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

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