关于.NET生态，你了解多少？

如果您是一名开发人员，那么一定听说过.NET技术吧。它是由Microsoft创建的开源式开发人员平台，可用于构建诸如：Web、移动、桌面、游戏等许多不同类型的应用。通常，它由不同的工具、编程语言和库所组成。其中，.NET Framework是.NET生态系统中最受欢迎的技术之一。近年来，.NET Core和.NET Standard Library(标准库)也在该生态系统中相继出现。面对这么多的技术栈，我们该如何选择呢?下面，我们将深入探讨它们的各种特点、用途与对应工具。首先，我们从.NET的简史开始。

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.NET的发展历史

在九十年代，Microsoft开始致力于开发名为.NET Strategy的产品。该策略涵盖了所有的Microsoft产品线。在2000年，.NET框架被命名为下一代Windows服务(NGWS)。.NET框架的第一个beta版发布于2000年末，而.NET 1.0的第一版是在2002年2月13日发布的。下面是其后续版本及其特点：

• .NET Framework 2.0(2005年11月)：包含通用集合、迭代器、以及可为空的类型。
• .NET Framework 3.0(2006年11月)：包含WPF、WCF和WWF。
• .NET Framework 3.5(2007年11月)：包含AJAX、LINQ、ASP.NET MVC。
• .NET Framework 4.0(2010年4月)：包含MEF、DLR、任务并行库、Razor视图引擎、新的C#/VB语言功能。
• .NET Framework 4.5(2012年8月)：支持异步与zip压缩。
• .NET Core 1.0(2014年11月)：包括对跨平台的支持、ASP.NET 5和.NET Native。
• .NET Core 2.0(2017年8月)：具有重大的性能改进，并实现了.NET Standard 2.0。
• .NET Framework 4.8(2019年4月)：包括JIT增强功能，针对WPF应用的High DPI增强功能，可访问性的改进，性能更新，以及安全性增强。
• .NET Core 3.0(2019年9月)：提供C#8.0的新功能，实现了.NET Standard 2.1。让Windows桌面支持Windows Forms和WPF。

.NET生态系统概述

目前，包含不同运行时(runtime)的.NET生态系统，由Microsoft开发平台中的如下组件构成：

• .NET Framework(WPF、Windows Forms、ASP.NET)是以Windows为中心。
• .NET Core(ASP.NET Core、Universal Windows Platform)是跨平台工具，可与其他版本并行使用。
• Mono For Xamarin(IOS、OS X、Android)同样可以跨平台。

上述三大运行时都实现了.NET Standard Library，同时它们也是.NET API的规范。因此，为某个运行时创建的代码，同样可以被其他运行时所执行。而且所有运行时都使用工具和基础架构来编译和运行代码。其中涉及到的语言有C#和Visual Basic，编译器有Roslyn，还有垃圾回收，以及诸如MS Build或(Core)CLR之类的构建工具。

下面，我们将重点讨论.NET的三大主要运行时：

.NET Framework

.NET Framework是用于在Windows上构建和运行应用程序的软件开发框架。目前，它部分开源(请参见--https://github.com/microsoft/referencesource)。.NET Framework是由公共语言运行库(Common Language Runtime，CLR)、. NET Framework类库和应用负载(WPF、Windows Forms和ASP.NET)所组成。其中，CLR是通用基础架构的一部分，既可以运行代码，又可以执行JIT(just-in-time)、以及垃圾回收(C#、VB.NET、F#)等。

由CLR管理的代码被称为托管代码。这些代码被编译为通用中间语言(Common Intermediate Language，CIL)，并存储在扩展名为.exe或.dll的程序集中。当应用程序运行时，CLR会执行汇编，并使用JIT编译器将机器代码转换为可以在特定计算架构上运行的代码。

.NET Framework库包含各种功能的类、接口和数据类型(如：字符串、文件系统支持等)。它允许用户创建不同类型的应用程序，例如：控制台应用、Windows Form、Windows Communication Foundation(WCF)、Windows Workflow Foundation(WF)、Windows Presentation Foundation(WPF)、ASP.NET应用(如：各种表单、Web API)、以及Azure应用(如：WebJobs、Cloud Services)。不过其中大多数都仅限于Windows平台，并使用Windows API。

虽然Windows已经预安装了其中的某些版本，但是如果您要运行并使用由.NET Framework生成的应用的话，仍需要事先完成相应的安装。.NET Framework通常被安装在C:\Windows\Microsoft.NET\Framework(或Framework64)上。该文件夹内包含了所有已安装的主要版本。

.NET Core

作为.NET生态系统中的一种运行时，.NET Core于2016年被发布并开源(请参见--https://github.com/dotnet/core)。它并非.NET Framework的新版本，也不会替代.NET Framework，而是被独立地构建出来，旨在跨平台进行应用程序的开发。.NET Core由可运行CLR和Library的App Host(dotnet.exe)所组成。它拥有公共语言运行时(CoreCLR)和.NET Core Class Library。

CoreCLR使用JIT Compilation和垃圾回收来运行代码。它支持C#、VB.NET和F#。作为.NET Framework库的子集，.NET Core Class Library包括并提供不同的功能类。它支持不同类型的应用负载，包括：ASP.NET Core(如：MVC和API)、各种控制台应用，以及UWP。其中，UWP为所有在Windows 10上运行的设备，提供了通用类型的系统、API和应用模型。从.NET Core 3.0 SDK开始，它能够支持包括Windows Forms Designer在内的各种Windows Forms应用。

.NET Core可以运行在不同的平台上，其中包括：Windows客户端、服务器端、物联网、Linux、Ubnutu、FreeBSD、Tizen、Mac OSX等。.NET Core通常被安装在C:\Program Files\dotnet\shared\Microsoft.NETCore.App[versions]中。并且，它可以根据机器或用户的不同，实现多版本的并行安装。

此外，由于.NET Core能够将应用打包到.exe文件中，因此它可以创建一个自包含的版本，而无需在主机上安装.NET Core。例如，您可以运行shell命令“dotnet publish -r linux-x64 --self-contained true”。当然，其缺点是会导致部署的体量变大。

Mono For Xamarin

Mono是.NET Framework运行时的一个克隆。您可以在https://github.com/mono/mono和www.mono-project.com处查看到它的源代码。微软于2016年收购了Xamarin，并使其成为.NET平台的完全开源分支。目前，它是由Mono运行时和Xamarin Class Library所组成，可以运行IOS、OS X和Android等应用负载。

与.NET Core相似，Mono包含垃圾回收、JIT、AOT、以及对C#(并非VB.NET和F#)的完全支持。与C++代码相似，Mono AOT编译器能够将.NET代码内置到可以在单机上运行的可执行文件中。同时，Mono For Xamarin具有一个支持创建应用程序(可用于I/O、集合等)的类库。

Mono For Xamarin可以被用来运行Apple IOS、MAC OS X、Android等应用负载，而且可以在这些平台之间共享代码，以作为原生应用。每个应用程序都可以与Mono运行时、以及一个类库捆绑在一起，而无需在设备上额外安装Mono。

其他框架

.NET Compact Framework和.NET Micro Framework

.NET Compact Framework和.NET Micro Framework两种框架都是通过精简​​运行时，运行在受限制的设备(如：PDA、移动电话控制器等)上。其中，.NET Micro Framework针对的是256KB闪存和64KB内存。

Silverlight

于2007年发布的Silverlight是一种流行的跨平台.NET技术。它能够为浏览器构建诸如：播放与下载视频，创建丰富的UI和动画等富媒体体验。不过，Microsoft已决定于2021年10月停止支持Silverlight。

社区项目

除了Microsoft官方提供的运行时，开发者社区也提供了诸如：DotGNU Portable.NET、DotNetAnywhere、CosmosOS和CrossNet.NET等运行时。它们的构建方式略有不同。

.NET Standard

无论是.NET Framework、.NET Core还是Xamarin，不同的运行时会使用各自不同的类库。而由于它们使用的是不同API，因此不同的运行时无法彼此共享代码。为此，Microsoft于2016年发布了.NET Standard Library。它通过一组正式的规范，说明了各个运行时都能够使用和实现的API。而特定的运行时也能够实现特定版本的.NET Standard。例如：.NET Framework 4.6.1就能够实现.NET Standard 2.0。同时，它也是Portable Class Libraries(PCL)的一种发展方向。

.NET Standard和Portable Class Libraries (即，可在不同平台上使用的库)之间的区别是：

• .NET Standard代表了Microsoft定义的一组API，而PCL使用的API则取决于所选择的平台。
• .NET Standard与平台无关，而PCL针对的是有限的平台集。

.NET Standard的每个版本都有一组API(如：System.Drawing)，由于它们都带有以前版本的所有API，因此能够向后兼容。同时，那些特定的.NET运行时版本实现的是特定的.NET Standard版本。也就是说，较低版本的.NET Standard能够覆盖更多平台。

工具类

.NET Framework工具

对于.NET Framework，您可以请使用MSBuild。它既可以在Visual Studio构建代码时被调用，也可以从命令行中被调用。MSBuild能够判断如何构建、以及由谁负责编译。例如：如果代码是由C#或VB.NET编写的，那么它将调用.NET编译器平台--Roslyn。而由于编译的结果是带有中间语言(intermediate language，IL)的二进制文件(如：.EXE或.DLL)，因此它们可以被CLR所解释。如前所述，CLR包含了一个JIT编译器，可以编译出能够被操作系统理解的原生代码。而且CLR带有垃圾收集器(Garbage Collector )之类的工具，可以按需清理内存。

.NET Core工具

MSBuild也可以被用于.NET Core工具以及.NET Compiler Platform(Roslyn)。在使用IL生成二进制文件时，我们可以使用Core Common Language Runtime (CoreCLR)。与.NET Framwork CLR不同的是，CoreCLR可以在多个框架上运行，并通过JIT编译器，将IL编译为Windows、MacOS和Linux的原生代码。当然，CoreCLR和原生代码都是由应用主机进程--dotnet.exe进行加载的。

而在编译UWP时，我们可以使用AOT-Compiled(.NET Native)来进行编译，该编译器从IL生成原生代码，并将代码作为可部署的程序包来生成，而不是在运行时进行编译。此法提高了整体性能。

.NET Core带有一个被称为dotnet cli的全新命令行界面。您可以用dotnet new来创建新的项目;用dotnet build来构建应用;用dotnet run来运行;用dotnet publish来部署。当然，您也可以用dotnet –info来检查SDK与运行时被安装的位置。

Mono For Xamarin工具

在此，MSBuild再次被用于仅针对C#文件的构建过程。例如，我们可以通过Xamarin Compiler来编译Android设备上的C#代码。而作为JIT-Compiler的Mono运行时，会按需生成特定于目标Android设备的原生代码。当然，它也带有垃圾收集器(Garbage Collector )之类的工具。

而对于iOS上的C#代码，我们则可以通过Xamarin Compiler对其进行预编译，并使用ARM汇编语言，来生成IOS原生的软件包。

Visual Studio IDE

Visual Studio是由Microsoft提供的IDE，可用于横跨各种平台(包括Android和iOS)，构建、调试和发布应用程序。通过与.NET的集成，Visual Studio可以提供特定于语言环境的各项功能。

Windows版的Visual Studio提供一个免费的社区版。而Visual Studio for Mac则是基于Xamarin公司(前身为Xamarin Studio)的MonoDevelop来构建的IDE。

类库

.NET生态系统涉及到许多类库，其中大多数可以在NuGet包中找到。此处的NuGet是.NET的软件包管理器，它包含了90,000多个软件包。

语言

我们可以用C#、F#或Visual Basic来编写各种.NET应用。其中：

• C#是一种简单、时髦的、面向对象的编程语言。它源于C语言家族，其当前版本是8.0，能够支持.NET Core 3.x和.NET Standard 2.1。更多有关C#的信息，请参见--https://docs.microsoft.com/dotnet/csharp。
• F#是针对.NET的跨平台、开源且功能性的编程语言。更多有关F#的信息，请参见--https://dotnet.microsoft.com/languages/fsharp。
• Visual Basic是Microsoft的传统编程语言。它具有用于构建安全、面向对象应用的简单语法。更多有关Visual Basic的信息，请参见--https://docs.microsoft.com/dotnet/visual-basic。

选择与使用

我们该如何选择和使用上述三种运行时呢?下面是我的一些建议：

• .NET Framework可用于：

1. 生成Forms(表单)应用。
2. 无法跨平台运行的Windows环境中。

• .NET Core可用于：

1. 构建占用空间较小的高性能应用。
2. 跨平台运行的场景中。

• Mono for Xamarin可用于：

1. 构建利用原生功能和跨平台场景的移动应用中。

通过使用.NET Core，您可以构建框架依赖型(framework-dependent)或自包含型(self-contained)应用。其中，框架依赖型应用适合于独立于操作系统，但需要进行小型部署的场景。而自包含型应用，可以控制版本，并且不需要安装.NET Core，当然要求的部署体量会更大，而且需要指定目标操作系统。

就ASP.NET和ASP.NET Core而言，ASP.NET是一种传统技术，只能运行在Windows上，不过其功能比较丰富。而ASP.NET Core是为高性能的应用而设计的，能够实现跨平台的独立运行。不过它的功能和第三方库(如：表单)远不及ASP.NET。

此外，我们还应当事先判断是否需要共享代码。如果是，我们就应该使用.NET Standard Library;如果否，则需要在特定运行时中，使用其他的类库。

展望

Microsoft Build 2019大会曾宣布.NET Core和.NET Framework将在.NET 5中被统一，将只有一个.NET SDK来服务Windows、Linux、macOS、iOS、Android等平台。该框架将包含全新的.NET API、运行时功能、以及语言功能。此外，.NET 5还会对RyuJIT的代码质量、垃圾收集、以及JSON序列化等予以改进。

此外，Microsoft也宣布(请参见--https://devblogs.microsoft.com/dotnet/introducing-net-multi-platform-app-ui/)将推出一个用于创建跨平台应用的全新UI框架--.NET MAUI。它将是Xamarin.Forms的演化版，旨在简化开发人员的工作流程和项目结构，将多个平台封装到一个项目之中。据说，.NET MAUI的通用版本将在2021年11月发布的.NET 6中被提供。

一些实用的资源

• .NET指南– Microsoft针对新手的常规文档;
• .NET Core指南–适用于那些正在考虑过渡到Core版本的用户;
• .NET Framework–.NET的原始文档;
• Xamarin –移动开发文档;
• .NET Foundation– .NET的开源社区;
• NuGet–可查看所有.NET的软件包;
• .NET Core和Framework –提供下载链接。
• .NET开发人员社区–开发人员社区和支持，其中包括：指向社交媒体、论坛、博客、实时研讨会、以及诸如.NET Foundation之类组织的链接。

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