筆者注

謹以此文紀念我敬重的2016年9月17日去世的 裝配腦袋 逝世兩周年

前言

.NET技術棧

誤解

• .NET是封閉的
  • 實際上，.NET從第一天開始便把標準提交到ECMA，并且利用Rotor 開放了源代碼（詳見這里），感謝RednaxelaFX的指正
• .NET只能在Windows平臺上跑
  • .NET 2004年開始就能在Linux上面跑了(Mono，詳見后面內容)
• .NET帶來的費用高
  • .NET是開源的，可以在多平臺跑，沒有費用可言
• .NET性能低
  • .NET(相關開發語言如C#)的性能在多個性能測試平臺上是領先的（詳見后面內容）
• .NET是微軟的
  • 這是典型的為了反而反，類似的幼稚行為是在微軟最近收購了GitHub后，一些開發人員馬上遷移到GitLab上，然而他們可能不知道：
    • GitLab是在微軟Azure托管的（不過他們最近遷移到Google Cloud了）
    • GItLab之前發生過因為主數據庫PostgreSQL備份/恢復出錯導致了客戶數據丟失的問題

前世

Windows 32

• Visual C++
  • 通用解決方案，可以是桌面應用（如MFC），也可以是C/S應用
• Visual BASIC
  • 快速應用開發（RAD）的一種，一般做圖形界面（GUI）應用
  • 組件一般采用ActiveX（COM），利用注冊表做接口管理
  • 提醒：VB在.NET沒有缺席
• Delphi
  • 另外一種RAD，兼顧了VB的組件化和VC++的很好的底層API交互支持
  • Anders Hejlsberg是這個產品的首席架構師(提醒，他是.NET的核心人物之一，看下面內容)

• 標準Win32 DLL：要么隨意放到Windows System32目錄，要么Program Files (x86)目錄
• ActiveX DLL：雖然統一用注冊表做版本信息管理，但是因為發布的時候版本沒定義好，導致使用regsvr32.exe注冊的時候可能會把上一個版本覆蓋

前期

背景

誕生

.NET的名字

.NET特性

語言 vs 平臺

• 平臺：.NET
  • 語言：C#，F#，VB.NET，等等
• 平臺：JVM
  • 語言：Java、Scala、Clojure，等等

1. 編譯成中間語言（IL）
2. 運行時即使編譯成machine code（JIT，后述）
3. 有辦法改變JIT的行為（調優）
4. 有辦法預編譯成machine code

 

 

每種語言/開發平臺都有自己的看家本領：語言特性（面向對象 vs 函數式、強類型 vs 動態類型、并行計算等等）、生態圈（開放、大量的第三方庫/擴展支持）等等。

.NET的運行時Common Language Runtime(CLR)是.NET的核心，負責程序的解釋和運行。.NET程序啟動的時候，會經過多達50步才正式開始跑你寫的第一行代碼，中間是各種元數據的查找、分析等。如果程序是第一次執行，CLR會把要執行的代碼路徑進行JIT（即時編譯），這個過程會有各種優化，舉個例子：冷代碼（如異常處理邏輯）會相對熱代碼（正常邏輯）執行較慢，這就是為什么如果過度使用異常來做控制，會有性能瓶頸。

如果你想對CLR進入深入的了解，可以參考傳奇開發人員Jeffrey Richter編寫的《CLR via C#》，他是經典開發書籍《Windows via C/C++ 》的作者。

.NET大量封裝Win 32 API，這叫InterOperability(InterOp)。如果你需要調用第三方甚至自己編寫的Windows 32，可以通過這個實現。

還記得DLL地獄嗎？.NET的程序集經過SN(強命名)簽名后，可以通過gacutil注冊到Global Assembly Cache(GAC），這樣任何一個程序可以直接調用。因為它通過程序集名稱(assembly name)來區分每個程序集的唯一性，所以不會出現不同版本的程序集互相覆蓋的問題。

C/C++，沒有第三方的庫，你需要手工控制內存的調用和回收，好處是按需調用，省內存，高效，然而對開發人員有較高要求，所以一般使用第三方的解決方案。Java和.NET，都有自己的
Garbage Collection (GC)。.NET GC分3個階段，不同階段針對對象的不同生命周期。如果你希望深入研究GC，可以參考下面的"高性能"部分。

不同于現在各種基于Google Chromium二次打包的瀏覽器殼，除了完整版，.NET還包括多個不同的兄弟框架，譬如.NET Execution Environment (DNX)、Compact Framework (CF)用于移動設備、Microsoft Framework (MF)用于嵌入式設備。

 

Visual Studio是最受微軟技術開發人員歡迎的IDE，你可以通過它使用上述各種語言開發、調試、測試、發布各種應用?；蛟S你不知道，Visual Studio作為通用的IDE，被其它產品借用，譬如微軟SQL Server的管理工具SQL Server Management Studio (SSMS)就是基于Visual Studio的，所以大部分快捷鍵和功能是一致的。

剛開始的時候微軟推出的.NET針對自家Windows桌面開發推出了Windows Form（WinForm）這個開發方案。出發點是想把所有界面元素OO化，通過事件驅動，底層還是Win32那套消息機制，GDI+渲染。不過默認的渲染效果有審美疲勞，所以有些應用采用了國內比較流行的皮膚做法，通過owner draw實現自主的渲染，擺脫了單一的UX體驗。

不喜歡WinForm的事件模型？不喜歡自己實現雙向綁定？不喜歡WinForm太傳統的Win32 GUI元素？那么，WPF應該會是你的選擇。它使用XAML作為界面語言，DirectX渲染，邏輯代碼可以選擇C#或者VB.NET。之所以使用XAML（XML格式），是為了把界面描述標準化，這是iOS、Android和Xamarin的標準做法。

.NET的推出是為了應對互聯網時代，必不可少的，需要提供網站開發方案。微軟把當年的基于ActiveX + VBScript的服務器端開發解決方案ASP(Active Server Pages)升級，成為了ASP.NET。WebForm的設計思想是復制WinForm，但是封裝得不好，導致用戶被迫強行做各種js和css hack，尤其是它復制WinForm的事件模型，導致各自不必要的Postback，而且頁面有著極其臃腫的ViewState來維護當前的狀態，所以很多時候頁面加載耗時甚長，久等不見內容。當然你可以用UpdatePanel做異步ajax更新提升用戶體驗。

 

WebForm設計缺陷包括但不僅限于：

 

為了解決在飽受詬病的WebForm中出現的各種問題，微軟推出了ASP.NET MVC，這是對當年市場上日漸流行的Web設計方式Model View Controller的回應，這個產品后來開源了。ASP.NET MVC的設計思想是好的，把界面、業務邏輯、數據模型等分離，這樣不同角色的人員可以獨立進行開發，互不干擾。

 

ASP.NET MVC自帶幾種渲染器：

你可能會問，那到底用什么做頁面渲染？簡單來說：不要在服務器端做渲染，因為所有界面渲染都不應該是服務器的事情，現在用戶的瀏覽器渲染能力很強，這種事情完全應該留給客戶的機器去做，這樣服務器的壓力會大減。服務器應該做的事情只是接受請求，根據業務邏輯處理數據、讀取/存儲數據。

所以，頁面渲染，應該選擇成熟Web前端MVC方案，譬如AngularJS、React等。

網絡開發，除了網站，還有一些不可見的后臺服務。Web Services是跟隨ASP.NET 1.0推出的，協議基于XML，現在使用這個技術的產品比較少了。后來微軟推出了大一統的WCF(Windows Communication Foundation)平臺，是相對較新的一套Web服務解決方案，支持多種傳輸協議和安全機制，但配置繁瑣。

ASP.NET Web API是ASP.NET MVC的一個組件，提供構建RESTful API的方案，目前比較多產品使用。

大家還記得Java Applet嗎？當年Flash大行其道，但其問題太多，安全問題、CPU占用問題、穩定性等等。為了對抗如日中天的Flash，微軟推出了Silverlight。Silverlight的性能不亞于Flash，而且比隔三差五要打安全補丁的Flash安全很多，但是兩者都無法擺脫基于ActiveX插件的問題，即便預先安裝，也常有版本兼容問題導致無法在瀏覽器加載，而且默認那套銀灰色的界面確實有審美問題。

 

Silverlight的著名的應用：

 

不過和Flash抵擋不了技術發展的洪流一樣，Silverlight也被迫退出了市場。對了，Flash在中國還是奇葩地存在，由某個流氓公司特供中國版，切記不要使用。

一個成熟的開發平臺，單純有好的語言、基礎庫還是不足夠的。當年為了方便開發人員，微軟提供了一整套的常用功能框架，叫Enterprise Library，包括功能如讀寫配置、數據訪問、日志、緩存等，而這個項目的前身是Best Practice Application Blocks，就是類似廣大開發愛好者常常自己搞的工具庫。

大家還記得ActiveX年代的ADODB嗎？在.NET世界，我們有升級版：ADO.NET。通過ADO.NET，你可以訪問各大數據庫系統。大部分數據庫系統是支持多線程的，所以需要讀寫數據的時候：

 

 

隨著技術的發展，面向對象進入數據存儲和訪問領域。譬如數據訪問，這些解決方案叫O/RM，對象關系映射。在Java領域著名的Hibernate被移植到.NET成了NHibernate，Dapper也是一個不錯的輕量級的選擇。微軟也推出了自己的Entity Framework，后來并開源了。

不過不管是Code First、Model  First還是Database First，這些OO化的O/RM，因為對象化這個過程，性能損耗不可避免，而且，不同的解決方案要么解決不了延遲加載，要么做不好緩存，或者動態生成的SQL效率低下。如果你需要絕對的高性能，還是應該手工寫SQL，并且封裝到存儲過程，這樣業務邏輯不需要在每次執行的時候都在客戶端/服務器不斷傳輸。想象一下，即便某業務邏輯執行速度很快，但數量巨大，譬如一天100萬次，當這個業務邏輯很復雜，譬如100K，那么一天光是這些SQL的網絡流量起碼是100GB，如果如果是封裝成SP，那么，可能就是100MB。

同時，使用這些O/RM，一般會遇到對具體某種RDBMS的特性支持不好的情況，需要使用底層SQL直接調用操作，這樣O/RM就無法直接切換到別的數據庫系統了。

NoSQL蓬勃發展，在傳統關系型數據庫系統中被常規化的數據（一條數據會被存儲到不同的字段甚至不同的表），現在作為一個json文件（字符串）被存儲到各種類型的NoSQL中。NoSQL優勢是快速的讀寫，因為避免了多表關聯的可能，一次讀取，一次寫入。但是真因為這樣，絕大部分NoSQL無法做跨表（集合）的關聯，因此一般的做法是用定時任務生成目標數據，這種解決方案有2個問題：數據非實時和冗余的空間占用，同時，json文件本身的所有屬性是鍵值對，所以空間占用遠遜于RDBMS。

市面上不乏基于.NET的NoSQL，部分還是開源的，筆者覺得最好的一個是開源的STSDb，獨創的Waterfall索引比傳統的b+樹要跟高性能。

大量業務系統都需要用到工作流。WF(Windows Workflow)是微軟額外推出的基于.NET的工作流系統，不過這個方案配置起來有點羅嗦。

 

 

從別的成熟平臺中移植著名的項目是業界慣常的做法。一些著名/優秀的項目被移植到.NET，譬如Java世界的hibernate (nhibernate)、junit (nunit)、iText  (iTextSharp)、Quartz (Quartz.net)、Lucence (Lucence.net)、Log4j (log4net)。

一個開放平臺的成熟，離不開社區的支持。開源/代碼托管網站，早期的有SourceForge.net、CodeProject等，后來微軟自己推出了自己的GotDotNet，后來變成了CodePlex.com，然而幾個月前這個項目已經停止運轉，大部分項目都被作者各自遷移到GitHub。

.NET框架和C#從第一天開始，就作為ECMA標準公開了源代碼，這為后來的Mono和跨平臺打下了堅實的基礎。幾年前，微軟把.NET完全開源了，包括編譯器、框架、類庫等等。

著名的Linux GUI解決方案GNOME之父Miguel de Icaza，創建了Mono項目，讓.NET真正跨平臺，在Linux、MacOS下運行。Mono項目同時帶來了SharpDevelop這個IDE，后來又被移植到別的平臺上成為了MonoDevelop。

Mono項目近年被Ubuntu擁抱，跟隨標準發布預裝。

 

.NET的發展腳步沒有停下來，它不斷進化，現在，.NET已經在各大平臺扎根。

最近的15年周年紀念活動，Anders Hejlsberg被Channel 9邀請參與活動，并講述了他對C#的看法，他表示：“我也沒想到C#能如此興盛。”

如果說.NET平臺是心臟，那么，語言就是骨絡。目前.NET平臺上3大主流開發語言有各自的演進路線。C#作為先鋒在新特性上不斷快速進化，譬如LINQ/Lambda、async/await并行計算等，當然動態特性也是值得提及的。如果一個東西走起來像鴨子，叫起來像鴨子，它可能不是一只鴨子而是被鴨子帶壞了的鸚鵡。如果你想知道C#的各種技術內幕，可以看Matt Warren的技術博客，他是C#語言委員會的成員之一，這個委員會決定每個版本的新特性。

Roslyn作為新一代的編譯工具，使用C#編寫，終于實現了.NET的自舉，這是一個語言成熟的標志。

不僅僅是各種語言跨平臺，微軟的開發工具也能跨平臺。Windows上最佳開發IDE Visual Studio現在不僅僅在Windows上跑，微軟推出的兄弟Visual Studio Code還支持Linux和MacOS，還有Visual Studio For Mac。

相信做過開發的同學都對各種第三方依賴組件的引入、維護都很煩惱，NPM、webpack、Chocolatey、Maven Repository等都是著名的包管理解決方案，微軟效仿之，推出了NuGet。本質上NuGet包和Office系列的文件類似，都是zip文件，里面有一些元信息和實際文件。通過Visual Studio的項目Package菜單你可以直接生成NuGet包。早期的NuGet不允許直接下載包，非常惱人，必須通過客戶端如Visual Studio，現在允許了。

如果你想架設自己的NuGet包管理平臺，可以使用ProGet。

 

或許你會想，.NET到底有什么優秀的案例？

如果你做Web開發，相信你聽過甚至用過OWIN項目，它包括了SignalR、Nancy、Katana等項目。如果你用過IoC，你應該聽過甚至用過Windsor，它是Castle項目的一員，包括了ActiveRecord、MonoRail等。相信你用過stackoverflow？它以及眾多兄弟網站，都屬于StackExchange，而這些所有網站都是基于ASP.NET的。微軟自家一些產品也是完全或者部分使用.NET實現的，譬如BizTalk、Blend等。

如果你想了解更多的優秀.NET解決方案，可以看這個非常詳細的列表：https://github.com/Microsoft/dotnet/blob/master/dotnet-developer-projects.md

了解或者開發過云應用嗎？業界領先的公有云提供商微軟Azure，這個平臺大部分技術都是基于.NET的。對了，Bing搜索引擎也是。

Unity是流行的2D/3D游戲開發平臺，其腳本系統主要是Mono，它剛剛對外宣布支持最新版版本Mono。另外一個游戲引擎Godot，也是使用Mono作為腳本引擎。

有些技術牛人，利用.NET打造自己的開源的操作系統。譬如比較早期的Cosmos OS ( https://www.gocosmos.org/ )，還有近期的FlingOS( http://www.flingos.co.uk/ )。由此可見.NET作為一個開發平臺的能力和潛力。

為了實現跨CPU平臺（x86和ARM等），微軟為 Windows帶來了UWP，開發者可以使用多種開發語言（.NET家族的，甚至HTML/WinJS）開發Windows平臺應用，界面語言是XAML，這些應用不僅僅可以在Intel的x86平臺下跑，還可以在ARM上跑。大家還記得Windows Phone和Surface嗎？

之前說過Mono這個跨平臺開發解決方案，在支持Linux/MacOS的基礎上，它繼續進化，衍生出Xamarin項目，實現了對主流手機系統蘋果iOS、Google Android、微軟WP甚至三星Tizen的支持。

2016年微軟收購了Xamarin，整合到Visual Studio里，并且將其開源，創始人Miguel de Icaza成為微軟的Distinguished Engineer。

DotNet Anywhere (DNA)是另外一套跨平臺解決方案：https://github.com/chrisdunelm/DotNetAnywhere

2016年，微軟為了大一統.NET平臺標準，推出了.NET Standard，可以把這個看成一個協議，而不是具體實現。具體實現是.NET完整版 4.x、.NET Core 2.x、Xamarin等。

.NET完整版4.x現在統治Windows平臺，Xamarin復制移動平臺，而.NET Core則主打跨平臺，如Linux、MacOS、Docker、嵌入式設備、IoT等，譬如已經有Raspberry Pi等設備在運行.NET Core?；蛟S你不知道，Docker For Windows是用.NET編寫的。

.NET Core做法和.NET完整版在API層面基本上一直和兼容，區別在于，.NET完整版是依賴本地GAC安裝/本地目錄的.NET程序集，而.NET Core是依賴NuGet包，所有基礎類庫都是NuGet包，而這些包不像老版本的node.js那樣都安裝到本地目錄，而是集中安裝到本機的NuGet庫里。

和.NET Core匹配的有ASP.NET Core，允許開發人員開發在Linux等平臺跑的Web系統。

.NET開發初期，大量借鑒Java這個平臺的優點，近年，Java作為平臺和作為語言，分別復制了,NET和C#的一些特性。JavaScript的一些新特性直接復制了C#的特性。

 

 

業界做性能測試的時候，一般會用這句話：“不服跑個分！”。網上有各種性能評測文章/比較網站，最近看過一個完整，各種語言互相比較，其中.NET和Java的結果差異不大，11個比較項目中，.NET 6 : 5 Java。

.NET為了提高性能，通過如下幾個不同狀態下方式：

 

以上是語言/框架層面的優化，如果做了上述的事情后仍然對性能不滿意，那么你可以：

 

如果你還需要更高效的解決方案，可以考慮Map Reduce分布式計算，所謂的分而治之

如果你想深入研究如何編寫高性能的.NET程序，可以參考Ben Watson編寫的《Writing High-Performance .NET Code》這本書。

如果你還是不滿足于性能表現，可以使用GPU加速，目前比較成熟的解決方案是AleaGPU，對C#的支持非常友好。

Web前端開發技術日新月異，但同時也存在各種臟亂差的情況（筆者會另外撰文詳細述說）。近來各大瀏覽器加入了對Web Assembly的支持，Web Assembly允許開發人員用如C++等語言實現邏輯，然后編譯成二進制的Web Assembly。

最近，微軟宣布ASP.NET項目引入了Blazor項目（取義Browser + Razor），這個項目是基于DotNet Anywhere的，允許開發人員用.NET + Razor實現前端功能。

在Windows平臺上（x86和ARM），你可以使用.NET設計UWP應用，但其它平臺上，你不能用.NET做帶界面的應用。最近對外公布的AvaloniaUI，允許大家使用UWP類似的技術在Linux和MacOS上實現桌面應用，這個項目的名字看出來和當年的Avalon項目的關系了嗎？

現在技術界喜歡搞cross play，譬如Windows 10下自帶了Linux子系統，SQL Server也可以在Linux上跑，JavaScript可以通過node.js寫服務器端代碼，.NET也可以寫Web Assembly做前端。

.NET發展16年，為業界帶來各種新技術的同時，也給人類的發展做出了重大貢獻，它會繼續和老對手Java等一起齊頭并進，互相追趕和促進。

 

謹以此文紀念我敬重于于2016年9月17日去世的 裝配腦袋 逝世兩周年。

 

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