關于.NET生態，你了解多少？
譯文【51CTO.com快譯】如果您是一名開發人員，那么一定聽說過.NET技術吧。它是由Microsoft創建的開源式開發人員平臺，可用于構建諸如：Web、移動、桌面、游戲等許多不同類型的應用。通常，它由不同的工具、編程語言和庫所組成。其中，.NET Framework是.NET生態系統中最受歡迎的技術之一。近年來，.NET Core和.NET Standard Library(標準庫)也在該生態系統中相繼出現。面對這么多的技術棧，我們該如何選擇呢?下面，我們將深入探討它們的各種特點、用途與對應工具。首先，我們從.NET的簡史開始。
.NET的發展歷史
在九十年代，Microsoft開始致力于開發名為.NET Strategy的產品。該策略涵蓋了所有的Microsoft產品線。在2000年，.NET框架被命名為下一代Windows服務(NGWS)。.NET框架的第一個beta版發布于2000年末，而.NET 1.0的第一版是在2002年2月13日發布的。下面是其后續版本及其特點：
- .NET Framework 2.0(2005年11月)：包含通用集合、迭代器、以及可為空的類型。
- .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、任務并行庫、Razor視圖引擎、新的C#/VB語言功能。
- .NET Framework 4.5(2012年8月)：支持異步與zip壓縮。
- .NET Core 1.0(2014年11月)：包括對跨平臺的支持、ASP.NET 5和.NET Native。
- .NET Core 2.0(2017年8月)：具有重大的性能改進，并實現了.NET Standard 2.0。
- .NET Framework 4.8(2019年4月)：包括JIT增強功能，針對WPF應用的High DPI增強功能，可訪問性的改進，性能更新，以及安全性增強。
- .NET Core 3.0(2019年9月)：提供C#8.0的新功能，實現了.NET Standard 2.1。讓Windows桌面支持Windows Forms和WPF。
.NET生態系統概述
目前，包含不同運行時(runtime)的.NET生態系統，由Microsoft開發平臺中的如下組件構成：
- .NET Framework(WPF、Windows Forms、ASP.NET)是以Windows為中心。
- .NET Core(ASP.NET Core、Universal Windows Platform)是跨平臺工具，可與其他版本并行使用。
- Mono For Xamarin(IOS、OS X、Android)同樣可以跨平臺。
上述三大運行時都實現了.NET Standard Library，同時它們也是.NET API的規范。因此，為某個運行時創建的代碼，同樣可以被其他運行時所執行。而且所有運行時都使用工具和基礎架構來編譯和運行代碼。其中涉及到的語言有C#和Visual Basic，編譯器有Roslyn，還有垃圾回收，以及諸如MS Build或(Core)CLR之類的構建工具。
下面，我們將重點討論.NET的三大主要運行時：
.NET Framework
.NET Framework是用于在Windows上構建和運行應用程序的軟件開發框架。目前，它部分開源(請參見--https://github.com/microsoft/referencesource)。.NET Framework是由公共語言運行庫(Common Language Runtime，CLR)、. NET Framework類庫和應用負載(WPF、Windows Forms和ASP.NET)所組成。其中，CLR是通用基礎架構的一部分，既可以運行代碼，又可以執行JIT(just-in-time)、以及垃圾回收(C#、VB.NET、F#)等。
由CLR管理的代碼被稱為托管代碼。這些代碼被編譯為通用中間語言(Common Intermediate Language，CIL)，并存儲在擴展名為.exe或.dll的程序集中。當應用程序運行時，CLR會執行匯編，并使用JIT編譯器將機器代碼轉換為可以在特定計算架構上運行的代碼。
.NET Framework庫包含各種功能的類、接口和數據類型(如：字符串、文件系統支持等)。它允許用戶創建不同類型的應用程序，例如：控制臺應用、Windows Form、Windows Communication Foundation(WCF)、Windows Workflow Foundation(WF)、Windows Presentation Foundation(WPF)、ASP.NET應用(如：各種表單、Web API)、以及Azure應用(如：WebJobs、Cloud Services)。不過其中大多數都僅限于Windows平臺，并使用Windows API。
雖然Windows已經預安裝了其中的某些版本，但是如果您要運行并使用由.NET Framework生成的應用的話，仍需要事先完成相應的安裝。.NET Framework通常被安裝在C:\Windows\Microsoft.NET\Framework(或Framework64)上。該文件夾內包含了所有已安裝的主要版本。
.NET Core
作為.NET生態系統中的一種運行時，.NET Core于2016年被發布并開源(請參見--https://github.com/dotnet/core)。它并非.NET Framework的新版本，也不會替代.NET Framework，而是被獨立地構建出來，旨在跨平臺進行應用程序的開發。.NET Core由可運行CLR和Library的App Host(dotnet.exe)所組成。它擁有公共語言運行時(CoreCLR)和.NET Core Class Library。
CoreCLR使用JIT Compilation和垃圾回收來運行代碼。它支持C#、VB.NET和F#。作為.NET Framework庫的子集，.NET Core Class Library包括并提供不同的功能類。它支持不同類型的應用負載，包括：ASP.NET Core(如：MVC和API)、各種控制臺應用，以及UWP。其中，UWP為所有在Windows 10上運行的設備，提供了通用類型的系統、API和應用模型。從.NET Core 3.0 SDK開始，它能夠支持包括Windows Forms Designer在內的各種Windows Forms應用。
.NET Core可以運行在不同的平臺上，其中包括：Windows客戶端、服務器端、物聯網、Linux、Ubnutu、FreeBSD、Tizen、Mac OSX等。.NET Core通常被安裝在C:\Program Files\dotnet\shared\Microsoft.NETCore.App[versions]中。并且，它可以根據機器或用戶的不同，實現多版本的并行安裝。
此外，由于.NET Core能夠將應用打包到.exe文件中，因此它可以創建一個自包含的版本，而無需在主機上安裝.NET Core。例如，您可以運行shell命令“dotnet publish -r linux-x64 --self-contained true”。當然，其缺點是會導致部署的體量變大。
Mono For Xamarin
Mono是.NET Framework運行時的一個克隆。您可以在https://github.com/mono/mono和www.mono-project.com處查看到它的源代碼。微軟于2016年收購了Xamarin，并使其成為.NET平臺的完全開源分支。目前，它是由Mono運行時和Xamarin Class Library所組成，可以運行IOS、OS X和Android等應用負載。
與.NET Core相似，Mono包含垃圾回收、JIT、AOT、以及對C#(并非VB.NET和F#)的完全支持。與C++代碼相似，Mono AOT編譯器能夠將.NET代碼內置到可以在單機上運行的可執行文件中。同時，Mono For Xamarin具有一個支持創建應用程序(可用于I/O、集合等)的類庫。
Mono For Xamarin可以被用來運行Apple IOS、MAC OS X、Android等應用負載，而且可以在這些平臺之間共享代碼，以作為原生應用。每個應用程序都可以與Mono運行時、以及一個類庫捆綁在一起，而無需在設備上額外安裝Mono。
其他框架
.NET Compact Framework和.NET Micro Framework
.NET Compact Framework和.NET Micro Framework兩種框架都是通過精簡運行時，運行在受限制的設備(如：PDA、移動電話控制器等)上。其中，.NET Micro Framework針對的是256KB閃存和64KB內存。
Silverlight
于2007年發布的Silverlight是一種流行的跨平臺.NET技術。它能夠為瀏覽器構建諸如：播放與下載視頻，創建豐富的UI和動畫等富媒體體驗。不過，Microsoft已決定于2021年10月停止支持Silverlight。
社區項目
除了Microsoft官方提供的運行時，開發者社區也提供了諸如：DotGNU Portable.NET、DotNetAnywhere、CosmosOS和CrossNet.NET等運行時。它們的構建方式略有不同。
.NET Standard
無論是.NET Framework、.NET Core還是Xamarin，不同的運行時會使用各自不同的類庫。而由于它們使用的是不同API，因此不同的運行時無法彼此共享代碼。為此，Microsoft于2016年發布了.NET Standard Library。它通過一組正式的規范，說明了各個運行時都能夠使用和實現的API。而特定的運行時也能夠實現特定版本的.NET Standard。例如：.NET Framework 4.6.1就能夠實現.NET Standard 2.0。同時，它也是Portable Class Libraries(PCL)的一種發展方向。
.NET Standard和Portable Class Libraries (即，可在不同平臺上使用的庫)之間的區別是：
- .NET Standard代表了Microsoft定義的一組API，而PCL使用的API則取決于所選擇的平臺。
- .NET Standard與平臺無關，而PCL針對的是有限的平臺集。
.NET Standard的每個版本都有一組API(如：System.Drawing)，由于它們都帶有以前版本的所有API，因此能夠向后兼容。同時，那些特定的.NET運行時版本實現的是特定的.NET Standard版本。也就是說，較低版本的.NET Standard能夠覆蓋更多平臺。
工具類
.NET Framework工具
對于.NET Framework，您可以請使用MSBuild。它既可以在Visual Studio構建代碼時被調用，也可以從命令行中被調用。MSBuild能夠判斷如何構建、以及由誰負責編譯。例如：如果代碼是由C#或VB.NET編寫的，那么它將調用.NET編譯器平臺--Roslyn。而由于編譯的結果是帶有中間語言(intermediate language，IL)的二進制文件(如：.EXE或.DLL)，因此它們可以被CLR所解釋。如前所述，CLR包含了一個JIT編譯器，可以編譯出能夠被操作系統理解的原生代碼。而且CLR帶有垃圾收集器(Garbage Collector )之類的工具，可以按需清理內存。
.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生成二進制文件時，我們可以使用Core Common Language Runtime (CoreCLR)。與.NET Framwork CLR不同的是，CoreCLR可以在多個框架上運行，并通過JIT編譯器，將IL編譯為Windows、MacOS和Linux的原生代碼。當然，CoreCLR和原生代碼都是由應用主機進程--dotnet.exe進行加載的。
而在編譯UWP時，我們可以使用AOT-Compiled(.NET Native)來進行編譯，該編譯器從IL生成原生代碼，并將代碼作為可部署的程序包來生成，而不是在運行時進行編譯。此法提高了整體性能。
.NET Core帶有一個被稱為dotnet cli的全新命令行界面。您可以用dotnet new來創建新的項目;用dotnet build來構建應用;用dotnet run來運行;用dotnet publish來部署。當然，您也可以用dotnet –info來檢查SDK與運行時被安裝的位置。
Mono For Xamarin工具
在此，MSBuild再次被用于僅針對C#文件的構建過程。例如，我們可以通過Xamarin Compiler來編譯Android設備上的C#代碼。而作為JIT-Compiler的Mono運行時，會按需生成特定于目標Android設備的原生代碼。當然，它也帶有垃圾收集器(Garbage Collector )之類的工具。
而對于iOS上的C#代碼，我們則可以通過Xamarin Compiler對其進行預編譯，并使用ARM匯編語言，來生成IOS原生的軟件包。
Visual Studio IDE
Visual Studio是由Microsoft提供的IDE，可用于橫跨各種平臺(包括Android和iOS)，構建、調試和發布應用程序。通過與.NET的集成，Visual Studio可以提供特定于語言環境的各項功能。
Windows版的Visual Studio提供一個免費的社區版。而Visual Studio for Mac則是基于Xamarin公司(前身為Xamarin Studio)的MonoDevelop來構建的IDE。
類庫
.NET生態系統涉及到許多類庫，其中大多數可以在NuGet包中找到。此處的NuGet是.NET的軟件包管理器，它包含了90,000多個軟件包。
語言
我們可以用C#、F#或Visual Basic來編寫各種.NET應用。其中：
- C#是一種簡單、時髦的、面向對象的編程語言。它源于C語言家族，其當前版本是8.0，能夠支持.NET Core 3.x和.NET Standard 2.1。更多有關C#的信息，請參見--https://docs.microsoft.com/dotnet/csharp。
- F#是針對.NET的跨平臺、開源且功能性的編程語言。更多有關F#的信息，請參見--https://dotnet.microsoft.com/languages/fsharp。
- Visual Basic是Microsoft的傳統編程語言。它具有用于構建安全、面向對象應用的簡單語法。更多有關Visual Basic的信息，請參見--https://docs.microsoft.com/dotnet/visual-basic。
選擇與使用
我們該如何選擇和使用上述三種運行時呢?下面是我的一些建議：
- .NET Framework可用于：
- 生成Forms(表單)應用。
- 無法跨平臺運行的Windows環境中。
- .NET Core可用于：
- 構建占用空間較小的高性能應用。
- 跨平臺運行的場景中。
- Mono for Xamarin可用于：
- 構建利用原生功能和跨平臺場景的移動應用中。
通過使用.NET Core，您可以構建框架依賴型(framework-dependent)或自包含型(self-contained)應用。其中，框架依賴型應用適合于獨立于操作系統，但需要進行小型部署的場景。而自包含型應用，可以控制版本，并且不需要安裝.NET Core，當然要求的部署體量會更大，而且需要指定目標操作系統。
就ASP.NET和ASP.NET Core而言，ASP.NET是一種傳統技術，只能運行在Windows上，不過其功能比較豐富。而ASP.NET Core是為高性能的應用而設計的，能夠實現跨平臺的獨立運行。不過它的功能和第三方庫(如：表單)遠不及ASP.NET。
此外，我們還應當事先判斷是否需要共享代碼。如果是，我們就應該使用.NET Standard Library;如果否，則需要在特定運行時中，使用其他的類庫。
展望
Microsoft Build 2019大會曾宣布.NET Core和.NET Framework將在.NET 5中被統一，將只有一個.NET SDK來服務Windows、Linux、macOS、iOS、Android等平臺。該框架將包含全新的.NET API、運行時功能、以及語言功能。此外，.NET 5還會對RyuJIT的代碼質量、垃圾收集、以及JSON序列化等予以改進。
此外，Microsoft也宣布(請參見--https://devblogs.microsoft.com/dotnet/introducing-net-multi-platform-app-ui/)將推出一個用于創建跨平臺應用的全新UI框架--.NET MAUI。它將是Xamarin.Forms的演化版，旨在簡化開發人員的工作流程和項目結構，將多個平臺封裝到一個項目之中。據說，.NET MAUI的通用版本將在2021年11月發布的.NET 6中被提供。
一些實用的資源
- .NET指南– Microsoft針對新手的常規文檔;
- .NET Core指南–適用于那些正在考慮過渡到Core版本的用戶;
- .NET Framework–.NET的原始文檔;
- Xamarin –移動開發文檔;
- .NET Foundation– .NET的開源社區;
- NuGet–可查看所有.NET的軟件包;
- .NET Core和Framework –提供下載鏈接。
- .NET開發人員社區–開發人員社區和支持，其中包括：指向社交媒體、論壇、博客、實時研討會、以及諸如.NET Foundation之類組織的鏈接。
原文標題：A Brief Walk Through the .NET Ecosystem，作者：Milan Milanovic
【51CTO譯稿，合作站點轉載請注明原文譯者和出處為51CTO.com】
