中，我们已经在runtimeconfig.json中配置过了。

deps.json

正如上一节所说的.NET Core可以配置查找动态链接程序集的位置。
这些位置包括：

  • 应用程序根目录（这个不需要配置）
  • 包缓存目录
  • 优化过的的包缓存或者运行时包商店
  • 服务索引
  • 共享框架（配置在runtimeocnfig.json中）

<code>deps.json</code>是一个记录.NET Core中依赖清单的文件。它可以用来配置动态链接的程序集。

<code>deps.json</code>文件中定义了动态链接的依赖列表。通常这个文件在Visual Studio中是自动生成，而且在生产环境中也会非常的大。但是它确实是一个纯文本文件，所以我们可以使用任何编辑器编写它。

下面我们手动添加一个<code>Program.deps.json</code>, 代码如下：

{
  "runtimeTarget": {
    "name": ".NETCoreApp,Version=v2.1"
  },
  "targets": {
    ".NETCoreApp,Version=v2.1": {
      "Newtonsoft.Json/11.0.2": {
        "runtime": {
          "lib/netstandard1.3/Newtonsoft.Json.dll": {}
        }
      }
    }
  },
  "libraries": {
    "Newtonsoft.Json/11.0.2": {
      "type": "package",
      "serviceable": false,
      "sha512": ""
    }
  }
}

现在我们删除之前拷贝过来的<code>Newtonsoft.Json.dll</code>, 然后重新运行<code>Program.dll</code>

C:\test>del Newtonsoft.Json.dll
C:\test>dotnet Program.dll
Error:
  An assembly specified in the application dependencies manifest (Program.deps.json) was not found:
    package: 'Newtonsoft.Json', version: '11.0.2'
    path: 'lib/netstandard1.3/Newtonsoft.Json.dll'

由此可见，尽管我们添加了<code>deps.json</code>, .NET Core依然需要一些其他的信息来探测<code>deps.json</code>中定义的动态程序集。
这里有3种方式来设置，你可以选中一行任意一种方式设置搜索动态链接库的目录路径，修改之后，<code>{"greeting":"Hello World!"}</code>就会正常输出出来。

*.runtimeconfig.dev.json

这种一种方式是最佳的实现方式.我们可以添加一个<code>Program.runtimeconfig.dev.json</code>,并在其中添加动态链接搜索目录字段<code>additionalProbingPaths</code>

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

注解：这里的配置类似于Transformed Config, 如果指定当前的环境是dev,它就会读取Program.runtimeconfig.json, 并将Program.runtimeconfig.dev.json的内容覆盖进去

命令行

我们还是可以使用<code>dotnet exec</code>命令并指定<code>--additionalprobingpath</code>参数来配置检索的目录。

C:\test> dotnet exec --additionalprobingpath ./packages/ Program.dll

*.runtimeconfig.json

当然你也可以直接在<code>*.runtimeconfig.json</code>中添加<code>additionalProbingPaths</code>字段

 {
   "runtimeOptions": {
     "framework": {
       "name": "Microsoft.NETCore.App",
       "version": "2.1.2"
     },
     "additionalProbingPaths": [
       "./packages/"
     ]
   }
 }

本篇源代码

参考文献

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