.NET Standard 来日苦短去日长

作者：Richard
翻译：精致码农-王亮
原文：http://dwz.win/Q4h

自从 .NET 5 宣贯以来，很多人都在问这对 .NET Standard 意味着什么，它是否仍然重要。在这篇文章中，我将解释 .NET 5 是如何改进代码共用并取代 .NET Standard 的，我还将介绍什么情况下你仍然需要 .NET Standard。

概要

.NET 5 将是一个具有统一功能和 API 的单一产品，可用于 Windows 桌面应用程序、跨平台移动应用程序、控制台应用程序、云服务和网站。

为了更好地说明这一点，我们更新了这篇^[1]关于 TFM (Target Framework Names) 介绍的文章（译文：.NET 5 中 Target Framework 详解），现支持的 TFM 如下：

.net5.0，表示代码可在任意平台运行，它合并并替换了 netcoreapp 和 netstandard 这两个名称。这个 TFM 通常只包括跨平台的技术（除了一些为了满足实用性而作出让步的 API，就像我们在 .NET Standard 中所做的那样）。
net5.0-windows（还有后面会增加的net6.0-android 和 net6.0-ios），这些 TFM 表示 .NET 5 特定于操作系统的风格，包含 net5.0 和特定于操作系统的功能。

我们不会再发布 .NET Standard 的新版本，但是 .NET 5 和所有未来的版本将继续支持 .NET Standard 2.1 和更早的版本。你应该将 net5.0（和未来的版本）视为共享代码的基础。

由于 net5.0 是所有这些新 TFM 的共用的基础，这意味着运行时、库和新的语言特性都会围绕这个版本号进行协调。例如，为了使用 C# 9，你需要使用 net5.0 或 net5.0-windows。

如何选择 Target

.NET 5 和所有未来的版本将继续支持 .NET Standard 2.1 和更早的版本，从 .NET Standard 重新 Target 到 .NET 5 的唯一原因是为了获得更多运行时特性、语言特性或 API 支持。所以，你可以把 .NET 5 想象成 .NET Standard 的 vNext。

那新代码呢？该从 .NET Standard 2.0 开始还是直接从 .NET 5 开始？这得视情况而定。

应用程序组件，如果你要将你的应用程序以类库的形式分解成多个组件，我建议将 netX.Y 作为 TFM，netX.Y 中的 X.Y 是应用程序（或多个应用程序）的 .NET 最低版本号。为了简单起见，你可能希望所有组成你的应用程序的 Project 都使用相同的 .NET 版本，因为这样可以保证各处的代码都可以使用相同的 BCL 特性。
可重用库，如果你正在构建计划在 NuGet 上发布的可重用库，你将需要考虑适用范围和可用新特性之间的权衡。.NET Standard 2.0 是 .NET Framework 支持的最高 .NET Standard 版本，所以它可以满足你的大部分使用场景。我们通常建议不要将 Target 锁定在 .NET Standard 1.x 上，因为不值得再为此增添不必要的麻烦。如果你不需要支持 .NET Framwork，那么你可以选择 .NET Standard 2.1 或者 .NET 5，大多数代码可能可以跳过 .NET Standard 2.1 直接转到 .NET 5。

那么，你应该怎么做呢？我的建议是，已被广泛使用的库可能需要同时提供 .NET Standard 2.0 和 .NET 5 支持。支持 .NET Standard 2.0 将使你的库适用性更广，而支持 .NET 5 则确保你可以为已经在 .NET 5 上的用户使用最新的平台特性。

几年后，可重用库的选择将只涉及 netX.Y 版本，这基本上是构建 .NET 库的一惯做法——你通常要支持一段时间较老的版本，以确保没有升级最新 .NET 版本的用户依然可以使用你的库。

总结一下：

在 .NET Framework 和所有其他平台之间共享代码，使用 netstandard2.0。
在 Mono、Xamarin 和 .NET Core 3.x 之间共享代码，使用 netstandard2.1。
往后的共享代码，使用 net5.0。

.NET 5 如何解决 .NET Standard 存在的问题

.NET Standard 使得创建适用于所有 .NET 平台的库变得更加容易，但是 .NET Standard 仍然存在三个问题：

它的版本更新很慢^[2]，这意味着你不能轻松地使用最新的特性。
它需要一个解码环^[3]来将版本映射到 .NET 实现。
它公开了特定于平台的特性^[4]，这意味着你不能静态地验证代码是否真正可移植。

让我们看看 .NET 5 将如何解决这三个问题。

问题 1：.NET Standard 版本更新慢

在设计 .NET Standard^[5] 时，.NET 平台还没有在实现层次上融合，这使得编写需要在不同环境下工作的代码变得困难，因为不同的工作代码使用的是不同的 .NET 实现。

.NET Standard 的目标是统一基础类库(BCL)的特性集，这样你就可以编写一个可以在任何地方运行的单一库。这为我们提供了很好的服务：前 1000 个软件包中有超过 77% 支持 .NET Standard。如果我们看看 NuGet.org 上所有在过去 6 个月里更新过的软件包，采用率是 58%。

但是只标准化 API 就会产生额外的付出，它要求我们在添加新 API 时进行协调——这一直在发生。.NET 开源社区（包括.NET 团队）通过提供新的语言特性、可用性改进、新的交叉(cross-cutting)功能（如 Span<T>）或支持新的数据格式或网络协议，不断对 BCL 进行创新。

而我们虽然可以以 NuGet 包的形式提供新的类型，但不能以这种方式在现有类型上提供新的 API。所以，从一般意义上讲，BCL 的创新需要发布新版本的 .NET 标准。

在 .NET Standard 2.0 之前，这并不是一个真正的问题，因为我们只对现有的 API 进行标准化。但在 .NET Standard 2.1 中，我们对全新的 API 进行了标准化，这也是我们看到相当多摩擦的地方。

这种摩擦从何而来？

.NET 标准是一个 API 集，所有的.NET 实现都必须支持，所以它有一个编辑方面^[6]的问题，所有的 API 必须由 .NET Standard 审查委员会^[7]审查。该委员会由 .NET 平台实现者以及 .NET 社区的代表组成。其目标是只对我们能够真正在所有当前和未来的 .NET 平台中实现的 API 进行标准化。这些审查是必要的，因为 .NET 协议栈有不同的实现，有不同的限制。

我们预测到了这种类型的摩擦，这就是为什么我们很早就说过，.NET 标准将只对至少一个 .NET 实现中已经推出的 API 进行标准化。这乍一看似乎很合理，但随后你就会意识到，.NET Standard 不可能频繁地更新。所以，如果一个功能错过了某个特定的版本，你可能要等上几年才能使用，甚至可能要等更久，直到这个版本的 .NET Standard 得到广泛支持。

我们觉得对于某些特性来说，机会损失太大，所以我们做了一些不自然的行为，将还没有推出的 API 标准化（比如 AsyncEnumerable<T>）。对所有的功能都这样做实在是太昂贵了，这也是为什么有不少功能还是错过了 .NET Standard 2.1 这趟列车的原因（比如新的硬件特性）。

但如果有一个单一的代码库呢？如果这个代码库必须支持所有与 .NET 至今所实现功能有所不同的特性，比如同时支持及时编译（JIT）和超前编译（AOT）呢？

与其在事后才进行这些审查，不如从一开始就将所有这些方面作为功能设计的一部分。在这样的世界里，标准化的 API 集从构造上来说，就是通用的 API 集。当一个功能实现后，因为代码库是共享的，所以大家就已经可以使用了。

问题 2：.NET Standard 需要解码环

将 API 集与它的实现分离，不仅仅是减缓了 API 的可用性，这也意味着我们需要将 .NET Standard 版本映射到它们的实现上^[3]。作为一个长期以来不得不向许多人解释这个表格的人，我已经意识到这个看似简单的想法是多么复杂。我们已经尽力让它变得更简单，但最终，这种复杂性是与生俱来的，因为 API 集和实现是独立发布的。

我们统一了 .NET 平台，在它们下面又增加了一个合成平台，代表了通用的 API 集。从很现实的意义上来说，这幅漫画是很到位的表达了这个痛点：

如果不能实现真正意义上的合并，我们就无法解决这个问题，这正是 .NET 5 所做的：它提供了一个统一的实现，各方都建立在相同的基础上，从而得到相同的 API 和版本号。

问题 3：.NET Standard 公开了特定平台 API

当我们设计 .NET Standard 时，为了避免过多地破坏库的生态系统，我们不得不做出让步^[4]。也就是说，我们不得不包含一些 Windows 专用的 API（如文件系统 ACL、注册表、WMI 等）。今后，我们将避免在 net5.0、net6.0 和未来的版本中加入特定平台的 API。然而，我们不可能预测未来。例如，我们最近为 Blazor WebAssembly 增加了一个新的 .NET 运行环境，在这个环境中，一些原本跨平台的 API（如线程或进程控制）无法在浏览器的沙箱中得到支持。

很多人抱怨说，这类 API 感觉就像“地雷”--代码编译时没有错误，因此看起来可以移植到任何平台上，但当运行在一个没有给定 API 实现的平台上时，就会出现运行时错误。

从 .NET 5 开始，我们将提供随 SDK 发布的默认开启的分析器和代码修复器。它包含平台兼容性分析器，可以检测无意中使用了目标平台并不支持的 API。这个功能取代了 Microsoft.DotNet.Analyzers.Compatibility NuGet 包。

让我们先来看看 Windows 特有的 API。

处理 Windows 特定 API

当你创建一个 Target 为 net5.0 为目标的项目时，你可以引用 Microsoft.Win32.Registry 包。但当你开始使用它时：

private static string GetLoggingDirectory()
{using (RegistryKey key = Registry.CurrentUser.OpenSubKey(@"Software\Fabrikam")){if (key?.GetValue("LoggingDirectoryPath") is string configuredPath)return configuredPath;}string exePath = Process.GetCurrentProcess().MainModule.FileName;string folder = Path.GetDirectoryName(exePath);return Path.Combine(folder, "Logging");
}

你会得到以下警告：

CA1416: 'RegistryKey.OpenSubKey(string)' is supported on 'windows'
CA1416: 'Registry.CurrentUser' is supported on 'windows'
CA1416: 'RegistryKey.GetValue(string?)' is supported on 'windows'

你有三个选择来处理这些警告。

调用保护：在调用 API 之前，你可以使用 OperatingSystem.IsWindows() 来检查当前运行环境是否是 Windows 系统。
将调用标记为 Windows 专用：在某些情况下，通过 [SupportedOSPlatform("windows")] 将调用成员标记为特定平台也有一定的意义。
删除代码：一般来说，这不是你想要的，因为这意味着当你的代码被 Windows 用户使用时，你会失去保真度(fidelity)。但对于存在跨平台替代方案的情况，你应该尽可能使用跨平台方案，而不是平台特定的 API。例如，你可以使用一个 XML 配置文件来代替使用注册表。
抑制警告：当然，你可以通过 .editorconfig 或 #pragma warning disable 来抑制警告。然而，当使用特定平台的 API 时，你应该更喜欢选项 (1) 和 (2)。

为了调用保护，可以使用 System.OperatingSystem 类上的新静态方法，示例：

private static string GetLoggingDirectory()
{if (OperatingSystem.IsWindows()){using (RegistryKey key = Registry.CurrentUser.OpenSubKey(@"Software\Fabrikam")){if (key?.GetValue("LoggingDirectoryPath") is string configuredPath)return configuredPath;}}string exePath = Process.GetCurrentProcess().MainModule.FileName;string folder = Path.GetDirectoryName(exePath);return Path.Combine(folder, "Logging");
}

要将你的代码标记为 Windows 专用，请应用新的 SupportedOSPlatform 属性：

[SupportedOSPlatform("windows")]
private static string GetLoggingDirectory()
{using (RegistryKey key = Registry.CurrentUser.OpenSubKey(@"Software\Fabrikam")){if (key?.GetValue("LoggingDirectoryPath") is string configuredPath)return configuredPath;}string exePath = Process.GetCurrentProcess().MainModule.FileName;string folder = Path.GetDirectoryName(exePath);return Path.Combine(folder, "Logging");
}

在这两种情况下，使用注册表的警告都会消失。

关键的区别在于，在第二个例子中，分析器现在会对 GetLoggingDirectory() 的调用发出警告，因为它现在被认为是 Windows 特有的 API。换句话说，你把平台检查的要求转给调用者放去做了。

[SupportedOSPlatform] 属性可以应用于成员、类型和程序集级别。这个属性也被 BCL 本身使用，例如，程序集 Microsoft.Win32.Registry 就应用了这个属性，这也是分析器最先就知道注册表是 Windows 特定 API 方法的原因。

请注意，如果你的目标是 net5.0-windows，这个属性会自动应用到你的程序集中。这意味着使用 net5.0-windows 的 Windows 专用 API 永远不会产生任何警告，因为你的整个程序集被认为是 Windows 专用的。

处理 Blazor WebAssembly 不支持的 API

Blazor WebAssembly 项目在浏览器沙盒内运行，这限制了你可以使用的 API。例如，虽然线程和进程创建都是跨平台的 API，但我们无法让这些 API 在 Blazor WebAssembly 中工作，它们会抛出 PlatformNotSupportedException。我们已经用 [UnsupportedOSPlatform("browser")] 标记了这些 API。

假设你将 GetLoggingDirectory() 方法复制并粘贴到 Blazor WebAssembly 应用程序中：

private static string GetLoggingDirectory()
{//...string exePath = Process.GetCurrentProcess().MainModule.FileName;string folder = Path.GetDirectoryName(exePath);return Path.Combine(folder, "Logging");
}

你将得到以下警告：

CA1416 'Process.GetCurrentProcess()' is unsupported on 'browser'
CA1416 'Process.MainModule' is unsupported on 'browser'

你可以用与 Windows 特定 API 基本相同的做法来处理这些警告。

你可以对调用进行保护：

private static string GetLoggingDirectory()
{//...if (!OperatingSystem.IsBrowser()){string exePath = Process.GetCurrentProcess().MainModule.FileName;string folder = Path.GetDirectoryName(exePath);return Path.Combine(folder, "Logging");}else{return string.Empty;}
}

或者你可以将该成员标记为不被 Blazor WebAssembly 支持：

[UnsupportedOSPlatform("browser")]
private static string GetLoggingDirectory()
{//...string exePath = Process.GetCurrentProcess().MainModule.FileName;string folder = Path.GetDirectoryName(exePath);return Path.Combine(folder, "Logging");
}

由于浏览器沙盒的限制性相当大，所以并不是所有的类库和 NuGet 包都能在 Blazor WebAssembly 中运行。此外，绝大多数的库也不应该支持在 Blazor WebAssembly 中运行。

这就是为什么针对 net5.0 的普通类库不会看到不支持 Blazor WebAssembly API 的警告。你必须在项目文件中添加 <SupportedPlatform> 项，明确表示你打算在 Blazor WebAssembly 中支持您的项目：

<Project Sdk="Microsoft.NET.Sdk"><PropertyGroup><TargetFramework>net5.0</TargetFramework></PropertyGroup><ItemGroup><SupportedPlatform Include="browser" /></ItemGroup></Project>

如果你正在构建一个 Blazor WebAssembly 应用程序，你不必这样做，因为 Microsoft.NET.Sdk.BlazorWebAssembly SDK 会自动做到这一点。

.NET 5 是 .NET Standard 和 .NET Core 的结合

.NET 5 及后续版本将是一个单一的代码库，支持桌面应用、移动应用、云服务、网站以及未来的任何 .NET 运行环境。

你可能会想“等等，这听起来很不错，但如果有人想创建一个全新的实现呢”。这也是可以的。但几乎没有人会从头开始一个新的实现。最有可能的是，它将是当前代码库（dotnet/runtime^[8]）的一个分支。例如，Tizen（三星智能家电平台）使用的是 .NET Core，只做了细小的改动，并在上面使用了三星特有的应用模型。

Fork 保留了合并关系，这使得维护者可以不断从 dotnet/runtime^[8] 仓库中拉取新的变化，在不受其变化影响的领域受益于 BCL 创新，这和 Linux 发行版的工作方式非常相似。

当然，在某些情况下，人们可能希望创建一个非常不同的“种类”的 .NET，比如一个没有当前 BCL 的最小运行时。但这意味着它不能利用现有的 .NET 库生态系统，它也不会实现 .NET Standard。我们一般对这个方向的追求不感兴趣，但 .NET Standard 和 .NET Core 的结合并不妨碍这一点，也不会增加难度。

.NET 版本

作为一个库作者，你可能想知道 .NET 5 什么时候能得到广泛支持。今后，我们将在每年的 11 月发布 .NET 新版本，每隔一年发布一次长期支持（LTS）版本。

.NET 5 将在 2020 年 11 月正式发布，而 .NET 6 将在 2021 年 11 月作为 LTS 发布。我们创建了这个固定的时间表，使你更容易规划您的更新（如果你是应用程序开发人员），并预测对支持的 .NET 版本的需求（如果你是库开发人员）。

得益于 .NET Core 的并行安装（译注：一台机器可同时安装多个 .NET Core 版本，且向下兼容），它的新版本被采用速度相当快，其中 LTS 版本最受欢迎。事实上，.NET Core 3.1 是有史以来采用最快的 .NET 版本。

我们的期望是，每次发布（大版本）时，我们都会把所有框架名称连在一起发布。例如，它可能看起来像这样：

这意味着你心里可以有个预期，无论我们在 BCL 中做了什么创新，你都能在所有的应用模型中使用它，无论它们运行在哪个平台上。这也意味着，只要你运行最新版本的库，你总是可以在所有的应用模型消费最新的 net 框架带来的库。

这种模式消除了围绕 .NET Standard 版本的复杂性，因为每次我们发布时，你都可以假设所有的平台都会立即和完全支持新版本，而我们通过使用前缀命名惯例来巩固这一承诺。

.NET 的新版本可能会添加对其他平台的支持。例如，我们将通过 .NET 6 增加对 Android 和 iOS 的支持。相反，我们可能会停止支持那些不再相关的平台。这一点可以通过在 .NET 6 中不存在的 net5.0-someoldos 目标框架来说明。我们目前没有放弃一个平台支持的计划，那将是一个大问题，这不是预期的，若有我们会提前很久宣布。这也是我们对 .NET Standard 的模式，例如，没有新版本的 Windows Phone 实现了后面的 .NET Standard 版本。

为什么没有 WebAssembly 的 TFM

我们最初考虑为 WebAssembly 添加 TFM，如 net5.0-wasm。后来我们决定不这么做，原因如下：

WebAssembly 更像是一个指令集（如 x86 或 x64），而不是像一个操作系统，而且我们一般不提供不同架构之间有分歧的 API。
WebAssembly 在浏览器沙箱中的执行模型是一个关键的差异化，但我们决定只将其建模为运行时检查更有意义。类似于你对 Windows 和 Linux 的检查方式，你可以使用 OperatingSystem 类型。由于与指令集无关，所以该方法被称为 IsBrowser() 而不是 IsWebAssembly()。
WebAssembly 有运行时标识符(RID)^[9]，称为 browser 和 browser-wasm。它们允许包的作者在浏览器中针对 WebAssembly 部署不同的二进制文件。这对于需要事先编译成 WebAssembly 的本地代码特别有用。

如上所述，我们已经标记了在浏览器沙盒中不支持的 API，例如 System.Diagnostics.Process。如果你从浏览器应用内部使用这些 API，你会得到一个警告，告诉你这个 API 是不支持的。