什么是CLR？

CLR，公共語言運行時（Common Language Runtime）是一個由多種語言使用的“運行時”。他的核心功能包括（內(nèi)存管理、程序集加載、安全性、異常處理和線程同步），可以被面向CLR的所有語言使用。這里的“運行時”，就是一個運行時環(huán)境，就像JAVA虛擬機一樣。哦，錯了，確切的說是JRE（Java  Runtime Enviromental）。JVM確切的說不是一個實體的java虛擬機，而是一個規(guī)范，就像CLI一樣。會有不同的實現(xiàn)，如：JRockit還是Hotspot（前者是Oracle的JVM商業(yè)實現(xiàn)，后者是Sun的開源實現(xiàn)——當(dāng)然現(xiàn)在也是Oracle的）

什么是CLI？

公共語言基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)（Common Language Infrastructure），定義了構(gòu)成.NET Framework基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的可執(zhí)行代碼，以及代碼運行時的環(huán)境規(guī)范。它定義了一個與語言無關(guān)的跨體系結(jié)構(gòu)的運行環(huán)境，這使得開發(fā)者可以用規(guī)范內(nèi)定義的各種高級語言來開發(fā)軟件，并且無須修正即可將軟件運行在不同的計算機體系結(jié)構(gòu)上。CLI是一個開放型的技術(shù)規(guī)范，由微軟、惠普和英特爾于2000年向ECMA倡議的。說白了，CLI就是一套規(guī)范，CLR是對CLI的一種實現(xiàn)。那么CLI這份規(guī)范中具體定義了哪些內(nèi)容呢？不妨去ECMA的網(wǎng)站下一份看看，也可以在這里下載：

如上面截圖所示：包含了6部分，：

Partition I: Concepts and Architecture –描述.NET CLI的全部體系結(jié)構(gòu)，提供公共類型系統(tǒng)（CTS，Common Type System）、虛擬執(zhí)行系統(tǒng)（VES，Virtual Execution System）和公共語言規(guī)范（CLS，Common Language Specification）的標(biāo)準(zhǔn)化描述，還提供對元數(shù)據(jù)（Metadata）的信息性描述。

通用類型系統(tǒng)（CTS）：規(guī)范.NET中數(shù)據(jù)的類型。

元數(shù)據(jù)系統(tǒng)（Metadata）：是.NET中描述數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)。

通用語言規(guī)范（CLS）：描述多語言之間進(jìn)行交互的語言規(guī)范，.NET系統(tǒng)包括的語言有C#、C++、VB、J#，它們都遵守通用語言規(guī)范。

虛擬執(zhí)行系統(tǒng)（VES）：是一個可運行受管理代碼（Managed Code）的運行環(huán)境，它提供了運行受管理代碼所需要的內(nèi)置數(shù)據(jù)類型（data type），以及假定的機器型態(tài)與狀態(tài)設(shè)置、流程控制與例外處理等參數(shù)。

Partition II: Metadata Definition and Semantics - 提供元數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化描述，包括元數(shù)據(jù)在.NET擴展PE文件格式中的位置（以.NET擴展PE文件格式的形式表示），元數(shù)據(jù)的邏輯內(nèi)容（以表格及其關(guān)聯(lián)的集合的形式表示，實際上使用了形式化方法表示）和元數(shù)據(jù)的語義（以匯編成為虛擬機代碼的匯編器ilasm理解的形式表示）。

Partition III: CIL Instruction Set –描述CIL的指令集（注意，是CIL,不是CLI哦）

Partition IV: Profiles and Libraries- 提供CLI庫的簡要介紹，以及將其分解為Profile和庫的規(guī)范。這里有一個配套的文件CLILibraryTypes.xml，考慮過隨這一部分一起發(fā)布，不過該文件是XML格式的，該文件提供了CLI庫中每一個類、值類型和接口的細(xì)節(jié)說明。“Profile”一詞在這里的含義是庫的集合，一起組合起來構(gòu)成提供一定功能級別的一致性整體，換而言之，不同的Profile對應(yīng)不同的庫集合，提供的功能級別也不同。

Partition V: Debug Interchange Format- 描述了CLI 產(chǎn)品的調(diào)試交互的標(biāo)志方式；

Partition VI: Annexes- 提供了一些用ILAsm（CIL Assembly Language）寫的例程等

什么是CTS？

CLR是完全圍繞類型展開的，通過類型，通過一種編程語言寫的代碼可以與另一種語言寫的代碼溝通。所以Microsoft制定了一個正式的規(guī)范，“通用類型系統(tǒng)”（Common Type System，CTS），它描述了類型的定義和行為。上面已經(jīng)提到，Microsoft已經(jīng)將CTS和,NET Framework的其他組件 -- 包括（文件格式、元數(shù)字、中間語言及對底層平臺的）提交給ECMA完成標(biāo)準(zhǔn)化工作，最終形成的標(biāo)準(zhǔn)稱為“公共語言基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)”（Common Language Infrastructure）。

CTS里定義了以下內(nèi)容：

什么是CLS？

CLR中集成了多種語言，一種語言中可以調(diào)用另一種語言創(chuàng)建的對象。為了實現(xiàn)這一目的，微軟定義了一個公共語言規(guī)范（Common Language Specification）。它詳細(xì)定義了一個最小的功能集。任何編譯器如果想生成類型兼容于其他“符合CLS，面向CLR語言”生成的組件，那么必須要支持這個最小功能集。下面用一張圖來說明彼此間的關(guān)系：

什么是IL？

（截自《CLR.via.C#》）

先從上圖看一下.net的編譯過程，源代碼文件經(jīng)過編譯器編譯后生成托管模塊（managed module）。托管模塊說白了就是一個32位（PE32）或64位(PE32+)的PE文件。

具體的結(jié)構(gòu)如下：

這里我們著重談?wù)処L，IL是與CPU無關(guān)的機器語言，比大多數(shù)的CPU機器語言都要高級。能訪問操作對象類型、創(chuàng)建及初始化對象、調(diào)用對象上的虛方法，直接操作數(shù)組元素，甚至能拋出和捕捉異常處理，可以說是一種面向?qū)ο蟮臋C器語言。

什么是JIT？它是如何工作的？

CLR執(zhí)行托管模塊，必須要將IL代碼編譯成本地CPU指令。這個事情由JIT（just in time）來執(zhí)行。下面將以一個簡單的例子來詳細(xì)闡述JIT是如何工作的：

static void Main()
{
    Console.WriteLine("Hello");
    Console.WriteLine("Goodbye");
}

1、CLR在執(zhí)行Main函數(shù)檢查引用的所有類型，這里Main用到了Console類，CRL會為此分配一個內(nèi)部結(jié)構(gòu)。在這個結(jié)構(gòu)中，Console類的所有方法都有對應(yīng)的入口。

2、Mian首次調(diào)用WriteLine函數(shù)時，JITCCompiler函數(shù)會被調(diào)用。JITCCompiler知道是Console類定義了WriteLine函數(shù)，并在定義了Console類的程序集中查找WriteLine的IL代碼。

3、動態(tài)分配一塊內(nèi)存；

4、對找到的IL代碼進(jìn)行驗證，然后編譯成本地CPU指令，將該指令放到前面動態(tài)分配的內(nèi)存中；

5、修改內(nèi)部結(jié)構(gòu)中WriteLine函數(shù)的入口，使其指向動態(tài)分配的內(nèi)存的地址；

6、JITCCompiler函數(shù)跳轉(zhuǎn)到存有本地CPU指令；

7、執(zhí)行完后，調(diào)回Main函數(shù)，繼續(xù)執(zhí)行后面的代碼；

這里需要說明的是，第二次執(zhí)行WriteLine函數(shù)的時候，并沒有JIT啥事情了，因為會直接調(diào)用內(nèi)存塊中的本地CPU指令。

參考：《分清“語言/規(guī)范”以及“平臺/實現(xiàn)”，以及跨平臺.NET開發(fā)》

             《CLR.via.C#》