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[CLR]解析.NET对象的跨应用程序域访问(上篇)

解析.NET对象的跨应用程序域访问(上篇)    在目前的项目开发中,分布式开发已经逐渐成为主流。一个项目要是没有采用分布式架构,都不好意思跟别人说这是一个完整的项目。这句话虽然有些过激,但是随着人们对效率的要求在提高,以及产品需要提升用户体验。只有在软件项目的效率和体验做到高质量,才可以赢得用户和市场。
   对于.NET项目,我们使用较多的分布式结构有Webservice,.Net remoting,MSMQ,WCF,WebAPI等等,我们在使用这些框架的时候,从这些分布式框架中得到了很好的用户体验。在.NET项目中,分布式架构对项目的开发也有很大的效率提升。
   很多人会问,这些分布式框架的底层原理是什么呢?恐怕谁也不敢轻言几句就可以描述完毕,在这个博文系列中,就是简单的描述一下这些分布式结构的底层实现原理。
   本文主要讲解对象在应用程序域中的传递。主要讲解应用程序域的一些核心对象,对于应用程序域的操作出现的比较少,所以在这里给出的是程序集的一些基本操作。如有不足之处,还望多多指正。
一.AppDomain解析:
     AppDomain在很多场合都是被翻译为“应用程序域”,在本文中也将采用这一翻译。对于.NET的开发者,对于CLR应该是最熟悉不过了,CLR类似于java的JVM。在CLR中,AppDomain规定了代码的执行范围,提供了错误隔离的程度,提供了一个安全隔离度,并且拥有自己的资源。AppDomain的具体功能,有如下图:
  

   1.AppDomain概述:
      AppDomain类似与系统的进程,进程是有操作系统进行创建,AppDomain是由CLR进行创建。一个给定的AppDomain必须驻留在一个操作系统的进程中,而一个给定的进程可以寄宿多个AppDomain。有如下图:
   

      如上图所示,一个对象正好存放在一个AppDomain种,值也一样。一个AppDomain中的对象引用必须是引用同一AppDomain中的对象,AppDomain的行为就好像拥有自己私有的地址空间。如果两个AppDomain需要使用一个类型,必须为每个AppDomain分别初始化和分配一次类型。必须为各个用到类型的AppDomain分别加载和初始化一次类型的方法和程序集。进程种的各个AppDomain要维护类型的不同拷贝。对于类型的静态子类,每个AppDomain都有其自己的私有副本。
     AppDomain的资源有如图:

      对于应用AppDomain的资源被加载,一直在内存中,卸载AppDomain资源是唯一卸载模块或者程序集的途径,卸载AppDomain资源也是回收类型静态字段所占内存的唯一方式。
     在上面提到过操作系统的线程与AppDomain类似,在CLR中定义了System.Threading.Thread,在AppDomain中表示为可调度的实体,在这里提出一个新的概念,那就是“软线程”和“硬线程”,顾名思义,操作系统的线程被称为“硬线程”,CLR中的System.Threading.Thread被称为“软线程”。一个CLR软线程对象驻留在一个确定的AppDomain中;一个给定的AppDomain可能有多个软线程对象。在当前的CLR中,对于给定的AppDomain,硬线程至多有一个软线程对象属于他,如果一个硬线程运行在多个AppDomain中,每个AppDomain都会有一个明显的软线程对象属于该线程。当给定的硬线程进入AppDomain后,就会得到同样的软线程对象。
   2.AppDomain核心对象解析:
     上面介绍了一些AppDomain的基本概念,接下来我们来简单了解一下AppDomain的相关操作和核心对象。在.NET种可以通过System.AppDomain类型访问AppDomain。在这里我们具体了解一下System.AppDomain类型的方法和属性。对于该类的说明:https://msdn.microsoft.com/en-us/library/system.appdomain(v=vs.110).aspx。  
   (1).CurrentDomain:获取当前Thread 的当前应用程序域。

public static AppDomain CurrentDomain
    {
      get
      {
        return Thread.GetDomain();
      }
    }

    由以上代码可知,该属性为一个静态属性,并且只有一个只读属性。该属性只是简单地提取存储在硬线程的TLS(线程本地存储区)中的AppDomain引用。你可以在Thread.CurrentThread属性中,从硬线程的TLS中提取当前的软线程对象。 
   (2).GetData():为指定名称获取存储在当前应用程序域中的值。

[SecuritySafeCritical]
    public object GetData(string name)
    {
      if (name == null)
        throw new ArgumentNullException("name");
      switch (AppDomainSetup.Locate(name))
      {
        case -1:
          if (name.Equals(AppDomainSetup.LoaderOptimizationKey))
            return (object) this.FusionStore.LoaderOptimization;
          object syncRoot = ((ICollection) this.LocalStore).SyncRoot;
          bool lockTaken = false;
          object[] objArray;
          try
          {
            Monitor.Enter(syncRoot, ref lockTaken);
            this.LocalStore.TryGetValue(name, out objArray);
          }
          finally
          {
            if (lockTaken)
              Monitor.Exit(syncRoot);
          }
          if (objArray == null)
            return (object) null;
          if (objArray[1] != null)
            ((IPermission) objArray[1]).Demand();
          return objArray[0];
        case 0:
          return (object) this.FusionStore.ApplicationBase;
        case 1:
          return (object) this.FusionStore.ConfigurationFile;
        case 2:
          return (object) this.FusionStore.DynamicBase;
        case 3:
          return (object) this.FusionStore.DeveloperPath;
        case 4:
          return (object) this.FusionStore.ApplicationName;
        case 5:
          return (object) this.FusionStore.PrivateBinPath;
        case 6:
          return (object) this.FusionStore.PrivateBinPathProbe;
        case 7:
          return (object) this.FusionStore.ShadowCopyDirectories;
        case 8:
          return (object) this.FusionStore.ShadowCopyFiles;
        case 9:
          return (object) this.FusionStore.CachePath;
        case 10:
          return (object) this.FusionStore.LicenseFile;
        case 11:
          return (object) (bool) (this.FusionStore.DisallowPublisherPolicy ? 1 : 0);
        case 12:
          return (object) (bool) (this.FusionStore.DisallowCodeDownload ? 1 : 0);
        case 13:
          return (object) (bool) (this.FusionStore.DisallowBindingRedirects ? 1 : 0);
        case 14:
          return (object) (bool) (this.FusionStore.DisallowApplicationBaseProbing ? 1 : 0);
        case 15:
          return (object) this.FusionStore.GetConfigurationBytes();
        default:
          return (object) null;
      }
    }

   每一个AppDomain有自己的环境属性集,可以通过SetData和GetData方法访问,在这里给出了GetData()方法的源码。该方法接收一个string参数,预定义应用程序域属性的名称,或已定义的应用程序域属性的名称。返回一个属性的值,或 null(如果属性不存在)。AppDomainSetup类为一个封闭类,表示可以添加到System.AppDomain的实例的程序集绑定信息。
   (3).CreateDomain:使用指定的名称、证据和应用程序域设置信息创建新的应用程序域。

[SecuritySafeCritical]
    [SecurityPermission(SecurityAction.Demand, ControlAppDomain = true)]
    public static AppDomain CreateDomain(string friendlyName, Evidence securityInfo, AppDomainSetup info)
    {
      return AppDomain.InternalCreateDomain(friendlyName, securityInfo, info);
    }

   该方法存在几个重载,接收三个参数,域的友好名称。friendlyName:此友好名称可在用户界面中显示以标识域;securityInfo:确定代码标识的证据,该代码在应用程序域中运行。传递 null 以使用当前应用程序域的证据。info:包含应用程序域初始化信息的对象。该方法返回一个新创建的应用程序域。
   (4).ExecuteAssembly():使用指定的证据和实参执行指定文件中包含的程序集。

 [Obsolete("Methods which use evidence to sandbox are obsolete and will be removed in a future release of the .NET Framework. Please use an overload of ExecuteAssembly which does not take an Evidence parameter. See http://go.microsoft.com/fwlink/?LinkID=155570 for more information.")]
    public int ExecuteAssembly(string assemblyFile, Evidence assemblySecurity, string[] args)
    {
      if (assemblySecurity != null && !this.IsLegacyCasPolicyEnabled)
        throw new NotSupportedException(Environment.GetResourceString("NotSupported_RequiresCasPolicyImplicit"));
      RuntimeAssembly assembly = (RuntimeAssembly) Assembly.LoadFrom(assemblyFile, assemblySecurity);
      if (args == null)
        args = new string[0];
      return this.nExecuteAssembly(assembly, args);
    }

   当创建一个AppDomain后,可以使用一系列技术强制它加载和执行代码,可以采用ExecuteAssembly方法。该方法将目标AppDomain加载到程序集中,并且执行其主入口点。在父AppDomain种,ExecuteAssembly方法不会加载或者初始化指定的程序集。ExecuteAssembly是一个同步的例程,这就意味着调用者将被阻塞,直到程序的Main方法把控制权交还运行时。
   ExecuteAssembly方法存在几个重载版本,在这里只拿出一个版本来说明。该方法接收三个参数,assemblyFile:包含要执行程序集的文件的名称;assemblySecurity:为程序集提供的证据;args:程序集的入口点的实参。该方法返回 程序集的入口点返回的值。该方法使用Assembly.LoadFrom来加载程序集。有关程序集的内容将在下一篇讲解。
   (5).DoCallBack():在另一个应用程序域中执行代码,该应用程序域由指定的委托标识。

 public void DoCallBack(CrossAppDomainDelegate callBackDelegate)
    {
      if (callBackDelegate == null)
        throw new ArgumentNullException("callBackDelegate");
      callBackDelegate();
    }

   这个指定方法必须是静态的,并且它的签名与CrossAppDomainDelegate签名匹配。
三.程序集操作实例:

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.IO;
using System.Reflection;

namespace AppDomainToolkit
{

    /// <summary>
    /// 用于确定加载器应加载哪些加载上下文程序集。
    /// </summary>
    public enum LoadMethod
    {
        /// <summary>
        /// 将程序集加载到LoadFrom上下文中,这将使程序集及其所有引用被发现
                 ///并加载到目标应用程序域中。 尽管它对DLL地狱的倾向,这可能是去的方式
                 /// default,只要确保将应用程序的基本目录传递给AssemblyResolver实例等
                 ///可以正确解析引用。 这也允许同时加载同名的多个程序集
                 ///维护单独的文件名。 这是推荐的方式。
        /// </summary>
        LoadFrom,

        /// <summary>
        /// 使用原始文件名将组合件加载到内存中。 这将以匿名方式加载程序集,因此它不会有
                 ///一个加载上下文。 使用这个,如果你想要的位加载,但确保通过这个文件所在的目录
                 /// AssemblyResolver实例,以便您可以再次找到它。 这是类似于LoadFrom,除非你没有得到免费
                 ///通过融合查找已经存在的程序集名称。 使用它可以更好地控制汇编文件加载。
        /// </summary>
        LoadFile,

        /// <summary>
        /// 使用原始文件名将目标程序集的位加载到内存中。 这本质上是一个动态组件
                 ///为所有的CLR关心。 你将永远不能找到这个与程序集解析器,所以不要使用这,除非你看
                 ///按名称。 小心这一个。
        /// </summary>
        LoadBits
    }

    /// <summary>
    /// 这个类将会把程序集加载到它加载到的任何应用程序域中。 这只是一个简单的方便
    /// wrapper环绕静态Assembly.Load *方法,主要的好处是能够加载程序集
    ///匿名按位。 当您以这种方式加载程序集时,不会有任何DLL文件的锁定。
    /// </summary>
    public class AssemblyLoader : MarshalByRefObject, IAssemblyLoader
    {
        #region Public Methods

        /// <inheritdoc /> 
        /// <remarks>
        /// 如果此实例的LoadMethod设置为LoadBits,并且PDB文件的路径未指定,那么我们将尝试猜测
                 ///到PDB的路径并加载它。 注意,如果一个程序集被加载到内存中而没有调试符号,那么
                 /// image将被抛出。 警惕这个。 使用LoadBits方法加载程序集不会锁定
                 /// DLL文件,因为整个程序集被加载到内存中并且文件句柄被关闭。 但是,
                 ///以这种方式加载的程序集不会有与之关联的位置,因此您必须键入程序集
                 ///它的强名。 当将同一程序集的多个版本加载到一个程序集时,这可能会导致问题
                 ///应用程序域。
        /// </remarks>
        public Assembly LoadAssembly(LoadMethod loadMethod, string assemblyPath, string pdbPath = null)
        {
            Assembly assembly = null;
            switch (loadMethod)
            {
                case LoadMethod.LoadFrom:
                    assembly = Assembly.LoadFrom(assemblyPath);
                    break;
                case LoadMethod.LoadFile:
                    assembly = Assembly.LoadFile(assemblyPath);
                    break;
                case LoadMethod.LoadBits:

                    // Attempt to load the PDB bits along with the assembly to avoid image exceptions.
                    pdbPath = string.IsNullOrEmpty(pdbPath) ? Path.ChangeExtension(assemblyPath, "pdb") : pdbPath;

                    // Only load the PDB if it exists--we may be dealing with a release assembly.
                    if (File.Exists(pdbPath))
                    {
                        assembly = Assembly.Load(
                            File.ReadAllBytes(assemblyPath),
                            File.ReadAllBytes(pdbPath));
                    }
                    else
                    {
                        assembly = Assembly.Load(File.ReadAllBytes(assemblyPath));
                    }

                    break;
                default:
                    // In case we upadate the enum but forget to update this logic.
                    throw new NotSupportedException("The target load method isn't supported!");
            }

            return assembly;
        }

        /// <inheritdoc />
        /// <remarks>
        /// 这个实现将执行目标程序集的尽力负载,它是必需的引用
                 ///进入当前应用程序域。 .NET框架在我们允许使用的调用上锁定我们
                 ///当加载这些程序集时,所以我们需要依赖于AssemblyResolver实例附加的
                 /// AppDomain为了加载我们想要的方式。
        /// </remarks>
        public IList<Assembly> LoadAssemblyWithReferences(LoadMethod loadMethod, string assemblyPath)
        {
            var list = new List<Assembly>();
            var assembly = this.LoadAssembly(loadMethod, assemblyPath);
            list.Add(assembly);

            foreach (var reference in assembly.GetReferencedAssemblies())
            {
                list.Add(Assembly.Load(reference));
            }

            return list;
        }

        /// <inheritdoc />
        /// <remarks>
        /// Just a simple call to AppDomain.CurrentDomain.GetAssemblies(), nothing more.
        /// </remarks>
        public Assembly[] GetAssemblies()
        {
            return AppDomain.CurrentDomain.GetAssemblies();
        }

        #endregion
    }
}

四.总结:
   本文主要讲解了应用程序域的相关概念,本系列主要讲解.NET对象的跨应用程序域的传递,由于设计应用程序域的内容,所以本文主要讲解了一些基本概念,以及一些基本的对象,对于应用程序域包含的程序集的相关内容将在下面进行操作。在实际的项目中,很少直接取操作应用程序域,比较多的是直接操作程序集,所以在本文的最后给出了一个就暗淡的程序集的操作方法。
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