深入剖析ASP.NET的编译原理之一：动态编译（Dynamical Compilation）

Microsoft 的Visual Studio为我们在应用开发中提供的强大功能，我们是有目共睹。借助该工具，是我们的开发 显得更加高效而轻松。从Microsoft把这个IDE的名字从VS.NET 该为VS（比如原来的Visual Studio.NET 2003，现在的版本叫VS2005），可以MS对该IDE的期望和野心：MS要把它改造成一个万能的IDE。不过任何都有其两面性，对于我们广大的开发者来说，VS是我们的各种行为简单化，傻瓜化；但是在另一方面，他也会蒙蔽我们的眼睛，使我们对它背后做的事情视而不见。以我们的ASP.NET Website开发为例，编程、编译、部署都可以借助VS，有了VS一切显得如此简单，每个人都会做，但是我想很多一部分人对一个ASP.NET Website如何进行编译不会很了解。这篇文章就来谈谈背后的故事——ASP.NET是如何进行编译的。由于篇幅的问题整篇文章分两个部分：动态编译Dynamical Compilation和预编译（Precompilation）。

一、动态编译的过程

我们先来介绍在动态编译下的大体的执行流程：当ASP.NET收到一个基于某个page的request的时候，先判断该Page和相关的Source code是否编译过，如果没有就将其编译，如果已经编译，就是用已经Load的Assembly直接生成Page对象。在这里有下面几点需要注意：

• 动态编译是按需编译的，ASP.NET只会编译和当前Request相关的aspx和code。
• 动态编译是基于某个目录的，也就是说ASP.NET会把被请求的page所在的目录的所有需要编译的文件进行编译，并生成一个Assembly。
• 除了编译生成的Assembly外，动态编译还会生成一系列的辅助文件。
• 对相关文件的修改，会导致重新编译，但是修改对当前的Request不起作用。也就是说如果你对某个aspx进行修改，那么对于修改后抵达的Request，会导致重新编译，但是对于之前的Request使用的依然是原来编译好的Assembly。
• 编译生成的文件被放在一个临时目录中，这个目录的地址为Windows Directory\Microsoft.NET\Framework\v2.0.50727\Temporary ASP.NET Files。其具体的目录结构如右图所示。

在Temporary ASP.NET Files下的Artech.ASPNETDeployment是IIS中Virtual Directory的名称，以下两级目录的名称由Hash value构成，所以编译生成的文件就保存在c6f16246目录下。这个目录你可以通过HttpRuntime.CodegenDir获得。Windows Directory\Microsoft.NET\Framework\v2.0.50727\Temporary ASP.NET Files只是一个默认的临时目录，你可以在web.config中的compilation section中设置你需要的临时目录。

 1: <compilation tempDirectory="d:\MyTempFiles" />

二、一个小例子解释动态编译是如何进行的

现在我用一个Sample来一探ASP.NET是如何进行动态编译的，下图是整个项目在VS中的结构。在这个Sample中，我建立了一个Website，在根目录下创建了两个Page：Default和Default2。 在两个子目录Part I和Part II下分别创建了两个Web page:Page1和Page2。

在App_Code目录中创建了一个Utility的static class。下面是它的定义：

 1: public static class Utility

 2: {

 3: public static string ReflectAllAssmebly()

 4: {

 5: StringBuilder refllectionResult = new StringBuilder();

 6:  

 7: foreach (Assembly assembly in AppDomain.CurrentDomain.GetAssemblies())

 8: {

 9: if (!assembly.FullName.Contains("App_Web"))

 10: {

 11: continue;

 12: }

 13:  

 14: refllectionResult.Append(assembly.FullName + "<br/>");

 15: Type[] allType = assembly.GetTypes();

 16: foreach (Type typeInfo in allType)

 17: {

 18: refllectionResult.Append("&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;" + typeInfo.Name + "<br/>");

 19: }

 20: }

 21:  

 22: return refllectionResult.ToString();

 23: }

 24: }

逻辑很简单，对当前加载的所有相关的程序集（这些Assembly的Fullname以App_Web打头）进行Reflection，列出所有的类型。这个ReflectAllAssmebly将在5个Web page（Default Page和两对Page1&Page2）的Page_Load事件中被调用。

 1: protected void Page_Load(object sender, EventArgs e)

 2: {

 3: this.Response.Write(Utility.ReflectAllAssmebly());

 4: }

Default是列出所有4Page对应的Link以便我们访问它们，在我们再进行编译的情况下在IE中输入对应的URL来访问Default Page。(其他Page的Html中不具有真正的内容，是一个空的page.)

通过上面的显示，我们可以看到现在有一个Assembly：App_Web_wh7-uda5。该Asssembly定一个的Type有5个，  _Default和 default_aspx分别对应Default Page，而Default2和 default2_aspxDefault2 Page的。FastObjectFactory_app_web_wh7_uda5是很重要的Type，我将会在后面对其进行深入介绍。正如我们在上面说过的，动态编译是按需编译，现在我们对Default Page进行访问，由于这次对该Website的第一次访问，所有需要的Source Code，包括aspx，code behind都要进行编译。在这个Sample中，虽然我们并没有访问Default2 page，但是我们说过，动态编译是基于目录的，由于Default Page和Default2 Page都直接置于根目录下，所以ASP.NET会把根目录下的所有文件编译到一个Assembly中。由于Page1和Page2位于子目录Part I和Part II之下，所以不会参与编译。除非我们下载对它进行Request。

我们现在来访问Part I下的Page1和Page2看看会有什么结果。我们会发现，两次Request获得的输出是一样的：
通过上面的输出我们发现，当前AppDomain中被加载的Assembly多了一个：App_Web_n1mhegpg。我们可以通过定义在该Assembly中的Type的命名可以猜出该Assembly是对Part I 目录进行编译产生的。Page1和Page2的编译后的Type name变成了part_i_page1_aspx& Page1和part_i_page2_aspx& Page2。此外我们看到，该Assembly中依然有一个FastObjectFactory的Type：FastObjectFactory_app_web_n1mhegpg。在这里我需要特别指出的是，名称的后缀都是通过 Hash算法得到的。

有了上面的理论和实验结果，我想这个时候，你肯定已经想到，如果我现在对Part II的Page1和Page2进行访问，输出结果会是什么样子了。
如果这个时候，你查看临时目录（Directory\Microsoft.NET\Framework\v2.0.50727\Temporary ASP.NET Files）中该Website对应的子目录，已将会看到生成了一些列的文件。

三、Page最终被转化成什么？

我们现在来看看通过编译，一个Page到底转换成什么。我们以Part I/Page1为例。通过上面的Sampe，我们知道它最终变成了两个Type：Page1和part_i_page1_aspx。下面是Page1的定义：

 
   

  
    
 
     
 1: public class Page1 : Page, IRequiresSessionState
 
      
     
 2: {
 
      
     
 3: protected HtmlForm form1;
 
      
     
 4: protected void Page_Load(object sender, EventArgs e)
 
      
     
 5: {
 
      
     
 6: base.Response.Write(Utility.ReflectAllAssmebly());
 
      
     
 7: }
 
      
     
 8: protected HttpApplication ApplicationInstance
 
      
     
 9: {
 
      
     
 10: get
 
      
     
 11: {
 
      
     
 12: return this.Context.ApplicationInstance;
 
      
     
 13: }
 
      
     
 14: }
 
      
     
 15: protected DefaultProfile Profile
 
      
     
 16: {
 
      
     
 17: get
 
      
     
 18: {
 
      
     
 19: return (DefaultProfile)this.Context.Profile;
 
      
     
 20: }
 
      
     
 21: }
 
      
     
 22: }
 
      
    
 
   

下面是part_i_page1_aspx的定义：

 1: [CompilerGlobalScope]

 2: public class part_i_page1_aspx : Page1, IHttpHandler

 3: {

 4: // Fields

 5: private static object __fileDependencies;

 6: private static bool __initialized;

 7:  

 8: // Methods

 9: public part_i_page1_aspx();

 10: private HtmlHead __BuildControl__control2();

 11: private HtmlTitle __BuildControl__control3();

 12: private HtmlLink __BuildControl__control4();

 13: private HtmlForm __BuildControlform1();

 14: private void __BuildControlTree(part_i_page1_aspx __ctrl);

 15: protected override void FrameworkInitialize();

 16: public override int GetTypeHashCode();

 17: public override void ProcessRequest(HttpContext context);

 18: }

在part_i_page1_aspx中定义了一个基于aspx的HttpHandler所需的所有操作，并且它继承了Page1。所以我们可以说Part I/Page1这个page 最终的体现为part_i_page1_aspx。进一步说，对Part I/Page1的Http Request，ASP.NET所要做的就是生成一个part_i_page1_aspx来Handle这个request就可以了。

四、FastObjectFactory

通过上面的一个简单的Sample，你已经看到每个Assembly中都会生成一个以FastObjectFactory作为前缀的Type。这是一个很重要的Type，从它的名称我们不难猜出它的作用：高效的生成对象。而生成的是什么样的对象呢？实际上就是基于每个aspx的Http request的Http handler，对于Part I/Page1就是我们上面一节分析的part_i_page1_aspx对象。我们现在通过Reflector查看我们生成的App_Web_n1mhegpg中的FastObjectFactory_app_web_n1mhegpg是如何定义的。

 1: internal class FastObjectFactory_app_web_n1mhegpg

 2: {

 3: // Methods

 4: private FastObjectFactory_app_web_n1mhegpg()

 5: {

 6: }

 7:  

 8: private static object Create_ASP_part_i_page1_aspx()

 9: {

 10: return new part_i_page1_aspx();

 11: }

 12:  

 13: private static object Create_ASP_part_i_page2_aspx()

 14: {

 15: return new part_i_page2_aspx();

 16: }

 17: }

通过上面的Code，我们可以看到在FastObjectFactory中定义一系列的Create_ASP_XXX(后缀就是Page 编译生成的Type的名称)。通过这些方法，可以快速生成对一个的Page。至于为什么会叫作FastObjectFactory，我想是因为直接通过调用这个静态的方法快速地创建Page对象，从而避免使用Reflection的late binding带来的性能的影响吧。

五、Preservation Files

进行每一次编译，ASP.NET会生成一系列具有.compiled扩展名的保留文件（Preservation File）。这个文件非常重要，我们现在来深入介绍这个样一个文件。

Preservation File这个文件本质上是一个XML。它是基于每个Page的，也就是每个Page都会有一个这样的Preservation File. 无论Page对应的Directory是怎样的，与之对应的Preservation File总会保存在根目录下，所以必须有一种机制保持为处于不同Directory的Page生成的Preservation File具有不同的文件名，不管Page的名称是否一样。所以Preservation File采用下面的命名机制：

 1: [page].aspx.[folder-hash].compiled

其中[page]是Page的名称，[folder-hash]是对page所在路径的Hash Value。这样做有两个好处

• 保证处于同一级目录的所有Preservation File具有不同的文件名。
• 保证ASP.NET对于一个Http request可以找到Page对应的Preservation File。

下面这个Preservation File就是上面Sample中Part II/Page1.aspx对应的Preservation File，名称为default2.aspx.cdcab7d2.compiled。我们来看看XML每个Item各代表什么意思。

 1: <?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>

 2: <preserve resultType="3" virtualPath="/Artech.ASPNETDeployment/Part II/Page1.aspx" hash="fffffff75090c769" filehash="5f27fa390c45c52a" flags="110000" assembly="App_Web_hitlo3dt" type="ASP.part_ii_page1_aspx">

 3: <filedeps>

 4: <filedep name="/Artech.ASPNETDeployment/Part II/Page1.aspx" />

 5: <filedep name="/Artech.ASPNETDeployment/Part II/Page1.aspx.cs" />

 6: </filedeps>

 7: </preserve>

 8: 

有这段XML我们可以看到，所有的内容都包含在preserve XML element中，在他中间定义了几个重要的属性.

• virtualPath: Page的虚拟地址。

• assembly：Assembly名称

• Type：Page的编译后对应的Type（Http handler）。

• hash: 一个代表本Preservation File状态的Hash value。

• filehash: 一个代表本Dependent File状态的Hash value。

通过hash和filehash的缓存，ASP.NET可以判断自上一次使用以来，Preservation File和它所依赖的Dependent File是否被改动，如果真的被改动，将会重新编译。因为对于文件的任何改动都会导致该Hash value的改变。

此外，Preservation File的<filedeps>列出了所有依赖的文件，对于Page,一般是aspx和code behind。

六、进一步剖析整个动态编译过程

现在我们来总结整个动态编译的过程：

• Step1：当ASP.NET收到对于某个Page的Request，根据这个request对应的Url试着找到该page对应的Preservation File，如果没有找到，重新编译Page所在目录下的所有需要编译的文件，同时生成一些额外的文件，包括Preservation File。
• Step2：然后解析这个Preservation File，通过hash和filehash判断文件自身或者是Dependent File是否在上一次编译之后进行过任何的修改，如果是的，则重新编译。然后重新执行Step2。
• Step3：通过Preservation File 的assembly attribute Load对应的assembly(如果Assembly还没有被Load的话)，通过type获知对应的aspx type，然后借助FastObjectFactory的对应的Create_ASP_XXX创建这个type。这个新创建的对象就是我们需要的Http Handler，在之上执行相应的操作把结果Response到客户端。

对动态编译的讨论就到这里，在本篇文章下半部分将会讨论另一种更加有用的编译方式：《深入剖析ASP.NET的编译原理之二：预编译（Precompilation）》