AOT漫談：C# AOT 的泛型，序列化，反射問題
一、背景
講故事
在 .NET AOT 編程中，難免會在 泛型，序列化，以及反射的問題上糾結和反復糾錯嘗試，這篇我們就來好好聊一聊相關的處理方案。
二、常見問題解決
1. 泛型問題
研究過泛型的朋友應該都知道，從開放類型上產下來的封閉類型往往會有單獨的 MethodTable，并共用 EEClass，對于值類型的泛型相當于是不同的個體，如果在 AOT Compiler 的過程中沒有單獨產生這樣的個體信息，自然在運行時就會報錯，這么說可能有點懵，舉一個簡單的例子。
internal class Program
{
static void Main(string[] args)
{
var type = Type.GetType(Console.ReadLine());
try
{
var mylist = typeof(List<>).MakeGenericType(type);
var instance = Activator.CreateInstance(mylist);
int count = (int)mylist.GetProperty("Count").GetValue(instance);
Console.WriteLine(count);
}
catch (Exception ex)
{
Console.WriteLine(ex.ToString());
Console.WriteLine(ex.Message);
}
Console.ReadLine();
}
}
public class Location
{
}
從上圖看直接拋了一個異常，主要原因在于 Location 被踢出了依賴圖，那怎么辦呢？很顯然可以直接 new List<Location> 到依賴圖中，但在代碼中直接new是非常具有侵入性的操作，那如何讓侵入性更小呢？自然就是借助 AOT 獨有的 rd (Runtime Directives) 這種xml機制，具體可參見：https://github.com/dotnet/runtime/blob/main/src/coreclr/nativeaot/docs/rd-xml-format.md
rd機制非常強大，大概如下：
1）可以指定程序集，類型，方法作為編譯圖的根節點使用，和 ILLink 有部分融合。2）可以手工的進行泛型初始化，也可以將泛型下的某方法作為根節點使用。3）為Marshal和Delegate提供Pinvoke支持。
在 ilc 源碼中是用 compilationRoots 來承載rd過去的根節點，可以一探究竟。
foreach (var rdXmlFilePath in Get(_command.RdXmlFilePaths))
{
compilationRoots.Add(new RdXmlRootProvider(typeSystemContext, rdXmlFilePath));
}有了這些知識就可以在 rd.xml 中實例化 List<Location> 了，參考如下：
<?xml versinotallow="1.0" encoding="utf-8" ?>
<Directives xmlns="http://schemas.microsoft.com/netfx/2013/01/metadata">
<Application>
<Assembly Name="Example_21_1">
<Type Name="System.Collections.Generic.List`1[[Example_21_1.Location,Example_21_1]]" Dynamic="Required All" />
</Assembly>
</Application>
</Directives>同時在 csproj 做一下引入即可。
<Project Sdk="Microsoft.NET.Sdk">
<PropertyGroup>
<OutputType>Exe</OutputType>
<TargetFramework>net8.0</TargetFramework>
<ImplicitUsings>enable</ImplicitUsings>
<Nullable>enable</Nullable>
<PublishAot>true</PublishAot>
<InvariantGlobalization>true</InvariantGlobalization>
</PropertyGroup>
<ItemGroup>
<RdXmlFile Include="rd.xml" />
</ItemGroup>
</Project>執行之后如下，要注意一點的是 Dynamic="Required All" 它可以把 List<Location> 下的所有方法和字段都注入到了依賴圖中，比如下圖中的 Count 屬性方法。
圖片
2. 序列化問題
序列化會涉及到大量的反射，而反射又需要得到大量的元數據支持，所以很多第三方的Json序列化無法實現，不過官方提供的Json序列化借助于 SourceGenerator 將原來 dll 中的元數據遷移到了硬編碼中，從而變相的實現了AOT的Json序列化，參考代碼如下：
namespace Example_21_1
{
internal class Program
{
static void Main(string[] args)
{
var person = new Person()
{
Name = "john",
Age = 30,
BirthDate = new DateTime(1993, 5, 15),
Gender = "Mail"
};
var jsonString = JsonSerializer.Serialize(person,
SourceGenerationContext.Default.Person);
Console.WriteLine(jsonString);
Console.ReadLine();
}
}
}
[JsonSourceGenerationOptions(WriteIndented = true)]
[JsonSerializable(typeof(Person))]
internal partial class SourceGenerationContext : JsonSerializerContext { }
public class Person
{
public int Age { get; set; }
public string Name { get; set; }
public DateTime BirthDate { get; set; }
public string Gender { get; set; }
}當用 VS 調試的時候，你會發現多了一個 SourceGenerationContext.Person.g.cs 文件，并且用 properties 數組承載了 Person 的元數據，截圖如下：
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3. 反射問題
反射其實也是一個比較糾結的問題，簡單的反射AOT編譯器能夠輕松推測，但稍微需要上下文關聯的就搞不定了，畢竟涉及到上下文關聯需要大量的算力，而目前的AOT編譯本身就比較慢了，所以暫時沒有做支持，相信后續的版本會有所改進吧，接下來舉一個例子演示下。
internal class Program
{
static void Main(string[] args)
{
Invoke(typeof(Person));
Console.ReadLine();
}
static void Invoke(Type type)
{
var props = type.GetProperties();
foreach (var prop in props)
{
Console.WriteLine(prop);
}
}
}
public class Person
{
public int Age { get; set; }
public string Name { get; set; }
public DateTime BirthDate { get; set; }
public string Gender { get; set; }
}這段代碼在 AOT中是提取不出屬性的，因為 Invoke(typeof(Person)); 和 type.GetProperties 之間隔了一個 Type type 參數，雖然我們肉眼能知道這個代碼的意圖，但 ilc 的深度優先它不知道你需要 Person中的什么，所以它只保留了 Person 本身，如果你想直面觀測的話，可以這樣做：
- 將 <PublishAot>true</PublishAot> 改成 <PublishTrimmed>true</PublishTrimmed>
- 使用 dotnet publish 發布。
- 使用ILSPY觀測。
截圖如下，可以看到 Person 空空如也。
圖片
有了這個底子就比較簡單了，為了讓 Person 保留屬性，可以傻乎乎的用 DynamicallyAccessedMembers 來告訴AOT我到底想要什么，比如 PublicProperties 就是所有的屬性，當然也可以設置為 ALL。
static void Invoke([DynamicallyAccessedMembers(DynamicallyAccessedMemberTypes.PublicProperties)] Type type)
{
var props = type.GetProperties();
foreach (var prop in props)
{
Console.WriteLine(prop);
}
}如果要想侵入性更小的話，可以使用 TrimmerRootDescriptor 這種外來的 xml 進行更高級別的定制，比如我不想要 Gender 字段 ，具體參考官方鏈接：https://github.com/dotnet/runtime/blob/main/docs/tools/illink/data-formats.md#xml-examples
<Project Sdk="Microsoft.NET.Sdk">
<PropertyGroup>
<OutputType>Exe</OutputType>
<TargetFramework>net8.0</TargetFramework>
<ImplicitUsings>enable</ImplicitUsings>
<Nullable>enable</Nullable>
<PublishAot>true</PublishAot>
<InvariantGlobalization>true</InvariantGlobalization>
<IlcGenerateMapFile>true</IlcGenerateMapFile>
</PropertyGroup>
<ItemGroup>
<TrimmerRootDescriptor Include="link.xml" />
</ItemGroup>
</Project>然后就是 xml 配置。
<?xml versinotallow="1.0" encoding="utf-8" ?>
<linker>
<assembly fullname="Example_21_1">
<type fullname="Example_21_1.Person">
<property signature="System.Int32 Age" />
<property signature="System.String Name" />
<property signature="System.DateTime BirthDate" />
</type>
</assembly>
</linker>從下圖看，一切都是那么完美。
圖片
