快速搞懂.NET 5/.NET Core应用程序的发布部署

2021-11-19 01:26:14

.NET Framework时代，.NET 应用程序大多直接部署运行在Windows服务器上，当然也可以通过Mono部署运行在Linux上。无论部署exe，还是IIS站点、或是Windows Service，编译后的程序直接copy、简单配置部署上即可。

有了.NET Core之后，.NET应用程序完美支持跨平台部署，.NET 5 Release后，沿袭了.NET Core应用程序发布模式。

支持跨平台部署运行，.NET 5/.NET Core的应用程序面临着多平台，多场景的部署需求。比如说：部署在Windows、Linux、MaxOS...，OS层面是否需要部署.NET Runtime运行时，.NET Runtime运行时的版本选择，等等。

因此，今天我们研究一下.NET 5/.NET Core应用程序的部署发布。

一、两种应用程序发布模式

1. 以自包含的方式发布应用程序

这种模式包含.NET运行时和应用程序及其依赖项的应用程序。我们可以在未安装.NET运行时的操作系统上运行它。

总结一句话：把.NET Runtime运行时打包到程序运行目录中，应用程序运行的主机不需要安装.NET Runtime运行时。

2. 以依赖于框架的方式发布应用程序

生成一个仅包含应用程序本身及其依赖项的应用程序。应用程序的运行环境必须单独安装.NET运行时。

总结一句话：不包含.NET Runtime运行时，只有应用程序本身和依赖的应用程序。应用程序运行的主机需要单独安装应用程序所需的.NET Runtime运行时。

二、NET 5/.NET Core的应用程序的发布指令：dotnet publish

dotnet publish -将应用程序及其依赖项发布到指定的文件夹中，以方便后续部署到目标托管系统。

关于dotnet publish的使用说明，可以参考以下链接：https://docs.microsoft.com/en-us/dotnet/core/tools/dotnet-publish?WT.mc_id=DT-MVP-5003918

dotnet publish [<PROJECT>|<SOLUTION>] [-c|--configuration <CONFIGURATION>]
    [-f|--framework <FRAMEWORK>] [--force] [--interactive]
    [--manifest <PATH_TO_MANIFEST_FILE>] [--no-build] [--no-dependencies]
    [--no-restore] [--nologo] [-o|--output <OUTPUT_DIRECTORY>]
    [-p:PublishReadyToRun=true] [-p:PublishSingleFile=true] [-p:PublishTrimmed=true]
    [-r|--runtime <RUNTIME_IDENTIFIER>] [--self-contained [true|false]]
    [--no-self-contained] [-v|--verbosity <LEVEL>]
    [--version-suffix <VERSION_SUFFIX>]

dotnet publish -h|--help

dotnet publish 将编译应用程序，读取其在项目文件中指定的依赖项，然后将结果文件集发布到目录中。输出包括以下内容：

具有dll扩展名的程序集中的中间语言（IL）代码。
一个.deps.json文件，其中包含项目的所有依赖项。
一个.runtimeconfig.json文件，它指定应用程序期望的共享运行时，以及该运行时的其他配置选项（例如，垃圾收集类型）。
应用程序依赖的应用程序，从NuGet缓存目录复制到输出文件夹中。

从上述描述中，我们可以发现，通过dotnet publish指令，我们可以编译应用程序，生成并输出指定运行环境的交付物。

我们新建一个.NET 5的Console应用程序，同时引用Newtonsoft.Json Nuget包。

Main函数的代码：

using System;

namespace NET5PublishExample
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            var msg = Newtonsoft.Json.JsonConvert.SerializeObject("Hello .NET 5!");
            Console.WriteLine(msg);
            Console.ReadKey();
        }
    }
}

首先，编译一下这个工程dotnet build，这一步很重要。然后，使用命令行执行dotnet publish指令：

我们看一下F:\GitHub\Source\Repos\NET5PublishExample\bin\Debug\net5.0\publish\目录下生成的文件：

正如上面所说，输出包括以下内容：

具有dll扩展名的程序集中的中间语言（IL）代码：NET5PublishExample.dll
一个.deps.json文件，其中包含项目的所有依赖项。NET5PublishExample.deps.json
一个.runtimeconfig.json文件，它指定应用程序期望的共享运行时，以及该运行时的其他配置选项（例如，垃圾收集类型）。NET5PublishExample.runtimeconfig.json
应用程序依赖的应用程序，从NuGet缓存目录复制到输出文件夹中。Newtonsoft.Json.dll

同时，还生成了一个Windows平台的可执行文件：NET5PublishExample.exe，双击可以执行：

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另外，使用dotnet NET5PublishExample.dll，也可以直接执行：

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然后有几个疑问：

NET5PublishExample.dll是不是可以跨平台运行？

在Linux、MacOS平台下有没有对应的可执行文件？

带着这2个问题，我们继续往下研究？

三、dotnet publish生成的可执行文件和跨平台二进制文件

自包含的方式发布应用程序，依赖于框架的方式发布应用程序。这两种发布模式默认情况下都会生成特定于平台的可执行文件和跨平台二进制文件。

1. 可执行文件

可执行文件不是跨平台的。它们特定于操作系统和CPU体系结构。因为Windows和linux下的可执行文件的结构和内容是不同的，所以可执行文件是分操作系统的。

创建可执行文件时，同时可以选择将应用程序发布为自包含或依赖于框架。

以自包含的方式发布应用程序包括该应用程序的.NET运行时，并且该应用程序的用户不必担心在运行该应用程序之前安装.NET。可以直接执行！

发布为与框架相关的应用程序不包括.NET运行时和库。仅包括应用程序和第三方依赖项。需要安装.NET 运行时。

这里我们示例2个平台的可执行文件：

① windows-x64平台

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② Linux-x64平台

使用的dotnet publish指令 dotnet publish -r linux-x64 --self-contained false

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生成的可执行文件：

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2. 跨平台的二进制文件

将应用程序发布为依赖于框架的dll文件形式时，就会创建跨平台的二进制文件。该dll文件以项目命名。例如，如果您有一个名为应用程序NET5PublishExample，文件名为NET5PublishExample.dll创建。

以这种方式发布的应用程序dotnet <filename.dll>可以通过命令运行，可以在任何平台上运行。

四、关于自包含的发布选项和示例

以自包含的方式发布应用会生成特定于平台的可执行文件。

输出发布文件夹包含应用程序的所有组件，包括.NET库和目标运行时。该应用程序与其他.NET应用程序隔离，并且不使用本地安装的.NET运行时。因此无需下载并安装.NET 运行时。

可执行二进制文件针对指定的目标平台生成。例如，如果您有一个名为NET5PublishExample的应用程序，并且发布了Windows的自包含可执行文件，则会创建NET5PublishExample.exe文件。对于Linux或macOS发布，将创建一个NET5PublishExample文件。目标平台和体系结构-r <RID>由dotnet publish命令的参数指定。有关RID的更多信息，请参见.NET RID目录。

如果应用程序具有特定于平台的依赖项，例如包含特定于平台的依赖项的NuGet程序包，则这些依赖项将与应用程序一起复制到publish文件夹中。

这种模式的优势有哪些呢？

控制.NET版本：可以控制与应用程序一起部署的.NET版本。
指定运行的平台：因为必须为每个平台发布应用程序，所以我们需要确定应用程序将在何处运行。如果.NET引入了新平台，则必须先发布针对该平台的版本，然后才能在该平台上运行您的应用程序。

同时也带来了以下问题：

更大的部署内容：应用程序包括.NET运行时和所有应用程序依赖项，所以所需的下载大小和硬盘空间大于依赖于框架的版本。
难以更新.NET版本.NET Runtime：（随应用程序分发）只能通过发布新版本的应用程序进行升级。但是，.NET将根据应用程序运行的计算机上框架库的需要更新关键的安全补丁。

例如：

示例1：发布一个独立的应用程序，创建macOS 64位可执行文件，同时包含了.NET 运行时

dotnet publish -r osx-x64

生成的文件列表如下：包含macOS 64可执行文件NET5PublishExample，以及包含了对应macOS 64平台下的.NET 运行时

示例2：发布一个独立的应用程序，创建Windows 64位可执行文件，同时包含了.NET 运行时

 dotnet publish -r win-x64

生成的文件列表如下：包含Windows 64可执行文件NET5PublishExample.exe，以及包含了对应Windows 64平台下的.NET 运行时

五、关于依赖框架的发布选项和示例

发布为依赖框架的应用程序是跨平台的，并且不包含.NET运行时。应用程序的运行需要单独安装指定版本的.NET运行时。

应用程序的跨平台二进制文件可以使用dotnet <filename.dll>命令运行，并且可以在任何平台上运行。如果应用程序使用具有特定于平台的实现的NuGet包，则所有平台的依赖项都将与应用程序一起复制到publish文件夹中。

可以通过将-r <RID> --self-contained false参数传递给dotnet publish命令来为特定平台创建可执行文件。当-r参数被省略，为当前平台创建一个可执行文件。具有目标平台特定于平台的依赖关系的任何NuGet软件包都将复制到publish文件夹中。

这种模式带来的优势有：

小型部署：仅分发应用程序及其依赖项。.NET运行时和库由用户安装，所有应用共享运行时。
跨平台：应用程序和任何基于.NET的库都可以在其他操作系统上运行
使用最新的.NET运行时：该应用程序使用目标系统上安装的最新运行时（在.NET的目标主要，次要家族中）。这意味着应用程序会自动使用最新的.NET运行时修补版本。

同时也带来了以下问题：

需要预安装.NET 运行时：仅在主机系统上已安装应用目标的.NET运行时版本时，应用才能运行。
.NET可能会更改：.NET运行时和库可能会在运行该应用程序的计算机上更新。

例如：

示例1：发布一个当前平台的依赖框架的跨平台应用程序，不包含.NET 运行时，将与dll文件一起创建一个针对当前平台的可执行文件。

dotnet publish

使用dotnet NET5PublishExample.dll，可以直接运行（本机已经安装.NET运行时，NET5PublishExample.dll是跨平台的二进制文件）

示例2：发布一个依赖框架的跨平台应用程序（Linux 64位），不包含.NET 运行时，将创建一个Linux 64位可执行文件以及dll文件。

dotnet publish -r linux-x64 --self-contained false

使用dotnet NET5PublishExample.dll，可以直接运行（本机已经安装.NET运行时，NET5PublishExample.dll是跨平台的二进制文件）

六、ReadyToRun编译选项

通过将应用程序程序集编译为ReadyToRun（R2R）格式，可以改善.NET应用程序的启动时间和延迟。R2R是一种提前（AOT）编译的形式。

R2R二进制文件通过减少应用程序加载时即时（JIT）编译器需要完成的工作量来提高启动性能。与JIT产生的代码相比，二进制文件包含相似的本机代码。

但是，R2R二进制文件较大，因为它们既包含中间语言（IL）代码（某些情况下仍然需要此代码）和同一代码的本机版本。仅当发布针对特定运行时环境（RID）（例如Linux x64或Windows x64）的应用程序时，R2R才可用。

总结一下：通过R2R方式，可以直接将代码编译为Native Code，减少.NET 程序第一次加载时JIT编译带来的性能消耗，以提升.NET应用的首次加载性能。类似于ngen的程序集预加载。关于Ngen可以参考这个链接：ngen

对应的dotnet publish指令选项： dotnet publish -c Release -r win-x64 -p:PublishReadyToRun=true

以上是.NET 5/.NET Core应用程序的发布部署的一些研究和分享。

周国庆

2020/2/15

快速搞懂.NET 5/.NET Core应用程序的发布部署

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