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5.2 .NET平台简介
微软在2000年7月发布了新的应用平台.NET，整个.NET平台包括4部分产品。
（1）.NET开发工具。 .NET开发工具由.NET语言（C#、VB.NET）、一个集成的IDE（Visual Studio.NET）、类库和通用语言运行时（CLR）构成。
（2）.NET专用服务器。 .NET专用服务器由一些.NET企业服务器组成，如SQLServer 2000、Exchange 2000、BizTalk 2000等。这些企业服务器可以为数据存储、E-mail、B2B电子商务等专用服务提供支持。
（3）.NET Web服务。 虽然Web Service不是.NET所特有（关于Web Service内容请见第6章），但.NET为Web Service提供了强有力的支持。开发者使用.NET平台可以很容易的开发Web Service。
（4）.NET设备。 作为同J2ME（Java 2 Micro Edition）竞争的部分，.NET还为手持设备，如手机等，提供了支持。
完整的.NET平台涵盖了JVM、J2SE和J2EE全部的内容。.NET平台出现的时间较短，大多数读者对.NET底层的了解少于Java虚拟机。故5.2节主要介绍.NET的底层机制，基本上同JVM相对应。在5.3节的对比分析中会引入.NET平台在开发企业应用中的框架和作用。
Microsoft .NET平台包括五个部分，如图5-5所示。
图5-5 Microsoft .NET平台
.NET Framework中引入一系列的新技术和新概念，图5-6给出了.NET Framework的结构图。其中核心的部分就是通用语言运行时——CLR（Common Language Runtime）。CLR是.NET程序的执行引擎，.NET的众多优点也是由CLR所赋予的。CLR同JVM的功能类似，提供了单一的运行环境。任何.NET应用程序都会被最终编译为中间语言IL（Intermediate Language），并在这个统一的环境中运行。也就是说CLR可以用于任何针对它的编程语言，这也就是.NET的多语言支持。CLR还负责.NET应用程序的内存管理、对象生命期的管理、线程管理、安全等一系列的服务。我们将在5.2.3节详细介绍CLR。
图5-6 .NET Framework组成结构
除了CLR外，.NET提供了.NET类库，每一种.NET语言都可以使用该类库。基本类库中包含了大量的类供开发者使用，如图5-6所示。除此之外，使用某种.NET语言开发的类可以被其他的.NET语言直接使用，从而充分利用各种语言的优点。这也就是说我们可以使用VB.NET书写UI（User Interface）相关的内容，而底层的计算功能是用C++开发。.NET Framework还对命名空间提供了支持，熟悉Java的程序员一定非常欣赏Java中清晰的类的层次结构，.NET Framework中的命名空间与之类似，非常适合组织大规模的类的层次结果。如System.Data，或者由开发者自定的Abc. Accounting.Service。
托管是.NET的一个专门概念，它是融于通用语言运行时(CLR)中的一种新的编程理念，使用托管意味着代码可以被CLR所管理，使用CLR提供的各种服务。无论是用什么语言，只要采用了.NET的托管机制，就能开发出具有最新特性如垃圾自动收集、程序间相互访问等的.NET框架应用程序。
所有的C#、VB.NET、JScript.NET默认时都是托管的，但Visual C++默认时不是托管的，也就是非托管C++，必须在编译器中使用选项才能产生托管代码。由托管概念所引发的托管应用程序包括托管代码、托管数据和托管类三个组成部分。
（1）托管代码： .Net环境提供了许多核心的运行（Runtime）服务，比如异常处理和安全策略。为了能使用这些服务，必须给运行环境提供一些信息代码（元数据），这种代码就是托管代码。
（2）托管数据： 与托管代码密切相关的是托管数据。托管数据是由公共语言运行的垃圾回收器进行分配和释放的数据。在默认情况下，C#、Visual Basic 和 JScript.NET数据是托管数据。不过，通过使用特殊的关键字，C# 数据可以被标记为非托管数据，Visual C++数据在默认情况下是非托管数据。
（3）托管类： 尽管Visual C++数据在默认情况下是非托管数据，但是在使用C++的托管扩展时，可以使用“_gc”关键字将类标记为托管类。就像该名称所显示的那样，它表示类实例的内存由垃圾回收器管理。另外，一个托管类也完全可以成为 .NET框架的成员，由此可以带来的好处是，它可以与其他语言编写的类正确地进行相互操作，如托管的C++类可以从Visual Basic类继承等。但同时也有一些限制，如托管类只能从一个基类继承等。需要说明的是，在托管C++应用程序中既可使用托管类也可以使用非托管类。这里的非托管类不是指标准C++类，而是使用托管C++语言中的_nogc关键字的类。
程序集是一个抽象的概念，也比较难于理解。我们可以这样理解程序集的概念：首先，程序集是一个或多个托管模块或资源文件的逻辑分组；其次，程序集是可重新使用、确保安全和版本控制的最小单元。图5-7是把托管模块组合称为程序集的示意图。
图5-7 将托管模块组合为程序集
程序集允许我们将可重用、可部署的组件的逻辑部分和物理部分相分离。例如，可以将不常用的类型或资源放到独立的程序集文件中，这些独立的文件可以根据需要从Web站点上动态下载。如果不需要使用这些程序集，那么就永远不需要下载这些文件。
程序集中还包含被引用的程序集的自描述信息——如版本号。由于CLR可以通过这些自描述信息执行程序而不需要其他的附加信息。因此程序集使得.NET应用更容易部署。
当托管代码被编译后，并不产生本机的二进制代码，而是产生包含中间语言IL（Intermediate Language）的程序集。每种托管语言（C#，VB.NET等）都产生中间语言程序集，IL为被编译的代码提供一种通用的表示。Microsoft宣称，编译为IL的代码可以运行在任何使用.NET Framework的处理器和操作系统中（其实也只用Windows和X86－笔者注），不过包含IL的程序集可以非常容易地运行于Windows 98或者WindowsME，从而为.NET提供更多的应用平台。
被编译为IL语言的程序集不能够直接运行，CLR中使用JIT（just-in-time）编译器将IL转化为本机的CPU指令。图5-8显示了首次调用一个方法的执行过程。
JIT(just-in-time) Compiler负责将IL代码编译成本机的CPU指令，因为JIT是在程序第一次运行时实时的编译，所以JIT也称作实时编译器。只有当程序第一次运行时，JIT才会工作，它会把编译好的本机指令放在内存中，也就是说，程序在第一次运行的时候速度相对较慢，而以后的运行速度会加快很多。但是，如果程序终止，随着程序退出内存空间，编译好的本机指令也会随之退出内存，那么重新启动应用程序会再一次启动编译过程。如果程序的运行平台已经确定同时对性能有较高的要求，.NET Framework提供了一个小工具——NGen.exe，这个工具可以将所有程序集的IL代码编译成本机代码并将编译好的本机代码保存在磁盘中。这样，CLR可以在加载程序集时加载这个预编译的代码，从而提高运行速度。
图5-8 首次调用方法的执行过程
当把IL编译成本机代码时，IL会执行验证的过程。验证会检查IL的代码并确保它们的安全性，例如：验证过程会检查被调用的方法参数和参数的类型是否匹配，检查方法的返回值是否被正确使用等。如果验证结果认为IL代码是“不安全的”则会抛出System.Security.VerificationException异常并阻止方法的执行。
因为.NET统一地对待所有的语言，所以在.NET中，要求使用C#书写的类同使用VB.NET书写的类能够互相使用，使用托管C++和托管COBOL编写的接口也完全一样。由于所有的语言必须拥有共同的标准才能够顺利地集成到一起，因此Microsoft定义了通用类型系统CTS（Common Type System）来规范每一个.NET语言。有人认为CTS是CLR中最核心的部分，因为如果没有CTS的存在，.NET的语言无关性就得不到体现。
CTS中包括很多类型，下面我们介绍其中较为重要的几种类型：值类型、引用类型、类和接口，以及委托。
我们都知道，每种语言都有自己的特性，例如有些语言（C++）是大小写敏感的，而VB则不区分大小写，为了实现语言级的继承，Microsoft还制订了通用语言规范（Common Language Specification，CLS）。CLS提供了可以作为.NET语言的最小特性集，任何.NET语言都必须支持这些特性。从语言特性角度考虑，CLR/CLS与各种.NET语言和CLS的关系如图5-9所示。
图5-9 CLS与.NET语言的关系
CLR/CLS提供了最广泛的语言特性，仅有极个别的语言可以完全实现这些特性，如中间语言IL，一般的.NET语言都是CLR/CLS的子集，这些语言都必须包含一个共同的子集CLS——也是.NET语言的最小特性集。如果需要使用多种语言混合开发，那么程序员就需要遵守CLS以保证书写的程序的互操作性。
.NET的垃圾收集机制与Java非常类似，但也有一些区别。.NET将内存分为托管区域和非托管区域，.NET中的垃圾收集器仅负责托管区域中的垃圾收集，同Java中的技术类似，.NET的垃圾收集器也是自动回收不可达的对象，同样也采用了分代复制的算法。但在具体实现中有细微的差别。