C#中的WebAssembly与Blazor应用

C# 中的 WebAssembly 与 Blazor 应用

一、WebAssembly 基础

WebAssembly（缩写为 Wasm）是一种新的字节码格式，旨在为 web 带来高性能的可移植代码。它最初是作为一种在 web 浏览器中运行 C 和 C++ 代码的方式而设计的，但现在已经支持多种编程语言，包括 C#。

WebAssembly 的设计目标主要有以下几点：

高性能：WebAssembly 被设计为接近原生性能。它的二进制格式可以被现代 CPU 高效地解码和执行，通过减少解释和编译的开销，使得在浏览器内运行复杂计算密集型任务成为可能，例如 3D 游戏、视频编辑等应用。
可移植性：它可以在不同的操作系统（如 Windows、MacOS、Linux 等）和不同的浏览器（Chrome、Firefox、Safari 等）上运行，提供了一种统一的运行环境，开发者无需针对不同平台编写大量特定代码。
安全性：WebAssembly 在沙箱环境中运行，限制了对底层系统资源的直接访问，防止恶意代码对用户系统造成损害。它与 JavaScript 共享相同的安全模型，浏览器可以对其进行严格的安全检查。

WebAssembly 代码通常由高级语言（如 C、C++、Rust、C# 等）编译生成。编译过程将高级语言代码转换为 WebAssembly 字节码（.wasm 文件）。在浏览器中，.wasm 文件会被下载并通过 JavaScript 加载。JavaScript 可以与 WebAssembly 模块进行交互，调用其函数并传递数据，同时 WebAssembly 也可以调用 JavaScript 函数，这种双向通信机制使得 WebAssembly 能够无缝集成到现有的 web 开发生态系统中。

二、C# 与 WebAssembly 的结合

在 C# 生态系统中，通过特定的工具和框架，可以将 C# 代码编译为 WebAssembly。这主要依赖于.NET 平台的相关技术，特别是.NET Core 和 Mono 项目。

工具链：
- dotnet-sdk：.NET 开发工具包是编译 C# 代码为 WebAssembly 的基础工具。它提供了一系列命令行工具，用于创建、构建和运行.NET 项目。例如，可以使用 dotnet new 命令创建一个新的 Blazor 项目，dotnet build 命令编译项目，dotnet run 命令运行项目。
- Mono：Mono 是一个开源的跨平台.NET 实现，它在将 C# 代码编译为 WebAssembly 的过程中发挥了重要作用。Mono 提供了运行时环境和编译器，使得 C# 代码可以在非 Windows 平台（如 Linux、macOS）以及 web 浏览器中运行。
编译过程：当将 C# 代码编译为 WebAssembly 时，首先会使用 Roslyn 编译器将 C# 代码编译为中间语言（IL）。然后，通过特定的工具（如 Mono 工具链中的工具）将 IL 进一步转换为 WebAssembly 字节码。这个过程涉及到对 IL 代码的分析、优化以及与 WebAssembly 指令集的映射。例如，IL 中的方法调用、变量声明等操作会被转换为对应的 WebAssembly 指令。下面是一个简单的 C# 代码示例，展示一个基本的类和方法：

public class Calculator
{
    public int Add(int a, int b)
    {
        return a + b;
    }
}

在将这段代码编译为 WebAssembly 后，Add 方法会被转换为 WebAssembly 指令，在浏览器环境中可以被调用并执行加法运算。

三、Blazor 框架介绍

Blazor 是一个使用 C# 构建交互式 web UI 的框架。它允许开发者使用 C# 和 HTML 来创建单页应用（SPA）和服务器端渲染（SSR）应用，而无需编写大量 JavaScript 代码。Blazor 基于 WebAssembly 技术，为 C# 开发者提供了一种在 web 前端开发领域大展身手的途径。

Blazor 的优势：
- 熟悉的语言：对于 C# 开发者来说，Blazor 使得他们可以在前端和后端都使用相同的语言进行开发。这减少了学习曲线，提高了开发效率，因为开发者无需在不同的语言（如 JavaScript 和 C#）之间频繁切换。
- 组件化开发：Blazor 采用组件化的开发模式，类似于 React 或 Vue.js。开发者可以将 UI 拆分为多个可复用的组件，每个组件都有自己的逻辑和样式。这使得代码的维护和扩展更加容易，同时也提高了代码的可测试性。
- 高性能：由于基于 WebAssembly，Blazor 应用可以在浏览器中以接近原生的性能运行。WebAssembly 的高效执行使得 Blazor 应用在处理复杂 UI 交互和计算任务时表现出色。
Blazor 的类型：
- Blazor WebAssembly：也称为客户端 Blazor，在这种模式下，应用的所有代码（包括.NET 运行时、应用逻辑和 UI 组件）都被编译为 WebAssembly 并下载到浏览器中。应用在客户端运行，与服务器的交互通过 HTTP 进行。这种模式适用于创建高度交互式的单页应用，用户体验流畅，因为所有交互都在本地处理，无需频繁与服务器通信。
- Blazor Server：在 Blazor Server 模式下，应用的主要逻辑在服务器端运行。浏览器通过 SignalR 与服务器建立实时连接，UI 交互事件通过该连接发送到服务器，服务器处理这些事件并更新 UI，然后将更新后的 UI 部分发送回浏览器。这种模式的优点是应用的初始加载速度快，因为只需要下载少量的 JavaScript 和 HTML 代码，同时服务器端的资源可以被充分利用。但它对网络连接的稳定性要求较高，因为所有交互都依赖于与服务器的实时连接。

四、创建 Blazor WebAssembly 应用

创建项目：首先，确保你已经安装了.NET SDK。打开命令行，使用以下命令创建一个新的 Blazor WebAssembly 项目：

dotnet new blazorwasm -o MyBlazorApp
cd MyBlazorApp

这将创建一个名为 MyBlazorApp 的新项目，并进入该项目目录。 2. 项目结构：

Pages 文件夹：存放应用的页面组件。每个页面通常是一个 Razor 组件文件（.razor 后缀），例如 Index.razor 是应用的首页。
Shared 文件夹：包含可在整个应用中共享的组件，如导航栏、页脚等组件。
wwwroot 文件夹：存放静态资源，如 CSS 文件、JavaScript 文件、图片等。
App.razor：这是应用的入口组件，它定义了应用的整体布局和路由配置。
Program.cs：在 Blazor WebAssembly 应用中，Program.cs 负责启动应用，配置服务等。例如：

using Microsoft.AspNetCore.Components.WebAssembly.Hosting;
using Microsoft.Extensions.DependencyInjection;
using MyBlazorApp;
using System;
using System.Net.Http;
using System.Threading.Tasks;

namespace MyBlazorApp
{
    public class Program
    {
        public static async Task Main(string[] args)
        {
            var builder = WebAssemblyHostBuilder.CreateDefault(args);
            builder.RootComponents.Add<App>("#app");

            builder.Services.AddScoped(sp => new HttpClient { BaseAddress = new Uri(builder.HostEnvironment.BaseAddress) });

            await builder.Build().RunAsync();
        }
    }
}

这里，WebAssemblyHostBuilder.CreateDefault(args) 创建一个默认的 WebAssembly 主机生成器，builder.RootComponents.Add<App>("#app") 将 App 组件添加到页面的 #app 元素中，builder.Services.AddScoped(sp => new HttpClient { BaseAddress = new Uri(builder.HostEnvironment.BaseAddress) }) 配置了一个 HTTP 客户端服务，用于与服务器进行通信。 3. 编写页面组件：以 Index.razor 为例，它是应用的首页组件。下面是一个简单的 Index.razor 示例：

@page "/"
@using Microsoft.AspNetCore.Components.Web

<h1>Welcome to my Blazor App</h1>

<button @onclick="IncrementCount">Click me</button>
<p>Current count: @count</p>

@code {
    private int count = 0;

    private void IncrementCount()
    {
        count++;
    }
}

在这个示例中，@page "/" 定义了该组件是应用的首页路由。<h1> 标签显示标题，<button> 标签定义了一个按钮，@onclick="IncrementCount" 绑定了按钮的点击事件到 IncrementCount 方法。<p> 标签显示当前的计数，@count 是一个 Razor 表达式，用于在 HTML 中显示 C# 变量 count 的值。在 @code 块中，定义了 count 变量和 IncrementCount 方法，当按钮被点击时，count 变量的值会增加。

五、Blazor 组件与数据绑定

组件参数： Blazor 组件可以通过参数接收数据。例如，创建一个简单的 Greeting 组件，它接收一个 Name 参数并显示个性化的问候语。首先，在 Shared 文件夹中创建 Greeting.razor 文件：

@using Microsoft.AspNetCore.Components

<h2>Hello, @Name!</h2>

@code {
    [Parameter]
    public string Name { get; set; }
}

然后在 Index.razor 中使用这个组件：

@page "/"
@using Microsoft.AspNetCore.Components.Web
@using MyBlazorApp.Shared

<h1>Welcome to my Blazor App</h1>

<Greeting Name="John" />

@code {
}

在这个例子中，Greeting 组件的 Name 参数通过 <Greeting Name="John" /> 进行赋值，Greeting 组件会显示 Hello, John!。 2. 双向数据绑定：双向数据绑定允许在 UI 元素和 C# 变量之间自动同步数据。例如，创建一个简单的文本输入框，当输入内容时，C# 变量的值也随之改变，同时变量值的改变也会反映在输入框中。在 Index.razor 中添加如下代码：

@page "/"
@using Microsoft.AspNetCore.Components.Web

<h1>Two - way Binding Example</h1>

<input type="text" @bind="userInput" />
<p>You entered: @userInput</p>

@code {
    private string userInput = "";
}

这里，@bind="userInput" 实现了双向数据绑定。当用户在输入框中输入内容时，userInput 变量的值会自动更新，同时 userInput 变量值的任何改变也会立即反映在输入框中。

六、Blazor 中的依赖注入

依赖注入（Dependency Injection，简称 DI）是一种设计模式，它允许将对象的创建和依赖关系的管理从对象本身分离出来。在 Blazor 应用中，依赖注入被广泛使用，以提高代码的可测试性和可维护性。

注册服务：在 Program.cs 中，可以注册各种服务。例如，假设我们有一个简单的 IWeatherService 接口和它的实现 WeatherService：

public interface IWeatherService
{
    string GetWeatherForecast();
}

public class WeatherService : IWeatherService
{
    public string GetWeatherForecast()
    {
        return "Sunny";
    }
}

在 Program.cs 中注册该服务：

using Microsoft.AspNetCore.Components.WebAssembly.Hosting;
using Microsoft.Extensions.DependencyInjection;
using MyBlazorApp;
using System;
using System.Net.Http;
using System.Threading.Tasks;

namespace MyBlazorApp
{
    public class Program
    {
        public static async Task Main(string[] args)
        {
            var builder = WebAssemblyHostBuilder.CreateDefault(args);
            builder.RootComponents.Add<App>("#app");

            builder.Services.AddScoped(sp => new HttpClient { BaseAddress = new Uri(builder.HostEnvironment.BaseAddress) });
            builder.Services.AddScoped<IWeatherService, WeatherService>();

            await builder.Build().RunAsync();
        }
    }
}

这里，builder.Services.AddScoped<IWeatherService, WeatherService>() 将 WeatherService 注册为 IWeatherService 的实现，作用域为 Scoped，表示在每个请求或组件生命周期内共享同一个实例。 2. 使用服务：在组件中，可以通过构造函数注入来使用注册的服务。例如，在 Index.razor 中：

@page "/"
@using Microsoft.AspNetCore.Components.Web
@inject IWeatherService WeatherService

<h1>Weather Forecast</h1>
<p>The weather forecast is: @WeatherService.GetWeatherForecast()</p>

@code {
}

这里，@inject IWeatherService WeatherService 声明了要注入的 IWeatherService 服务，然后在组件中可以直接使用 WeatherService.GetWeatherForecast() 方法来获取天气预报信息。

七、Blazor 与 JavaScript 互操作

尽管 Blazor 允许使用 C# 构建前端应用，但在某些情况下，仍然需要与 JavaScript 进行交互，例如使用现有的 JavaScript 库或调用浏览器特定的 API。

从 Blazor 调用 JavaScript：首先，在 wwwroot 文件夹中创建一个 JavaScript 文件，例如 interop.js：

export function showAlert(message) {
    alert(message);
}

然后在 Blazor 组件中调用这个 JavaScript 函数。在 Index.razor 中：

@page "/"
@using Microsoft.AspNetCore.Components.Web
@inject IJSRuntime JSRuntime

<h1>Call JavaScript from Blazor</h1>
<button @onclick="CallJsFunction">Call JavaScript Alert</button>

@code {
    private async Task CallJsFunction()
    {
        await JSRuntime.InvokeVoidAsync("interop.showAlert", "Hello from Blazor!");
    }
}

这里，@inject IJSRuntime JSRuntime 注入了 IJSRuntime 接口，它提供了与 JavaScript 运行时交互的方法。await JSRuntime.InvokeVoidAsync("interop.showAlert", "Hello from Blazor!") 调用了 interop.js 中的 showAlert 函数，并传递了一个字符串参数。 2. 从 JavaScript 调用 Blazor：假设我们有一个 Blazor 组件方法，需要从 JavaScript 调用。在 Index.razor 中添加如下代码：

@page "/"
@using Microsoft.AspNetCore.Components.Web
@inject IJSRuntime JSRuntime

<h1>Call Blazor from JavaScript</h1>

@code {
    [JSInvokable]
    public static string GetMessage()
    {
        return "Message from Blazor";
    }

    protected override async Task OnAfterRenderAsync(bool firstRender)
    {
        if (firstRender)
        {
            await JSRuntime.InvokeVoidAsync("import", "./interop.js");
        }
    }
}

在 interop.js 中添加如下代码：

import { DotNet } from '@microsoft/dotnet - blazor';

export async function callBlazorFunction() {
    const dotnetAssembly = await DotNet.load({
        assemblyName: 'MyBlazorApp',
        dotnetRoot: 'dotnet'
    });
    const obj = dotnetAssembly.getExport('MyBlazorApp.Index');
    const message = await obj.invokeMethodAsync('GetMessage');
    console.log(message);
}

这里，[JSInvokable] 特性标记了 GetMessage 方法，使其可以被 JavaScript 调用。OnAfterRenderAsync 方法在组件渲染后导入 interop.js 文件。在 JavaScript 中，通过 DotNet.load 加载 Blazor 程序集，然后获取 Index 组件的实例并调用 GetMessage 方法。

八、部署 Blazor WebAssembly 应用

构建应用：在项目目录下，使用以下命令构建发布版本的应用：

dotnet publish -c Release -o publish

这将在 publish 文件夹中生成发布版本的文件，包括编译后的 WebAssembly 代码、静态资源等。 2. 部署到服务器：可以将 publish 文件夹中的内容部署到任何支持静态文件托管的服务器上，如 IIS、Apache 或云服务提供商（如 Azure Static Web Apps、AWS S3 等）。

IIS 部署：在 IIS 中创建一个新的网站或应用程序，将 publish 文件夹的内容复制到该网站的物理路径下。确保 IIS 配置正确，能够处理静态文件和 WebAssembly 文件的请求。
Azure Static Web Apps 部署：首先，在 Azure 门户中创建一个静态 Web 应用资源。然后，使用 GitHub 或其他代码托管平台与 Azure 集成，将项目的发布版本自动部署到 Azure Static Web Apps。在部署过程中，Azure 会自动检测项目类型并进行相应的配置。

通过以上步骤，一个 Blazor WebAssembly 应用就可以成功部署并在浏览器中访问。

通过深入了解 C# 中的 WebAssembly 与 Blazor 应用，开发者可以利用 C# 的强大功能和丰富的生态系统，在 web 前端开发领域创建出高性能、可维护的应用程序。无论是小型的单页应用还是大型的企业级应用，Blazor 都提供了一种极具吸引力的开发方式。