青少年编程与数学 02-020 C#程序设计基础 17课题、WEB与移动开发
- 一、C#语言Web和移动项目开发
-
- [1. Web项目开发](#1. Web项目开发)
- [2. 移动项目开发](#2. 移动项目开发)
- [二、ASP.NET Core](#二、ASP.NET Core)
-
- [1. ASP.NET Core 基础架构](#1. ASP.NET Core 基础架构)
-
- [1.1 请求处理管道](#1.1 请求处理管道)
- [1.2 主机模型](#1.2 主机模型)
- [1.3 服务器选项](#1.3 服务器选项)
- [2. 核心新特性](#2. 核心新特性)
-
- [2.1 NativeAOT 支持](#2.1 NativeAOT 支持)
- [2.2 增强的身份验证方案](#2.2 增强的身份验证方案)
- [2.3 Blazor 全栈改进](#2.3 Blazor 全栈改进)
- [2.4 性能优化](#2.4 性能优化)
- [3. 项目类型与模板](#3. 项目类型与模板)
- [4. 开发实践](#4. 开发实践)
-
- [4.1 依赖注入](#4.1 依赖注入)
- [4.2 配置管理](#4.2 配置管理)
- [4.3 日志记录](#4.3 日志记录)
- [5. 部署选项](#5. 部署选项)
- [6. 监控与诊断](#6. 监控与诊断)
- [7. 最佳实践](#7. 最佳实践)
- 小结
- 三、Blazor
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- [1. Blazor 架构演进](#1. Blazor 架构演进)
-
- [1.1 渲染模式统一](#1.1 渲染模式统一)
- [1.2 新项目模板](#1.2 新项目模板)
- [2. 核心新特性](#2. 核心新特性)
-
- [2.1 流式渲染 (Streaming Rendering)](#2.1 流式渲染 (Streaming Rendering))
- [2.2 增强的表单处理](#2.2 增强的表单处理)
- [2.3 改进的 JavaScript 互操作](#2.3 改进的 JavaScript 互操作)
- [3. 性能优化](#3. 性能优化)
-
- [3.1 组件级渲染模式](#3.1 组件级渲染模式)
- [3.2 预渲染优化](#3.2 预渲染优化)
- [3.3 改进的 WebAssembly 性能](#3.3 改进的 WebAssembly 性能)
- [4. 状态管理](#4. 状态管理)
-
- [4.1 增强的依赖注入](#4.1 增强的依赖注入)
- [4.2 持久化状态](#4.2 持久化状态)
- [5. 安全增强](#5. 安全增强)
-
- [5.1 身份验证集成](#5.1 身份验证集成)
- [5.2 防伪令牌](#5.2 防伪令牌)
- [6. 部署选项](#6. 部署选项)
-
- [6.1 混合部署模式](#6.1 混合部署模式)
- [6.2 渐进式 Web 应用 (PWA)](#6.2 渐进式 Web 应用 (PWA))
- [7. 最佳实践](#7. 最佳实践)
- 小结
- [四、.NET MAUI](#四、.NET MAUI)
-
- [1. .NET MAUI 核心特性](#1. .NET MAUI 核心特性)
-
- [1.1 跨平台统一性](#1.1 跨平台统一性)
- [1.2 现代化开发模式](#1.2 现代化开发模式)
- [2. .NET 8 中的新特性](#2. .NET 8 中的新特性)
-
- [2.1 NativeAOT 支持](#2.1 NativeAOT 支持)
- [2.2 性能优化](#2.2 性能优化)
- [2.3 质量改进](#2.3 质量改进)
- [3. 项目结构与开发流程](#3. 项目结构与开发流程)
-
- [3.1 项目模板](#3.1 项目模板)
- [3.2 典型项目结构](#3.2 典型项目结构)
- [3.3 开发环境要求](#3.3 开发环境要求)
- [4. MAUI 开发实战](#4. MAUI 开发实战)
-
- [4.1 创建 MAUI 项目](#4.1 创建 MAUI 项目)
- [4.2 基本页面示例](#4.2 基本页面示例)
- [4.3 平台特定代码](#4.3 平台特定代码)
- [5. 部署与发布](#5. 部署与发布)
-
- [5.1 调试与运行](#5.1 调试与运行)
- [5.2 发布应用](#5.2 发布应用)
- [6. 性能优化技巧](#6. 性能优化技巧)
- [7. 与其他技术的比较](#7. 与其他技术的比较)
- [8. 未来发展方向](#8. 未来发展方向)
- [9. 学习资源](#9. 学习资源)
- 全文总结
摘要: 本文介绍了C#语言结合.NET 8在Web和移动开发中的应用,重点阐述了ASP.NET Core、Blazor和.NET MAUI三大框架。ASP.NET Core在.NET 8中引入了NativeAOT支持、增强的身份验证方案和Blazor全栈改进等新特性;Blazor实现了渲染模式统一、流式渲染和增强表单处理等功能,并优化了性能和状态管理;.NET MAUI提供了跨平台统一性和现代化开发模式,在.NET 8中获得了性能优化和质量改进。文章还涉及了开发实践、部署选项和最佳实践等内容。
关键词:C#,.NET 8,Web开发,移动开发,ASP.NET Core,Blazor,.NET MAUI,NativeAOT,跨平台
AI助手:DeepSeek、Kimi
一、C#语言Web和移动项目开发
C#语言结合.NET 8可以完成多种Web和移动项目开发,以下是具体介绍:
1. Web项目开发
- Web API开发:可以使用ASP.NET Core构建Web API项目,通过定义控制器和路由来处理HTTP请求和响应。例如,可以创建一个简单的天气预报API,客户端可以通过HTTP请求获取天气数据。
- 全栈Web应用开发:借助Blazor框架,可以使用C#而不是JavaScript来生成交互式的Web UI。Blazor支持在服务器端和客户端之间无缝切换,提供全栈开发体验。例如,可以开发一个在线购物网站,前端使用Blazor组件实现交互,后端通过Web API提供数据支持。
- 高性能Web应用开发:.NET 8支持原生AOT编译,能够缩短启动时间和减少内存占用。此外,还可以通过配置响应压缩中间件来减小API响应的大小,提升客户端在慢速网络上的加载速度。
- Razor Pages和MVC开发:使用Razor Pages可以简化小型网站动态网页的创建过程。对于大型、复杂的网站,可以采用ASP.NET Core MVC模式,便于进行单元测试和管理。
2. 移动项目开发
- 跨平台移动应用开发:通过.NET MAUI(Multi-platform App UI)框架,可以使用单一项目系统和单一代码库构建WinUI、Mac Catalyst、iOS和Android应用程序。例如,可以开发一个跨平台的记事本应用,其UI和逻辑代码在不同平台上共享。
- 原生体验增强:在移动开发中,可以调用原生API和库来增强应用的原生体验。例如,在iOS应用中调用特定的iOS原生功能,如摄像头或传感器。
- 性能优化:可以使用异步编程模型提高应用的响应速度,使用数据绑定和MVVM模式简化UI更新流程。此外,.NET 8的性能优化特性也有助于提升移动应用的性能。
二、ASP.NET Core
.NET 8 是微软推出的最新长期支持(LTS)版本,其中的 ASP.NET Core 带来了许多重要改进和新特性。本文将全面解析 .NET 8 中 ASP.NET Core 的核心功能、架构设计和最佳实践。
1. ASP.NET Core 基础架构
1.1 请求处理管道
ASP.NET Core 的请求处理管道由一系列中间件组成,每个组件在 HttpContext
上执行操作,调用管道中的下一个中间件或终止请求。典型的中间件配置如下:
csharp
var builder = WebApplication.CreateBuilder(args);
var app = builder.Build();
app.UseExceptionHandler("/Error");
app.UseHsts();
app.UseHttpsRedirection();
app.UseStaticFiles();
app.UseRouting();
app.UseCors();
app.UseAuthentication();
app.UseAuthorization();
app.MapControllers();
app.Run();
1.2 主机模型
.NET 8 提供了三种不同的主机模型来运行 ASP.NET Core 应用:
- WebApplication 最小主机:推荐的新方式,简化了配置
- .NET 泛型主机:使用
ConfigureWebHostDefaults
- ASP.NET Core WebHost:传统方式,已逐渐被淘汰
1.3 服务器选项
ASP.NET Core 应用使用 HTTP 服务器实现侦听 HTTP 请求,主要选项包括:
- Kestrel:跨平台的高性能服务器(默认)
- HTTP.sys:仅限 Windows
- IIS:Windows 上的传统托管方式
2. 核心新特性
2.1 NativeAOT 支持
.NET 8 显著改进了 ASP.NET Core 的 NativeAOT(提前编译)支持:
- 生成独立可执行文件,无需安装 .NET 运行时
- 显著提升启动速度,降低内存占用
- 支持 Minimal APIs、gRPC、健康检查等核心功能
NativeAOT 的目标指标包括:
- 10MB 的可执行文件大小
- <50 毫秒的启动时间
- <50 MB 的工作集内存占用
2.2 增强的身份验证方案
.NET 8 提供了更灵活的身份验证机制,支持在同一应用中处理多种身份验证方案:
csharp
services.AddAuthentication()
.AddJwtBearer("Scheme_ServerA", options => { /* 配置A */ })
.AddJwtBearer("Scheme_ServerB", options => { /* 配置B */ })
.AddScheme<CustomAuthSchemeOptions, CustomAuthenticationHandler>("CustomToken", options => { });
支持包括 JWT、API 密钥、IdentityServer 等多种认证方式。
2.3 Blazor 全栈改进
Blazor 在 .NET 8 中获得了重大更新:
- 统一模板:Blazor Web App 模板整合了服务器和 WebAssembly 渲染
- 流式渲染:在执行异步操作时先渲染占位内容
- 增强表单处理:支持服务器端处理表单提交
- 自动渲染模式:根据情况自动选择服务器或 WebAssembly 渲染
2.4 性能优化
.NET 8 在性能方面有多项改进:
- HTTP/3 支持(默认禁用但可启用)
- 减少内存分配
- 改进的 JSON 序列化
- AVX-512 指令集支持
3. 项目类型与模板
.NET 8 提供了多种 ASP.NET Core 项目模板:
- Web API:构建 RESTful HTTP 接口
- MVC 应用:传统的 Model-View-Controller 模式
- Razor Pages:页面为中心的开发模型
- Blazor 应用:全栈 Web UI 框架
- gRPC 服务:高性能 RPC 框架
- SignalR 应用:实时通信解决方案
4. 开发实践
4.1 依赖注入
ASP.NET Core 内置了强大的依赖注入系统,支持:
- 构造函数注入
- 服务生命周期(Singleton、Scoped、Transient)
- 命名服务(Keyed Services)
csharp
builder.Services.AddKeyedSingleton<ICache, BigCache>("big");
builder.Services.AddKeyedSingleton<ICache, SmallCache>("small");
4.2 配置管理
.NET 8 提供了灵活的配置系统,支持:
- appsettings.json 文件
- 环境变量
- 命令行参数
- Azure Key Vault 等外部配置源
4.3 日志记录
ASP.NET Core 的日志系统支持多种输出方式:
- 控制台
- 调试窗口
- 文件
- Azure Application Insights
5. 部署选项
.NET 8 ASP.NET Core 应用可以部署到多种环境:
- Azure App Service:完全托管的 PaaS 服务
- Docker 容器:跨平台部署
- IIS:Windows 传统托管
- Linux 服务器:使用 Nginx/Apache 反向代理
- Kubernetes:云原生部署
6. 监控与诊断
.NET 8 增强了应用监控能力:
- 内置健康检查端点
- 改进的指标收集
- OpenTelemetry 集成
- 增强的异常处理
7. 最佳实践
- 使用 HttpClientFactory 管理 HTTP 客户端
- 启用 HTTPS 重定向 增强安全性
- 合理配置 CORS 策略
- 利用中间件 处理横切关注点
- 考虑 NativeAOT 用于云原生和 Serverless 场景
小结
.NET 8 中的 ASP.NET Core 提供了更强大、更灵活和更高性能的 Web 开发平台。从基础架构到高级特性,从开发实践到部署选项,它都进行了全面增强,特别是 NativeAOT 支持和 Blazor 的改进使其成为构建现代 Web 应用的理想选择。
三、Blazor
Blazor 是 .NET 8 中革命性的全栈 Web 框架,它统一了服务器端和客户端 Web 开发模型。以下是 .NET 8 中 Blazor 的全面解析:
1. Blazor 架构演进
1.1 渲染模式统一
.NET 8 将之前的 Blazor Server 和 Blazor WebAssembly 合并为单一编程模型,提供四种渲染模式:
- 静态服务器渲染 (Static SSR) - 传统 Razor Pages 方式
- 交互式服务器渲染 (Interactive Server) - 原 Blazor Server
- 交互式 WebAssembly 渲染 (Interactive WebAssembly) - 原 Blazor WASM
- 自动渲染 (Auto) - 智能选择最佳模式
1.2 新项目模板
bash
dotnet new blazor -o BlazorApp
新模板生成的项目结构包含:
Components/
- 可复用组件Pages/
- 页面组件App.razor
- 应用根组件Program.cs
- 统一配置入口
2. 核心新特性
2.1 流式渲染 (Streaming Rendering)
csharp
@page "/streaming"
@attribute [StreamRendering(true)]
<PageTitle>流式渲染示例</PageTitle>
<h1>实时数据流</h1>
@if (data == null)
{
<p><em>加载中...</em></p>
}
else
{
<ul>
@foreach (var item in data)
{
<li>@item</li>
}
</ul>
}
@code {
private string[]? data;
protected override async Task OnInitializedAsync()
{
// 模拟长时间运行的操作
await Task.Delay(3000);
data = Enumerable.Range(1, 50).Select(i => $"项目 {i}").ToArray();
}
}
2.2 增强的表单处理
csharp
@page "/form"
@rendermode InteractiveServer
<EditForm Model="@user" OnValidSubmit="HandleValidSubmit">
<DataAnnotationsValidator />
<ValidationSummary />
<div class="form-group">
<label>用户名</label>
<InputText @bind-Value="user.Username" />
</div>
<div class="form-group">
<label>邮箱</label>
<InputText @bind-Value="user.Email" />
</div>
<button type="submit" class="btn btn-primary">提交</button>
</EditForm>
@code {
private User user = new();
private void HandleValidSubmit()
{
// 处理表单提交
Console.WriteLine($"提交用户: {user.Username}");
}
public class User
{
[Required]
[StringLength(20)]
public string Username { get; set; }
[Required]
[EmailAddress]
public string Email { get; set; }
}
}
2.3 改进的 JavaScript 互操作
csharp
// 定义强类型 JS 引用
[JSImport("interop.js", "MyJsFunctions")]
public static partial class MyJsInterop
{
[JSMethod]
public static partial string ShowAlert(string message);
}
// 组件中使用
@inject IJSRuntime JS
<button @onclick="ShowAlert">显示弹窗</button>
@code {
private async Task ShowAlert()
{
await MyJsInterop.ShowAlert("来自 .NET 的消息!");
}
}
3. 性能优化
3.1 组件级渲染模式
csharp
// 页面级渲染模式
@page "/counter"
@rendermode InteractiveAuto
// 组件级渲染模式
<MyComponent @rendermode="RenderMode.InteractiveServer" />
3.2 预渲染优化
csharp
@page "/prerender"
@attribute [Prerender(true)]
<h1>预渲染页面</h1>
<p>生成时间: @DateTime.Now</p>
3.3 改进的 WebAssembly 性能
- AOT 编译优化
- 更小的运行时
- 更快的启动时间
4. 状态管理
4.1 增强的依赖注入
csharp
// 注册服务
builder.Services.AddCascadingValue(sp => new AppState());
// 组件中使用
[CascadingParameter]
public AppState AppState { get; set; }
4.2 持久化状态
csharp
@page "/state"
@rendermode InteractiveServer
@inject PersistentComponentState ApplicationState
<h1>持久化状态示例</h1>
<p>计数器: @currentCount</p>
<button @onclick="IncrementCount">增加</button>
@code {
private PersistingComponentStateSubscription persistingSubscription;
private int currentCount;
protected override void OnInitialized()
{
persistingSubscription = ApplicationState.RegisterOnPersisting(PersistState);
if (ApplicationState.TryTakeFromJson<int>("count", out var restoredCount))
{
currentCount = restoredCount;
}
}
private void IncrementCount()
{
currentCount++;
}
private Task PersistState()
{
ApplicationState.PersistAsJson("count", currentCount);
return Task.CompletedTask;
}
public void Dispose()
{
persistingSubscription.Dispose();
}
}
5. 安全增强
5.1 身份验证集成
csharp
@page "/secure"
@attribute [Authorize]
@rendermode InteractiveServer
<h1>受保护页面</h1>
<p>欢迎, @context.User.Identity?.Name!</p>
@code {
[CascadingParameter]
private Task<AuthenticationState> context { get; set; }
}
5.2 防伪令牌
csharp
@page "/form-with-antiforgery"
@attribute [ValidateAntiForgeryToken]
<EditForm method="post">
<!-- 表单内容 -->
</EditForm>
6. 部署选项
6.1 混合部署模式
csharp
// Program.cs 配置
app.MapRazorComponents<App>()
.AddInteractiveServerRenderMode()
.AddInteractiveWebAssemblyRenderMode();
6.2 渐进式 Web 应用 (PWA)
bash
dotnet new blazor --pwa
7. 最佳实践
-
合理选择渲染模式:
- 使用 Static SSR 获取内容
- 关键交互使用 Interactive Server
- 复杂客户端逻辑使用 WebAssembly
-
组件设计原则:
- 保持组件小型化
- 避免过度嵌套
- 合理使用生命周期方法
-
性能优化技巧:
- 虚拟化长列表
- 延迟加载非关键组件
- 使用
@key
优化渲染
-
调试建议:
- 浏览器开发者工具
- .NET WebAssembly 调试
- 服务器端日志
小结
.NET 8 中的 Blazor 代表了 Web 开发的未来方向,它通过统一的编程模型、灵活的渲染策略和显著的性能改进,使开发者能够构建现代、高效的全栈 Web 应用。无论是简单的内容网站还是复杂的企业级应用,Blazor 都提供了强大的工具和框架支持。
四、.NET MAUI
.NET MAUI (Multi-platform App UI) 是微软推出的下一代跨平台应用开发框架,作为 Xamarin.Forms 的继任者,它允许开发者使用单一代码库构建适用于 Android、iOS、macOS 和 Windows 的原生应用。.NET 8 为 MAUI 带来了多项重要改进,包括性能优化、新功能和更好的开发体验。
1. .NET MAUI 核心特性
1.1 跨平台统一性
.NET MAUI 提供了一套统一的 API,使开发者能够:
- 单一代码库:使用 C# 和 XAML 编写一次代码,即可部署到多个平台
- 统一项目结构:不再需要为每个平台维护多个项目文件,简化了项目管理
- 原生性能:充分利用各平台的原生控件和硬件加速能力
1.2 现代化开发模式
- MVVM (Model-View-ViewModel):支持数据绑定和命令模式,适用于复杂业务逻辑
- MVU (Model-View-Update):基于函数式编程的架构,简化状态管理
- Blazor 集成:允许在 MAUI 应用中使用 Blazor 组件构建混合 UI
2. .NET 8 中的新特性
2.1 NativeAOT 支持
.NET 8 为 MAUI 引入了 NativeAOT(提前编译)支持,显著优化了应用性能:
- 更小的应用体积:通过裁剪未使用的代码减少包大小
- 更快的启动时间:消除 JIT 编译开销,提高冷启动速度
- 更低的内存占用:适用于资源受限的移动设备
2.2 性能优化
- AndroidStripILAfterAOT:优化 Android 应用的 IL 代码裁剪
- AndroidEnableMarshalMethods:改进 Android 平台互操作性能
- iOS NativeAOT:首次为 iOS 提供 NativeAOT 支持
2.3 质量改进
- 热重载增强:提供更稳定的 XAML 和 C# 热重载体验
- 可视状态管理器改进:更灵活地管理 UI 状态变化
- 绑定系统优化:提升数据绑定性能和可靠性
3. 项目结构与开发流程
3.1 项目模板
.NET 8 MAUI 提供两种主要项目模板:
- MAUI 应用:基于 XAML 和 C# 的传统跨平台应用
- MAUI Blazor 应用:结合 Blazor 的混合开发模式
3.2 典型项目结构
MyMauiApp/
├── Platforms/ # 平台特定代码
│ ├── Android/
│ ├── iOS/
│ ├── MacCatalyst/
│ └── Windows/
├── Resources/ # 共享资源
│ ├── Fonts/
│ ├── Images/
│ └── Styles/
├── App.xaml # 全局应用定义
└── MainPage.xaml # 主页面定义
3.3 开发环境要求
- Visual Studio 2022 17.8+(Windows)
- .NET 8 SDK
- Xcode 15+(macOS 开发 iOS 应用)
- Android SDK(Android 开发)
4. MAUI 开发实战
4.1 创建 MAUI 项目
bash
dotnet new maui -n MyMauiApp
或通过 Visual Studio 选择 ".NET MAUI App" 模板
4.2 基本页面示例
MainPage.xaml
xml
<ContentPage xmlns="http://schemas.microsoft.com/dotnet/2021/maui"
xmlns:x="http://schemas.microsoft.com/winfx/2009/xaml"
x:Class="MyMauiApp.MainPage">
<VerticalStackLayout>
<Label Text="Welcome to .NET MAUI!"
FontSize="32"
HorizontalOptions="Center" />
<Button Text="Click Me"
Clicked="OnButtonClicked" />
</VerticalStackLayout>
</ContentPage>
MainPage.xaml.cs
csharp
public partial class MainPage : ContentPage
{
public MainPage()
{
InitializeComponent();
}
private void OnButtonClicked(object sender, EventArgs e)
{
DisplayAlert("Message", "Button was clicked!", "OK");
}
}
4.3 平台特定代码
通过条件编译或依赖注入处理平台差异:
csharp
#if ANDROID
// Android 特定代码
#elif IOS
// iOS 特定代码
#endif
5. 部署与发布
5.1 调试与运行
- Windows:直接运行或部署到本地机器
- Android:使用模拟器或真机调试
- iOS:需要 macOS 和 Xcode
5.2 发布应用
Android 发布命令
bash
dotnet publish -f net8.0-android -c Release
iOS 发布命令
bash
dotnet publish -f net8.0-ios -c Release
6. 性能优化技巧
- 减少视图层级:简化 XAML 布局结构
- 使用懒加载:延迟初始化非关键组件
- 优化图片资源:使用适当分辨率的图像
- 启用 AOT 编译:减少运行时开销
- 使用数据缓存:减少重复计算和网络请求
7. 与其他技术的比较
框架 | 优点 | 缺点 | 适用场景 |
---|---|---|---|
.NET MAUI | 单一代码库、原生性能、.NET 生态 | 较新、生态系统仍在成长 | 企业应用、跨平台工具 |
Flutter | 高性能、丰富的 UI 组件 | Dart 语言学习曲线 | 复杂 UI 应用 |
React Native | JavaScript 生态、社区活跃 | 性能稍逊、需要原生模块 | 前端开发者快速迭代 |
Xamarin.Forms | 成熟稳定 | 架构较旧 | 现有 Xamarin 项目维护 |
8. 未来发展方向
- 更广泛的平台支持:可能扩展至更多设备类型
- 更深度 Blazor 集成:增强 Web 和移动的统一开发体验
- AI 能力集成:结合 .NET 的 AI 库提供智能功能
- 更完善的工具链:改进 Visual Studio 和 CLI 工具支持
9. 学习资源
.NET 8 MAUI 代表了微软在跨平台开发领域的最新进展,通过统一的开发模型、性能优化和现代化工具链,为开发者提供了构建高质量跨平台应用的高效解决方案。
全文总结
本文详细介绍了C#语言结合.NET 8在Web和移动项目开发中的应用,重点探讨了ASP.NET Core、Blazor和.NET MAUI三大框架的核心特性、新功能及开发实践。在Web项目开发中,ASP.NET Core通过改进的请求处理管道、多种主机模型和服务器选项,支持Web API、全栈Web应用、高性能应用开发等多种场景,并在.NET 8中引入了NativeAOT支持、增强的身份验证方案和Blazor全栈改进等新特性。Blazor作为全栈Web框架,在.NET 8中实现了渲染模式统一、流式渲染、增强表单处理和改进的JavaScript互操作等功能,同时优化了性能和状态管理。.NET MAUI作为跨平台移动应用开发框架,提供了单一代码库构建多平台应用的能力,支持多种开发模式,在.NET 8中获得了NativeAOT支持、性能优化和质量改进。文章还分别介绍了这三大框架的开发实践、部署选项、监控与诊断、最佳实践等内容,为开发者提供了全面的指导。