[.NET大牛之路 005] .NET 的執行模型

精緻碼農發表於2021-08-09
模型

.NET大牛之路 • 王亮@精緻碼農 • 2021.07.06

目錄：

前面我們介紹 .NET 歷史時講過，微軟基於 .NET Framework 重新設計並創造了跨平臺的 .NET Core，目前已經發展到 .NET 5 版本，它的效能較之前的 .NET Framework 有巨大的提升。而 .NET Framework 產品線也被宣告終止(微軟仍會繼續維護，只是不會再發布新版本)，它的最後個版本 .NET Framework 4.8 成為了絕唱。

.NET Framework 終將成為歷史，我們要把思想從 .NET Framework 跳到 .NET Core/.NET 5+，首先要弄明白它們的執行模型和底層架構發生了什麼變化。

注：為了簡單起見，下文所說的 .NET Core 包含 .NET Core 和 .NET 5+。

我們先從一個高的角度來理解一下 .NET Core 執行模型的全貌，後面章節再從低的角度逐個拆開講解各個模組。

.NET Core 的執行模型有兩種，一種是基於 CoreCLR 執行時，這種和 .NET Framework 的執行模型幾乎一樣；另一種是基於 Native AOT 本地執行時，這是 .NET Core 新增的一種執行模型。

基於 CoreCLR

CoreCLR 和原來 .NET Framework 的 CLR(Common Language Runtime，公共語言執行時)幾乎是一樣的，只是 CoreCLR 去除了特定於 Windows 作業系統的部分，實現了跨平臺。所以除了 CLR 執行時有些不同之外，它們的執行模型是一樣的。

注意，平時我們會把 CoreCLR 習慣性地簡稱為 CLR，在 .NET Core 語境中，CLR 指的就是 CoreCLR。

基於 CoreCLR 的執行模型用簡單流程圖表示如下：

原始碼經過編譯器編譯，生成程式集，執行的時候，再由 CLR 針對不同的作業系統和 CUP 架構(如 x86、x64 或 ARM)把程式集編譯成原生程式碼(Native Code)，原生程式碼可由作業系統直接執行。

注：在 .NET 中，原生程式碼就是機器碼(Machine Code)，只是叫法不同。它是處理器能夠理解並直接執行的位元組碼指令。所有其他程式碼必須翻譯或轉換為機器碼才能在計算機上執行。

基於 Native AOT

.NET Core 基於 CoreCLR 提煉出了一個精簡版的本地執行時，移除了 JIT 編譯器，保留了垃圾回收器、記憶體管理等模組。這個本地執行時之前的代號叫 CoreRT ，現在叫 Native AOT 。

Native AOT 執行時提供了一套 AOT(Ahead Of Time) 提前編譯機制，它使用的是新一代的 RyuJIT 編譯器，可以將 .NET Core 程式編譯成原生程式碼(機器碼)，可在宿主機器直接執行，不需要提前安裝 .NET Core 執行時。

基於 Native AOT 執行時的執行模型用簡單流程圖表示如下：

原始碼經過編譯器編譯，直接生成原生程式碼，釋出時將原生程式碼和本地執行時一起打包為單個可執行檔案，可直接在作業系統上執行。

要使用本地執行時，在 VS 中釋出時請選擇 Self-Contained 模式，同時需指定目標平臺及 CPU 架構（如win-x64、linux-x65等）。由於打包的檔案包含本地執行時，所以它要比基於 CoreCLR 釋出的檔案要大幾十兆。

使用 Native AOT 本地執行時有兩大好處：一是釋出時只有一個檔案，已經包含本地執行時，不需要提前安裝執行時環境，可直接在宿主機上執行；二是啟動時本身就是機器嗎，不要經過 JIT 編譯器編譯，啟動效率更高。

小結

.NET Core 基於 CoreCLR 的執行模型和原來 .NET Framework 的執行模型是一樣的，沒有發生大的變化。另外，.NET Core 新增了一種基於 Native AOT 本地執行時的執行模型，它使用了 AOT 編譯機制，可直接把 .NET Core 程式編譯成機器碼。

希望大家根據文中的流程圖理解 .NET Core 兩個執行模型的全貌，並牢記。這有助於我們理解 .NET 程式的執行原理，也是面試的高頻話題。關於執行模型中的主要核心模組（編譯器、程式集和執行時），後面的章節再單獨詳細講解。

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