CLR和JRE的运行机制的初步总结

<script type="text/javascript" src="http://pagead2.googlesyndication.com/pagead/show_ads.js"> </script> 概念比较： Java C# byte code IL(字节码，中间语言) jvm.dll mscrolib.dll,mscrojit.dll(虚拟机) JRE CLR(运行环境) JDK .Net Framework(开发框架) package assembly(类库，程序集) 一、关于类库的版本管理问题 Java和C#代码运行要依靠其运行环境(JRE,CLR)和运行环境带的基础类库(C#称为配件或者程序集Assembly)，此外还会有一些第三方的类库或者自己开发的类库。如果运行环境版本不一致，或者引用的类库版本不一致都会带来程序不能正常运行。比如一个Java程序是在JDK1.2上开发，如果在JRE1.4上运行，一般情况下可以向下兼容，但也有例外，有些GUI程序在JDK1.4上面运行结果很可能会不同。 JRE的版本管理 Java的解决办法是每个程序自己携带一套JRE。 我的机器上已经被安装了好多套JRE和JDK了(JDK包括了同版本的JRE，此外还包括有编译器和其它工具)，它们分别是： BEA Weblogic Server 7.0 自带一套 JDK1.3.1_02 我下载了一套最新的JDK1.4.1_02 JBuilder9自带一套JKD1.4.1_02 Oracle8.1.7自带一套JRE1.1.7 Ration Rose自带一套JDK1.3 DreamWeaver自带一套JDK1.3 6套JRE，每套JRE都被各自安装到不同的目录，不会互相影响。当在控制台执行java.exe，操作系统寻找JRE的方式如下： 先找当前目录下有没有JRE 再找父目录下有没有JRE 接着在PATH路径中找JRE 注册表HKEY_LOCAL_MACHINE/SOFTWARE/JavaSoft/Java Runtime Environment/ 查看CurrentVersion的键值指向哪个JRE 最常用的是在PATH路径中找JRE，一般情况下，自己的程序运行之前都会先在批处理文件里面临时设置PATH，把自己用的JRE放到PATH路径最前面，所以肯定会运行自己带的JRE，不会造成版本混乱。 .Net Framework的版本管理 .Net Framework被固定安装在C:/Winnt/Microsoft.NET/Framework/v版本号/目录下，并且在同一台机器只能安装一套，要安装1.1版本的.Net Framework，就必须先删除1.0的。听说刚发行的.Net Framework1.1已经对1.0做了很多改进，甚至基础类库的层次也有所变动。看来在旧版本的.Net Framework开发的程序将来往新版本上面迁移的时候少不了修改程序代码。 JRE的基础类库 JRE自带的基础类库主要是JRE/lib/rt.jar这个文件，包括了Java2平台标准版的所有类库。和JRE的版本一致。 .Net Framekwork的核心类库 .Net Framekwork的核心类库被放置在C:/Winnt/assembly/gac/目录下，按照不同的名称空间放在不同目录中，不像JRE打成了一个包。并且可以同时存在不同的版本，例如： 某类库1.0版本 C:/Winnt/assembly/gac/名称/1.0/名称.dll 某类库1.1版本 C:/Winnt/assembly/gac/名称/1.1/名称.dll 这样做，虽然很灵活，可以随时把类库更新到最新的状态，但是很容易带来版本管理的复杂度，造成版本不一致。 JRE类库的查找方法和版本管理 JRE中由ClassLoader负责查找和加载程序引用到的类库，基础类库ClassLoader会到rt.jar中自动加载，其它的类库，ClassLoader在环境变量CLASSPATH指定的路径中搜索，按照先来先到的原则，放在CLASSPATH前面的类库先被搜到，Java程序启动之前建议先把PATH和CLASSPATH环境变量设好，OS通过PATH来找JRE，确定基础类库rt.jar的位置，JRE的ClassLoader通过CLASSPATH找其它类库。但有时候会出现这样的情况，希望替换基础类库中的类库，那么也可以简单的通过-Djava.endrosed.path=...参数传递给java.exe，于是ClassLoader会先于基础类库使用java.endrosed.path参数指定路径的类库。因此Java的版本管理是非常简单有效的，也许很原始，不过很好用，简单就不容易出错。(所以我很奇怪Eric Ramond为什么批评Java的类库管理机制，他还居然批评Java的接口，令人怀疑他对Java的了解程度) .Net Framework的类库管理机制 .Net Framework的类库管理机制相当强大和复杂，分为私有类库和共享类库。 私有类库就放在exe程序当前路径下，或其相对路径中，只有当前程序可见。 共享类库需要在GAC(Global Assembly Cache)中注册，注册过程比较复杂，首先要用工具生成公开/私有密钥对，然后结合密钥和类库版本号连编，最后使用工具注册到GAC中好以后,会被放在"C:/Winnt/assembly/gac/类库的名称空间/版本号/"目录下，不同的类库版本在注册的时候会按照版本号分开放置： 某类库1.0版本 C:/Winnt/assembly/gac/名称/1.0/名称.dll 某类库1.1版本 C:/Winnt/assembly/gac/名称/1.1/名称.dll 也就是可以同时存在一个类库的n个版本，至于在程序中用哪个版本，在程序的配置文件中声明，CLR会根据声明来调用相应的版本的类库。我觉得.Net实现方法未免太复杂了一些，将所有共享类库都塞到一个系统目录下，并且同一个类库还有n个版本，将来.Net第三方开发的类库逐渐丰富起来以后，.Net类库的GAC也会越来越庞大，会不会也搞得和Windows注册表一样难以维护？软件发布到服务器上的时候，类库要再注册一次，服务器会逐渐形成一个庞大的树状的GAC，GAC里面存放着组件的n个版本。试想经过一段时间之后，C:/Winnt/assembly/gac/目录会越来越庞大，有的组件甚至有n个版本都放在那里，你又不敢随便删除，不知道是不是有程序需要使用，我不明白MS为什么要把这么简单的事情搞到这么复杂？ 综上所述，Java的版本管理方式简单而有效，C#的版本管理方式功能强大，不过是不是太复杂了？会不会搞成第二个注册表一样的东西？ 二、虚拟机启动和加载类库的方式 Java的虚拟机启动和加载类库 在Console执行java.exe xxx命令以后，如前所述的寻找JRE，OS找到JRE目录，根据java.exe的传递参数，选择加载Server版的jvm.dll还是Client版的jvm.dll，然后加载jvm.dll，把控制权交给jvm.dll。 接下来，jvm.dll进行初始化，分配内存等等动作，然后在CLASSPATH路径中寻找class，找到class以后，寻找class中的程序入口点Main函数，然后从Main函数执行程序，在执行过程中，使用ClassLoader动态加载一系列引用到的类。当调用到native方法时，jvm.dll告诉OS在JRE/bin目录下寻找某某DLL文件，调入内存，于是实现了JNI调用。 .Net的虚拟机的启动推测 我对.Net的虚拟机的启动过程还一知半解，自己写了一些例程，并且用内存工具来检测观察，推测.Net的运行机制，先来抛砖引玉，请熟悉Windows平台编程的朋友指教。.Net有3个目录中的文件在执行的时候会被加载 1、C:/WINNT/Microsoft.NET/Framework/v版本号/ 该目录下的mscorlib.dll,mscorrsn.dll,mscorwsk.dll,mscorjit.dll是核心DLL，大概是运行虚拟机的必要文件，其中mscrolib.dll是入口点。此外，该目录下还有一些.Net的System名称空间的IL类库，与C:/Winnt/assembly/gac/相应目录下的IL类库完全一样，这些是最核心的基础类库。.Net的编译器，检查器等等工具软件也在该目录，推测System名称空间的核心类库之所以在这个目录下copy一份是因为作为.Net的编译器等工具的私有类库之用。 2、C:/Winnt/assembly/gac/ 该目录下放置.Net共享类库，如前所述 3、C:/Winnt/assembly/nativeimages_.Net版本号/ 在该目录下也有一些以System名称空间开头的核心类库，推测是MS为了加快CLR的执行效率把核心类库进行本地化，编译为native image的同名DLL。可以观察到该目录下的同名DLL文件，比GAC目录下的同名DLL文件体积大，可能是因为link底层DLL库的缘故。 某核心类库 C:/Winnt/assembly/nativeimages_.Net版本号/名称空间/.Net版本号_散列码/名称.dll 另外值得注意的地方是有两个mscorlib.dll 1、C:/WINNT/Microsoft.NET/Framework/v版本号/mscrolib.dll (1.88MB) 2、C:/WINNT/assembly/NativeImages1_v版本号/mscorlib/版本号__散列码/mscrolib.dll (3.07MB) mscrolib.dll (1.88MB)还是一个IL码的版本，所以映射了一个native的版本的mscrolib.dll (3.07MB)，来加快CLR的速度。 当IL的exe程序被双击执行时，OS Loader读入程序，识别出是IL，根据IL内部的引用定义，加载mscorlib.dll，而mscorlib.dll也是IL，内部引用C:/winnt/system32/mscoree.dll，于是再加载mscoree.dll，然后把控制权交给mscoree.dll，mscoree.dll接着加载mscrorsn.dll，mscrowsk.dll，mscrojit.dll，为了加快mscorlib.dll的调用，加载mscorlib.dll的native image版本，然后由mscorlib.dll接管控制权(不知道这两个mscorlib.dll是如何来上管IL，下连native code的？)最后寻找IL码程序的入口点Main函数，开始执行程序，在执行过程中，使用Class Loader动态加载一系列引用到的类，在当前路径下，在共享类库的GAC中查找等等。 这里和jvm.dll不同的一点是，jvm.dll加载的基础类库和加载其它类库方式完全一样，全部都是字节码的class。而mscrolib.dll加载以System名称开头的核心类库的时候，使用了“不正当竞争手法”。mscrolib.dll从GAC中加载共享核心类库之后，又C:/Winnt/assembly/nativeimages_.Net版本号/名称空间/ 目录下加载了核心类库的native版本，这样一来，自然CLR运行起来要快多了。特别是图形图像类库全部都有native映射版本，所以CLR上运行GUI焉能不快？ 对比CLR和JRE的加载过程，比较不同的地方是mscorlib.dll和System核心类库都有一个native image，可能这是CLR运行速度比较快的一个主要原因吧。 分析完以后有一个特别明显的感受，Java的底层运行机制设计的特别简单，而.Net的底层运行机制设计的特别复杂。但是在企业层刚好相反，J2EE设计的特别复杂，而.Net却设计的特别简单，真是有意思！ Java的底层机制设计虽然简单，但是很健壮，.Net设计使得它的CLR速度快，类库管理功能强大，但是不是比Java更优秀，还要等以后慢慢看了。 注： 我查了一下《.Net Essential》这本书，上面提到这样的说法。 MS更新了Windows各个版本的OS Loader程序，使得OS Loader可以识别.Net PE格式的exe文件，当执行Windows Native PE格式的exe文件的时候，OS Loader按照以往的方式加载系统DLL。如果是.Net PE格式的exe文件，OS Loader加载mscorlib.dll，然后把控制权交给mscorlib.dll。