DotNet程序集解析

    在.NET Framework框架中,程序集是重用、安全性以及版本控制的最小单元。程序集的定义为:程序集是一个或多个类型定义文件及资源文件的集合。程序集主要包含:PE/COFF,CLR头,元数据,清单,CIL代码,元数据。

   PE/COFF文件是由工具生成的,表示文件的逻辑分组。PE文件包含“清单”数据块,清单是由元数据表构成的另一种集合,这些表描述了构成程序集的文件,由程序集中的文件实现的公开导出的类型,以及与程序集关联在一起的资源或数据文件。

    在托管程序集中包含元数据和IL(微软的一种中间语言),IL能够访问和操作对象类型,并提供了指令来创建和初始化对象、调用对象上的虚方法以及直接操作数组元素。

   CLR头是一个小的信息块,主要包含模块在生成是所面向的CLR的major(主)和major(次)版本号;一个标志,一个MethodDef token(指定了模块的入口方法);一个可选的强名称数字签名。

    元数据表示一个二进制数据块,由几个表构成:定义表,引用表,清单表。

   以上是对程序集的构成做了一个简单的说明,接下来看一下程序集的一些特性:程序集定义了可重用的类型;程序集标记了一个版本号;程序集可以有关联的安全信息。

  在程序运行时,JIT编译器利用程序集的TypeRef和AssemblyRef元数据表来确定哪一个程序集定义了所引用的类型。JIT编译器在运行时需要获取程序集的相关信息,主要包括:名称、版本、语言文化、公钥标记等,并将这些连接为一个字符串。JIT编译器会差查找该标识的程序集,如果查询到,则将该程序集加载到AppDomain。

    接下来介绍一下在CLR中加载程序集的方法:

    在System.Refection.Assembly类的静态方法Load来加载程序集,在加载指定程序集的操作中,会使用LoadFrom()方法,LoadFrom()具有多个重载版本,看一下LoadFrom这个方法的底层实现代码:

 [ResourceExposure(ResourceScope.Machine)] 
        [ResourceConsumption(ResourceScope.Machine)]
        [MethodImplAttribute(MethodImplOptions.NoInlining)]
        public static Assembly LoadFrom(String assemblyFile) 
        {
            Contract.Ensures(Contract.Result<Assembly>() != null); 
            Contract.Ensures(!Contract.Result<Assembly>().ReflectionOnly);

            StackCrawlMark stackMark = StackCrawlMark.LookForMyCaller;
 
            return RuntimeAssembly.InternalLoadFrom(
                assemblyFile, 
                null, // securityEvidence 
                null, // hashValue
                AssemblyHashAlgorithm.None, 
                false,// forIntrospection
                false,// suppressSecurityChecks
                ref stackMark);
        } 
 [System.Security.SecurityCritical]  // auto-generated
        [ResourceExposure(ResourceScope.Machine)] 
        [ResourceConsumption(ResourceScope.Machine)]
        [MethodImplAttribute(MethodImplOptions.NoInlining)] // Methods containing StackCrawlMark local var has to be marked non-inlineable 
        internal static RuntimeAssembly InternalLoadFrom(String assemblyFile, 
                                                         Evidence securityEvidence,
                                                         byte[] hashValue, 
                                                         AssemblyHashAlgorithm hashAlgorithm,
                                                         bool forIntrospection,
                                                         bool suppressSecurityChecks,
                                                         ref StackCrawlMark stackMark) 
        {
            if (assemblyFile == null) 
                throw new ArgumentNullException("assemblyFile"); 

            Contract.EndContractBlock(); 

#if FEATURE_CAS_POLICY
            if (securityEvidence != null && !AppDomain.CurrentDomain.IsLegacyCasPolicyEnabled)
            { 
                throw new NotSupportedException(Environment.GetResourceString("NotSupported_RequiresCasPolicyImplicit"));
            } 
#endif // FEATURE_CAS_POLICY 
            AssemblyName an = new AssemblyName();
            an.CodeBase = assemblyFile; 
            an.SetHashControl(hashValue, hashAlgorithm);
            // The stack mark is used for MDA filtering
            return InternalLoadAssemblyName(an, securityEvidence, null, ref stackMark, true /*thrownOnFileNotFound*/, forIntrospection, suppressSecurityChecks);
        } 

    在加载程序集的操作中,LoadFrom首先会调用Syatem.Reflection.AssemblyName类的静态方法GetAssemblyName(该方法打开指定文件,查找AssemblyRef元数据表的记录项,提取程序集标识信息,然后以一个Syatem.Reflection.AssemblyName对象的形式返回这些信息),LoadFrom方法在内部调用Assembly的Load方法,将AssemblyName对象传给它,CLR会为应用版本绑定重定向策略,并在各个位置查找匹配的程序集。如果Load找到匹配的程序集,就会加载它,并返回代表已加载程序集的一个Assembly对象,LoadFrom方法将返回这个值。

    加载程序的另一个方法为LoadFile,这个方法可从任意路径加载一个程序集,并可将具有相同标识的一个程序集多次加载到一个AppDoamin中。接下来可以看一下LoadFile的底层实现代码:

 [System.Security.SecuritySafeCritical]  // auto-generated
        [ResourceExposure(ResourceScope.Machine)]
        [ResourceConsumption(ResourceScope.Machine)]
        public static Assembly LoadFile(String path) 
        {
 
            Contract.Ensures(Contract.Result<Assembly>() != null); 
            Contract.Ensures(!Contract.Result<Assembly>().ReflectionOnly);
 
            AppDomain.CheckLoadFileSupported();

            new FileIOPermission(FileIOPermissionAccess.PathDiscovery | FileIOPermissionAccess.Read, path).Demand();
            return RuntimeAssembly.nLoadFile(path, null); 
        }

     以上对程序集的结构和程序集的加载方法做了一个简单的说明,需要说明的一点是:程序集不提供卸载的功能。

    以下提供几种较为常用的程序集操作方法:

       1.公共属性和方法:

        public static int Minutes = 60;
        public static int Hour = 60 * 60;
        public static int Day = 60 * 60 * 24;
        private readonly int _time;
        private bool IsCache { get { return _time > 0; } }

        /// <summary>
        /// 缓存时间,0为不缓存(默认值:0秒,单位:秒)
        /// </summary>
        public ReflectionSugar(int time = 0)
        {
            _time = time;
        }

        /// <summary>
        /// 根据程序集路径和名称获取key
        /// </summary>
        /// <param name="keyElementArray"></param>
        /// <returns></returns>
        private string GetKey(params string[] keyElementArray)
        {
            return string.Join("", keyElementArray);
        }

        /// <summary>        
        /// key是否存在      
        /// </summary>        
        /// <param name="key">key</param>        
        /// <returns>存在<c>true</c> 不存在<c>false</c>. </returns>        
        private bool ContainsKey(string key)
        {
            return HttpRuntime.Cache[key] != null;
        }

        /// <summary>        
        ///获取Cache根据key 
        /// </summary>                
        private V Get<V>(string key)
        {
            return (V)HttpRuntime.Cache[key];
        }

        /// <summary>        
        /// 插入缓存.        
        /// </summary>        
        /// <param name="key">key</param>        
        /// <param name="value">value</param>        
        /// <param name="cacheDurationInSeconds">过期时间单位秒</param>        
        /// <param name="priority">缓存项属性</param>        
        private void Add<TV>(string key, TV value, int cacheDurationInSeconds, CacheItemPriority priority = CacheItemPriority.Default)
        {
            string keyString = key;
            HttpRuntime.Cache.Insert(keyString, value, null, DateTime.Now.AddSeconds(cacheDurationInSeconds), Cache.NoSlidingExpiration, priority, null);
        }

    2.加载程序集:

       /// <summary>
        /// 加载程序集
        /// </summary>
        /// <param name="path">程序集路径</param>
        /// <returns></returns>
        public Assembly LoadFile(string path)
        {
            if (string.IsNullOrEmpty(path))
            {
                throw new ArgumentNullException(path);
            }
            try
            {
                var key = GetKey("LoadFile", path);
                if (IsCache)
                {
                    if (ContainsKey(key))
                    {
                        return Get<Assembly>(key);
                    }
                }

                var asm = Assembly.LoadFile(path);
                if (IsCache)
                {
                    Add(key, asm, _time);
                }

                return asm;
            }
            catch (Exception ex)
            {
                throw new Exception(ex.Message);
            }
        }

    3.根据程序集获取类型:

       /// <summary>
        /// 根据程序集获取类型
        /// </summary>
        /// <param name="asm">Assembly对象</param>
        /// <param name="nameSpace">命名空间</param>
        /// <param name="className">类名</param>
        /// <returns>程序集类型</returns>
        public Type GetTypeByAssembly(Assembly asm, string nameSpace, string className)
        {
            try
            {
                var key = GetKey("GetTypeByAssembly", nameSpace, className);
                if (IsCache)
                {
                    if (ContainsKey(key))
                    {
                        return Get<Type>(key);
                    }
                }

                Type type = asm.GetType(nameSpace + "." + className);
                if (IsCache)
                {
                    Add(key, type, _time);
                }
                return type;
            }
            catch (Exception ex)
            {
                throw new Exception(ex.Message);
            }
        }

   4. 创建对象实例:

       /// <summary>
        /// 创建对象实例
        /// </summary>
        /// <typeparam name="T"></typeparam>
        /// <param name="fullName">命名空间.类型名</param>
        /// <param name="assemblyName">程序集(dll名称)</param>
        /// <returns></returns>
        public T CreateInstance<T>(string fullName, string assemblyName)
        {
            var key = GetKey("CreateInstance1", fullName, assemblyName);
            if (IsCache)
                if (ContainsKey(key))
                {
                    return Get<T>(key);
                }
            //命名空间.类型名,程序集
            var path = fullName + "," + assemblyName;
            //加载类型
            var o = Type.GetType(path);
            //根据类型创建实例
            var obj = Activator.CreateInstance(o, true);
            var reval = (T)obj;
            if (IsCache)
                Add<T>(key, reval, _time);
            //类型转换并返回
            return reval;
        }

     以上的方法中,根据加载的程序集创建对象后,将获取的返回值结构加入缓存中。

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