C#中应用程序集的装载过程详解

了解程序集如何在C＃.NET中加载

我们一直在处理库和NuGet软件包。不管是好是坏，高级.NET开发人员都需要了解.NET运行时如何加载程序集。

这些库依赖于其他流行的库，并且有很多共享的依赖项。有了足够大的依赖关系网络，您最终将陷入冲突或困境。处理此类问题的最佳方法是了解该机制在内部的工作方式。

在本文中，您将看到.NET进程如何以及何时加载引用的程序集。

您将了解加载了哪个库版本，当有多个可用版本时会发生什么，以及为什么有时由于版本冲突而出现问题。

您将看到如何调试这些类型的问题，查看程序集绑定日志（融合日志）以及一些解决冲突的方法。

程序集，模块和引用

让我们从围绕.NET流程的一些基本术语开始。

一个装配在.NET是一个DLL或EXE文件。Visual Studio解决方案中的每个项目都被编译为一个程序集。

每个程序集可以包含多个模块，但是实际上，我们几乎总是在一个程序集中有一个模块，该模块的名称与该程序集相同。

在Visual Studio中启动进程或单击F5时，将执行启动项目程序集。除了.NET Framework或.NET Core程序集之外，它将是第一个加载的程序集。

之后，该过程将根据需要在运行时加载其他程序集。仅当需要调用该程序集的方法或使用该程序集的类型时，它才会延迟加载程序集。

这里是为一个简单的“ Hello World” .NET Framework项目加载的模块（出于我们所有的意图和目的，模块和程序集都是相同的）。MyStartup.dll是此处的启动项目：

.NET Core项目启动时加载的模块

当您从另一个项目引用一个项目时，在构建时，被引用项目的DLL或EXE被复制到启动项目的Bin文件夹中。

通常是Bin Debug或Bin Release。在运行时，当您第一次使用引用的项目中的类型时，CLR在应用程序目录中查找具有与期望的名称和版本相同的DLL文件。然后将程序集加载到流程中。这也称为绑定到装配件。

这是一个例子：

假设我们有一个名为MyStartup的简单控制台应用程序，它引用了另一个名为Lib1的项目。MyStartup使用Lib1程序集中的某些类。

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;
 }
}

输入Main方法时，尚未加载Lib1程序集。但是，在输入Add方法时，CLR尝试解析Calculator类型，找出它在引用的程序集Lib1中，然后尝试加载该程序集。

.NET中的程序集绑定

当CLR需要加载程序集时，逻辑实际上比在Bin文件夹中查找要复杂一些。这是执行的实际逻辑（有关详细说明，请参见Microsoft文档[1]）：

1.根据配置文件（app.config或web.config）确定需要加载的程序集的版本。该配置文件的名称为（在生成之后） [executable name].exe.config或web.config。绑定重定向在这里发挥了作用（稍后会详细介绍）。

2.查看程序集是否已加载。如果加载了其他版本，则将抛出FileLoadException，除非它是一个可以同时加载多个版本的强命名程序集。

3.如果它是强名称程序集，请检查全局程序集缓存[2]（GAC）。GAC是机器上共享多个应用程序部件的地方。如果需要的话，程序集会缓存。它只能存储强命名程序集。它可以存储同一程序集的不同版本。您可以使用gacutil.exe[3]自己将其安装到GAC 。

4.如果它是一个强名称的程序集，并且配置文件包含<codeBase>节点，那么它将检查那里的程序集位置。如果该<codeBase>节点存在并且找不到程序集，FileNotFoundException则将引发a。

5.根据启发式算法检查程序集DLL或EXE。此过程称为“探测”。算法如下：

1.检查文件夹[application base] / [assembly name].dll。应用程序库是应用程序可执行文件所在的位置。通常，您的Bin Debug或Bin Release文件夹。
2.检查一下 [application base] / [assembly name] / [assembly name].dll
3.如果为引用的程序集指定了区域性信息，则仅检查以下目录： [application base] / [culture] / [assembly name].dll [application base] / [culture] / [assembly name] / [assembly name].dll
4.如果该<probing>节点存在于配置文件中，则它将在该privatePath节点的属性指定的文件夹中查找程序集。

他们为什么要使所有事情变得如此困难，对吗？

实际上，这种逻辑非常有助于我们发展，而不会使事情变得困难。它的存在是为了实现一些重要目标：

•为了确保您引用的是特定的程序集和版本，则将加载该确切版本。否则，将引发异常。而且，如果您知道自己在做什么，则可以在配置文件中指定覆盖规则（绑定重定向）。

•为了灵活地在您要加载的程序集中进行。例如，如果要根据不同的区域性（语言）加载不同的程序集，则可以轻松地做到这一点。或者，如果您要根据客户配置加载不同的程序集，那也可以。

•为了安全起见，我们使用了全称的程序集。他们确保您不能“伪造”程序集。例如，如果某个进程希望加载Lib1 v4.5，那么您将无法加载具有相同名称和版本的恶意软件程序集。加载时会引发异常。这就是为什么在计算机上所有进程都共享的GAC只接受强名称程序集的原因。

在大多数应用程序中，您无需记住程序集加载和探测的复杂逻辑。您无需了解或考虑GAC，全名程序集或操作配置文件。

您几乎根本不需要考虑库的版本，因为可能的冲突通过称为“绑定重定向”的机制自动解决了。

绑定重定向

如果有一件事对于了解这笔交易非常重要，那就是绑定重定向。能够告诉运行时它将实际加载哪个版本，而不管其引用的版本如何。

这是一个示例：您的流程有两个项目（模块）：项目A和项目B。项目A引用log4net.dll v1.1，项目B引用log4net.dll v1.2。两个log4net DLL文件都复制到输出文件夹，但是只能有一个log4net.dll文件。

假设复制到输出文件夹的文件是log4net.dll v1.2。假设到达的第一个代码是Project A中的代码，该代码引用了log4net v1.1。运行时将在输出文件夹中查找，找到不同版本的log4net，并失败FileLoadException。

还有另一种可能。假设首先执行了项目B中的代码，并且在尝试使用log4net时，它成功加载了log4net.dll v1.2。片刻之后，Project A中的代码将尝试使用log4net v1.1，请参见该程序集已经加载了其他版本，并抛出FileLoadException。

如果您知道哪个log4net版本将在输出文件夹中，在这种情况下可以做的就是告诉运行时应该使用哪个版本。只需app.config在该runtime部分的文件中添加以下几行：

<?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>

这意味着，只要运行时想绑定到版本范围为0.0.0.0to的程序集log4net 5.0.0.0，它就会尝试绑定到version 1.2.0。

实际上，您不必手动添加这些重定向，因为它们是自动添加的。如果转到启动项目的“属性”，则会看到以下设置：

默认情况下选中此选项。它会自动检测版本冲突并在.config文件中生成绑定重定向。

当问题开始发生时

乍一看，绑定重定向可能看起来像是对所有问题的答案，但事实并非如此。使用绑定重定向时，基本上使用的库版本与预期不同。如果删除方法怎么办？或方法的签名已更改？在这种情况下，调用该方法时，程序将因运行时错误而失败。毕竟，创建版本是有原因的。

如果确实存在此类问题，则有解决方法。查看我的文章：如何解决.NET引用和NuGet软件包版本冲突[4]。

故障排除

当您有一个FileLoadException或类似的东西时，我建议做的第一件事是查看Visual Studio中的“模块”窗口。在这里，您将看到所有已加载的模块，并确定您要加载的程序集是否已加载，使用哪个版本以及从哪个路径加载。

除此之外，您还可以查看程序集绑定日志，也称为融合日志。这些日志将显示在程序集绑定尝试过程中到底发生了什么。您将看到运行时查找的程序集版本，运行时查找的文件夹以及故障点。

有几种查看融合日志的方法。首先，您必须启用它们，因为默认情况下它们是禁用的。您可以通过将HKLMSoftwareMicrosoftFusionForceLog值设置为1并将HKLMSoftwareMicrosoftFusionLogPath值设置为来在注册表中手动启用它们C:FusionLogs。日志将自动出现。或者，您可以使用Fusion Log Viewer，该软件应以方式安装在PC上fuslogvw.exe。我建议使用“一切窗口”搜索之[5]类的程序来查找它。确保以管理员权限运行融合日志查看器，以便能够启用和禁用日志。最近更流行的一种更现代的工具是Fusion ++[6]。

边注

也许您不需要，但是我以前讨厌不得不处理这类问题。例如一个逻辑上的问题，让我构建一些东西，甚至解决一个生产错误，但其他问题都好说，唯独这个……。

在这件事上别无选择，我不得不艰难地学习程序集绑定的内部工作。我发现，就像其他所有内容一样，一旦您理解了某些内容，它就会变得不那么可怕，甚至变得不再那么有趣了。

因此，我希望本文对您有意义，并会在我走过的道路上为您提供快速帮助。

References

[1] Microsoft文档: https://docs.microsoft.com/en-us/dotnet/framework/deployment/how-the-runtime-locates-assemblies

[2] 全局程序集缓存: 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] 如何解决.NET引用和NuGet软件包版本冲突: 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/

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最后

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