簡述C#中應用程序集的裝載過程

瞭解程序集如何在C＃.NET中加載

我們一直在處理庫和NuGet軟件包。不管是好是壞，高級.NET開發人員都需要了解.NET運行時如何加載程序集。

這些庫依賴於其他流行的庫，並且有很多共享的依賴項。有了足夠大的依賴關係網絡，您最終將陷入衝突或困境。處理此類問題的最佳方法是瞭解該機制在內部的工作方式。

在本文中，您將看到.NET進程如何以及何時加載引用的程序集。

您將瞭解加載了哪個庫版本，當有多個可用版本時會發生什麼，以及爲什麼有時由於版本衝突而出現問題。

您將看到如何調試這些類型的問題，查看程序集綁定日誌（融合日誌）以及一些解決衝突的方法。

程序集，模塊和引用

讓我們從圍繞.NET流程的一些基本術語開始。

一個裝配在.NET是一個DLL或EXE文件。Visual Studio解決方案中的每個項目都被編譯爲一個程序集。

每個程序集可以包含多個模塊，但是實際上，我們幾乎總是在一個程序集中有一個模塊，該模塊的名稱與該程序集相同。

在Visual Studio中啓動進程或單擊F5時，將執行啓動項目程序集。除了.NET Framework或.NET Core程序集之外，它將是第一個加載的程序集。

之後，該過程將根據需要在運行時加載其他程序集。僅當需要調用該程序集的方法或使用該程序集的類型時，它纔會延遲加載程序集。

這裏是爲一個簡單的“ Hello World” .NET Framework項目加載的模塊（出於我們所有的意圖和目的，模塊和程序集都是相同的）。MyStartup.dll是此處的啓動項目：

.NET Core項目啓動時加載的模塊

當您從另一個項目引用一個項目時，在構建時，被引用項目的DLL或EXE被複制到啓動項目的Bin文件夾中。

通常是Bin \ Debug或Bin \ Release。在運行時，當您第一次使用引用的項目中的類型時，CLR在應用程序目錄中查找具有與期望的名稱和版本相同的DLL文件。然後將程序集加載到流程中。這也稱爲綁定到裝配件。

這是一個例子：

假設我們有一個名爲MyStartup的簡單控制檯應用程序，它引用了另一個名爲Lib1的項目。MyStartup使用Lib1程序集中的某些類。

在MyStartup中：

class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        int a = int.Parse(Console.ReadLine());
        int b = int.Parse(Console.ReadLine());
        Console.WriteLine("A + B = " + Add(a, b));
    }


    private static int Add(int a, int b)
    {
        var calculator = new Lib1.Calculator();
        return calculator.Sum(a, b);
    }
}

在Lib1中：

public class Calculator
{
    public int Sum(int a, int b)
    {
        return a + b;
    }
}

輸入Main方法時，尚未加載Lib1程序集。但是，在輸入Add方法時，CLR嘗試解析Calculator類型，找出它在引用的程序集Lib1中，然後嘗試加載該程序集。

.NET中的程序集綁定

當CLR需要加載程序集時，邏輯實際上比在Bin文件夾中查找要複雜一些。這是執行的實際邏輯（有關詳細說明，請參見Microsoft文檔^[1]）：

1.根據配置文件（app.config或web.config）確定需要加載的程序集的版本。該配置文件的名稱爲（在生成之後） [executable name].exe.config或web.config。綁定重定向在這裏發揮了作用（稍後會詳細介紹）。2.查看程序集是否已加載。如果加載了其他版本，則將拋出FileLoadException，除非它是一個可以同時加載多個版本的強命名程序集。3.如果它是強名稱程序集，請檢查全局程序集緩存^[2]（GAC）。GAC是機器上共享多個應用程序部件的地方。如果需要的話，程序集會緩存。它只能存儲強命名程序集。它可以存儲同一程序集的不同版本。您可以使用gacutil.exe^[3]自己將其安裝到GAC 。4.如果它是一個強名稱的程序集，並且配置文件包含<codeBase>節點，那麼它將檢查那裏的程序集位置。如果該<codeBase>節點存在並且找不到程序集，FileNotFoundException則將引發a。5.根據啓發式算法檢查程序集DLL或EXE。此過程稱爲“探測”。算法如下：1.檢查文件夾[application base] / [assembly name].dll。應用程序庫是應用程序可執行文件所在的位置。通常，您的Bin \ Debug或Bin \ Release文件夾。2.檢查一下 [application base] / [assembly name] / [assembly name].dll3.如果爲引用的程序集指定了區域性信息，則僅檢查以下目錄： [application base] / [culture] / [assembly name].dll [application base] / [culture] / [assembly name] / [assembly name].dll4.如果該<probing>節點存在於配置文件中，則它將在該privatePath節點的屬性指定的文件夾中查找程序集。

他們爲什麼要使所有事情變得如此困難，對嗎？

實際上，這種邏輯非常有助於我們發展，而不會使事情變得困難。它的存在是爲了實現一些重要目標：

•爲了確保您引用的是特定的程序集和版本，則將加載該確切版本。否則，將引發異常。而且，如果您知道自己在做什麼，則可以在配置文件中指定覆蓋規則（綁定重定向）。•爲了靈活地在您要加載的程序集中進行。例如，如果要根據不同的區域性（語言）加載不同的程序集，則可以輕鬆地做到這一點。或者，如果您要根據客戶配置加載不同的程序集，那也可以。•爲了安全起見，我們使用了全稱的程序集。他們確保您不能“僞造”程序集。例如，如果某個進程希望加載Lib1 v4.5，那麼您將無法加載具有相同名稱和版本的惡意軟件程序集。加載時會引發異常。這就是爲什麼在計算機上所有進程都共享的GAC只接受強名稱程序集的原因。

在大多數應用程序中，您無需記住程序集加載和探測的複雜邏輯。您無需瞭解或考慮GAC，全名程序集或操作配置文件。

您幾乎根本不需要考慮庫的版本，因爲可能的衝突通過稱爲“綁定重定向”的機制自動解決了。

綁定重定向

如果有一件事對於瞭解這筆交易非常重要，那就是綁定重定向。能夠告訴運行時它將實際加載哪個版本，而不管其引用的版本如何。

這是一個示例：您的流程有兩個項目（模塊）：項目A和項目B。項目A引用log4net.dll v1.1，項目B引用log4net.dll v1.2。兩個log4net DLL文件都複製到輸出文件夾，但是隻能有一個log4net.dll文件。

假設複製到輸出文件夾的文件是log4net.dll v1.2。假設到達的第一個代碼是Project A中的代碼，該代碼引用了log4net v1.1。運行時將在輸出文件夾中查找，找到不同版本的log4net，並失敗FileLoadException。

還有另一種可能。假設首先執行了項目B中的代碼，並且在嘗試使用log4net時，它成功加載了log4net.dll v1.2。片刻之後，Project A中的代碼將嘗試使用log4net v1.1，請參見該程序集已經加載了其他版本，並拋出FileLoadException。

如果您知道哪個log4net版本將在輸出文件夾中，在這種情況下可以做的就是告訴運行時應該使用哪個版本。只需app.config在該runtime部分的文件中添加以下幾行：

<?xml version="1.0" encoding="utf-8" ?>
<configuration>
  ...
  <runtime>
    ...
    <assemblyBinding xmlns="urn:schemas-microsoft-com:asm.v1">
      <dependentAssembly>
        <assemblyIdentity name="log4net" 
                          publicKeyToken="669e0ddf0bb1aa2a" culture="neutral" />
        <bindingRedirect oldVersion="0.0.0.0-5.0.0.0" newVersion="1.2.0" />
      </dependentAssembly>
    </assemblyBinding>
  </runtime>
  ...
</configuration>

這意味着，只要運行時想綁定到版本範圍爲0.0.0.0to的程序集log4net 5.0.0.0，它就會嘗試綁定到version 1.2.0。

實際上，您不必手動添加這些重定向，因爲它們是自動添加的。如果轉到啓動項目的“屬性”，則會看到以下設置：

圖片-20200711101325128

默認情況下選中此選項。它會自動檢測版本衝突並在.config文件中生成綁定重定向。

當問題開始發生時

乍一看，綁定重定向可能看起來像是對所有問題的答案，但事實並非如此。使用綁定重定向時，基本上使用的庫版本與預期不同。如果刪除方法怎麼辦？或方法的簽名已更改？在這種情況下，調用該方法時，程序將因運行時錯誤而失敗。畢竟，創建版本是有原因的。

如果確實存在此類問題，則有解決方法。查看我的文章：如何解決.NET引用和NuGet軟件包版本衝突^[4]。

故障排除

當您有一個FileLoadException或類似的東西時，我建議做的第一件事是查看Visual Studio中的“模塊”窗口。在這裏，您將看到所有已加載的模塊，並確定您要加載的程序集是否已加載，使用哪個版本以及從哪個路徑加載。

除此之外，您還可以查看程序集綁定日誌，也稱爲融合日誌。這些日誌將顯示在程序集綁定嘗試過程中到底發生了什麼。您將看到運行時查找的程序集版本，運行時查找的文件夾以及故障點。

有幾種查看融合日誌的方法。首先，您必須啓用它們，因爲默認情況下它們是禁用的。您可以通過將HKLM\Software\Microsoft\Fusion\ForceLog值設置爲1並將HKLM\Software\Microsoft\Fusion\LogPath值設置爲來在註冊表中手動啓用它們C:\FusionLogs。日誌將自動出現。或者，您可以使用Fusion Log Viewer，該軟件應以方式安裝在PC上fuslogvw.exe。我建議使用“一切窗口”搜索之^[5]類的程序來查找它。確保以管理員權限運行融合日誌查看器，以便能夠啓用和禁用日誌。最近更流行的一種更現代的工具是Fusion ++^[6]。

邊注

也許您不需要，但是我以前討厭不得不處理這類問題。例如一個邏輯上的問題，讓我構建一些東西，甚至解決一個生產錯誤，但其他問題都好說，唯獨這個……。

在這件事上別無選擇，我不得不艱難地學習程序集綁定的內部工作。我發現，就像其他所有內容一樣，一旦您理解了某些內容，它就會變得不那麼可怕，甚至變得不再那麼有趣了。

因此，我希望本文對您有意義，並會在我走過的道路上爲您提供快速幫助。

References

[1] Microsoft文檔: https://docs.microsoft.com/en-us/dotnet/framework/deployment/how-the-runtime-locates-assemblies
[2] 全局程序集緩存: https://docs.microsoft.com/en-us/dotnet/framework/app-domains/gac
[3] gacutil.exe: https://docs.microsoft.com/en-us/dotnet/framework/tools/gacutil-exe-gac-tool
[4] 如何解決.NET引用和NuGet軟件包版本衝突: https://michaelscodingspot.com/how-to-resolve-net-reference-and-nuget-package-version-conflicts/
[5] 一切窗口”搜索之: https://www.voidtools.com/
[6] Fusion ++: https://github.com/awaescher/Fusion/