CLR和JRE的运行机制的初步总结
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作者：javalike 来源：lovejava 加入时间：2005-9-15 |
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CLR和JRE的运行机制的初步总结
概念比较：
Java
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
9自带一套JKD1.4.1_02
8.1.7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，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，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。
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