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基于.Net平臺應用程序唯一運行實(shí)例實(shí)現

發(fā)布日期： 2006-06-30 | 更新日期： 2006-07-04
作者：鄭佐
適用于： Windows 操作系統
.NET Framework 1.x，2.0運行時(shí)環(huán)境
.NET Windows開(kāi)發(fā)

摘要：本文闡述了在基于.NET平臺的應用程序開(kāi)發(fā)中如何實(shí)現唯一應用程序運行實(shí)例，對幾種實(shí)現方式進(jìn)行分析測試比較，從而尋找一種合適的處理方式。單擊此處才查看本文的示例代碼。

內容索引
概述
進(jìn)程匹配
進(jìn)程互斥
運行標志
功能測試
更多資源

概述
在開(kāi)發(fā)一些應用系統的時(shí)候，由于程序內在的一些特征，系統的某些組成子程序只允許運行一個(gè)應用程序實(shí)例，以保證業(yè)務(wù)和數據處理安全。本文將從實(shí)際應用角度來(lái)分析其實(shí)現原理，對三種實(shí)現方式進(jìn)行測試比較，從而確定一種合適的實(shí)現方法。文章的例子使用C#語(yǔ)言進(jìn)行描述。

進(jìn)程匹配
對于每一個(gè)應用程序運行實(shí)例都會(huì )包含該實(shí)例的一個(gè)或多個(gè)進(jìn)程，而且在程序運行過(guò)程中可能會(huì )動(dòng)態(tài)的創(chuàng )建或銷(xiāo)毀進(jìn)程，或者訪(fǎng)問(wèn)其他現有進(jìn)程進(jìn)行通信。不難發(fā)現，在程序最先初始化的那一刻只有一個(gè)進(jìn)程運行，而且應用程序進(jìn)程生命周期最大進(jìn)程名稱(chēng)集合是不變的。因此，在應用程序初始化的時(shí)候，可以根據進(jìn)程關(guān)鍵信息檢查系統進(jìn)程列表是否存在同當前初始化進(jìn)程匹配的進(jìn)程來(lái)確定是否已經(jīng)運行進(jìn)程實(shí)例。
邏輯處理步驟如下，
1．初始化應用程序，啟動(dòng)程序初始化進(jìn)程；
2．訪(fǎng)問(wèn)系統進(jìn)程列表，根據初始化進(jìn)程關(guān)鍵信息進(jìn)行匹配查找；
3．沒(méi)有找到匹配進(jìn)程（這一步是不會(huì )發(fā)生的，因為當前初始化進(jìn)程也在列表中，不過(guò)還要看獲取進(jìn)程列表的實(shí)現代碼怎么寫(xiě)），繼續初始化進(jìn)程，程序初始化完成運行。
4．找到第一個(gè)匹配進(jìn)程，判斷找到的進(jìn)程ID是否同初始化進(jìn)程ID相同；
5．如果第一個(gè)匹配進(jìn)程ID同初始化進(jìn)程ID相同，則為當前初始化進(jìn)程，繼續查找；
6．沒(méi)有找到第二個(gè)匹配進(jìn)程，表明當前運行的是首個(gè)實(shí)例，繼續初始化進(jìn)程，程序初始化完成運行。
7．找到第二個(gè)，表明已有一個(gè)實(shí)例在運行，停止當前程序初始化，提示已有應用程序運行。
8．如果找到第一個(gè)匹配進(jìn)程ID不同，表明已有一個(gè)實(shí)例在運行，停止當前程序初始化，提示已有應用程序運行。

可見(jiàn)上面的邏輯實(shí)現中用于進(jìn)程匹配的信息是關(guān)鍵，選擇不當功能就無(wú)法實(shí)現。在這個(gè)實(shí)例中筆者使用了應用程序完全文件名稱(chēng)作為關(guān)鍵信息。
在代碼中首先需要引用下面命名空間，以調用WinAPI函數。
using System.Runtime.InteropServices;
把實(shí)現唯一運行實(shí)例功能的類(lèi)名取為SingleInstance，在類(lèi)前面加static關(guān)鍵字為C# 2.0新增的語(yǔ)言特征。
public static class SingleInstance {}
使用GetRunningInstance靜態(tài)方法獲取應用程序進(jìn)程實(shí)例,如果沒(méi)有匹配進(jìn)程，返回Null值，
public static Process GetRunningInstance()
{
Process currentProcess = Process.GetCurrentProcess(); //獲取當前進(jìn)程
//獲取當前運行程序完全限定名
string currentFileName = currentProcess.MainModule.FileName;
//獲取進(jìn)程名為ProcessName的Process數組。
Process[] processes = Process.GetProcessesByName(currentProcess.ProcessName);
//遍歷有相同進(jìn)程名稱(chēng)正在運行的進(jìn)程
foreach (Process process in processes)
{
if (process.MainModule.FileName == currentFileName)
{
if (process.Id != currentProcess.Id) //根據進(jìn)程ID排除當前進(jìn)程
return process;//返回已運行的進(jìn)程實(shí)例
}
}
return null;
}

接下來(lái)調用兩個(gè)WinAPI，其功能將在包裝方法中描述，
[DllImport("User32.dll")]
private static extern bool ShowWindowAsync(IntPtr hWnd, int cmdShow);
[DllImport("User32.dll")]
private static extern bool SetForegroundWindow(IntPtr hWnd);

定義類(lèi)成員輔助變量，
private const int WS_SHOWNORMAL = 1;

以上的方法聲明為私有，對其進(jìn)一步包裝，HandleRunningInstance靜態(tài)方法為獲取應用程序句柄，設置應用程序為前臺運行，并返回bool值。
public static bool HandleRunningInstance(Process instance)
{
//確保窗口沒(méi)有被最小化或最大化
ShowWindowAsync(instance.MainWindowHandle, WS_SHOWNORMAL);
//設置為foreground window
return SetForegroundWindow(instance.MainWindowHandle);
}

對上面的方法創(chuàng )建一個(gè)重載版本，使調用代碼更加簡(jiǎn)潔，
public static bool HandleRunningInstance()
{
Process p = GetRunningInstance();
if (p != null)
{
HandleRunningInstance(p);
return true;
}
return false;
}

上面的方法實(shí)現獲取已經(jīng)運行的進(jìn)程實(shí)例的句柄，并獲取其焦點(diǎn)顯示到前臺，這個(gè)很有用，在其他實(shí)現方式中也可以用到。

在Main函數中調用下面代碼實(shí)現單一應用程序實(shí)例，
Process p = SingleInstance.GetRunningInstance();
if (p != null) //已經(jīng)有應用程序副本執行
{
SingleInstance.HandleRunningInstance(p);
}
else //啟動(dòng)第一個(gè)應用程序
{
Application.Run(new MainForm());
}

簡(jiǎn)潔的調用為，
if (SingleInstance.HandleRunningInstance()== false)
{
Application.Run(new MainForm());
}

可見(jiàn)，在上面的實(shí)現過(guò)程中，由于關(guān)鍵信息采用應用程序的完整文件名，因此在文件名稱(chēng)或路徑名稱(chēng)修改后，以上實(shí)現就會(huì )失效。

進(jìn)程互斥
在這個(gè)實(shí)現方式中需要定義一個(gè)進(jìn)程同步基元，可以理解為臨界資源，該資源只允許一個(gè)進(jìn)程使用。根據這一點(diǎn)實(shí)現應用程序唯一運行實(shí)例就比較簡(jiǎn)單了。
實(shí)現步驟如下，
1．應用程序初始化訪(fǎng)問(wèn)該同步基元；
2．可以訪(fǎng)問(wèn)，說(shuō)明該同步基元未被使用，也就是說(shuō)沒(méi)有應用程序實(shí)例運行，使用同步基元，可以繼續初始化成為第一個(gè)運行實(shí)例。
3．不可以訪(fǎng)問(wèn)，說(shuō)明該同步基元已被使用，也就是說(shuō)已有應用程序實(shí)例運行，停止當前程序初始化，提示已有應用程序運行。
4．應用程序實(shí)例退出釋放同步基元占用。

在代碼中筆者使用System.Threading.Mutex類(lèi)實(shí)現同步基元，實(shí)現應用程序實(shí)例之間互斥功能。Mutex默認名字取Assembly.GetEntryAssembly().FullName。
在類(lèi)成員中聲明同步基元，
private static Mutex mutex = null;

CreateMutex靜態(tài)方法創(chuàng )建應用程序進(jìn)程Mutex，返回創(chuàng )建結果為true表示創(chuàng )建成功，false失敗。
public static bool CreateMutex()
{
return CreateMutex(Assembly.GetEntryAssembly().FullName);
}

實(shí)現其重載方法，讓用戶(hù)可以自定義Mutex名字，
public static bool CreateMutex(string name)
{
bool result = false;
mutex = new Mutex(true, name, out result);
return result;
}

對應的釋放Mutex資源方法為，
public static void ReleaseMutex()
{
if (mutex != null)
{
mutex.Close();
}
}

在Main函數中調用下面代碼實(shí)現單一應用程序實(shí)例，
if (SingleInstance.CreateMutex())
{
Application.Run(new MainForm());
SingleInstance.ReleaseMutex();
}
else
{
MessageBox.Show("程序已經(jīng)運行！");
}

可見(jiàn)，在上面的實(shí)現過(guò)程中，Mutex名字是同步基元的唯一標識，如果剛好有不同的應用程序使用了相同名稱(chēng)的Mutex，那不同的應用程序實(shí)例也會(huì )出現互斥現象。

運行標志
使用應用程序運行標志簡(jiǎn)單來(lái)講就是在程序初始化的時(shí)候設置一個(gè)標志表示程序已運行，在程序運行結束的時(shí)候刪除該標志。
基本步驟如下，
1．應用程序初始化檢查運行標志是否已經(jīng)設置；
2．發(fā)現已經(jīng)設置，說(shuō)明已有應用程序實(shí)例運行，停止當前程序初始化，提示已有應用程序運行。 3．發(fā)現沒(méi)有設置，說(shuō)明沒(méi)有應用程序實(shí)例運行，繼續當前程序初始化。
4．退出應用程序時(shí)刪除該運行標志。

對于標志存儲載體可以使用注冊表、數據庫或外部文件等，這里的代碼使用外部文件實(shí)現。對存放標志的文件目錄選擇C:\Documents and Settings\All Users\Application Data，也可以是C:\Program Files\Common Files。
聲明類(lèi)成員標志文件名稱(chēng)變量，
private static string runFlagFullname = null;

初始化程序運行標志，如果設置成功，返回true，已經(jīng)設置返回false，設置失敗將拋出異常，
public static bool InitRunFlag()
{
if (File.Exists(RunFlag))
{
return false;
}
using (FileStream fs = new FileStream(RunFlag, FileMode.Create))
{
}
return true;
}

釋放初始化程序運行標志，如果釋放失敗將拋出異常，
public static void DisposeRunFlag()
{
if (File.Exists(RunFlag))
{
File.Delete(RunFlag);
}
}

獲取或設置程序運行標志，必須符合Windows文件命名規范，
public static string RunFlag
{
get
{
if(runFlagFullname == null)
{
string assemblyFullName = Assembly.GetEntryAssembly().FullName;
string path = Environment.GetFolderPath(Environment.SpecialFolder.CommonApplicationData);
runFlagFullname = Path.Combine(path, assemblyFullName);
}
return runFlagFullname;
}
set
{
runFlagFullname = value;
}
}

在Main函數中調用下面代碼實(shí)現單一應用程序實(shí)例，
if (SingleInstance.InitRunFlag())
{
Application.Run(new MainForm());
SingleInstance.DisposeRunFlag();
}
else
{
MessageBox.Show("程序已經(jīng)運行！");
}

可見(jiàn)，在上面的實(shí)現過(guò)程中，需要訪(fǎng)問(wèn)文件IO，因此有可能會(huì )出現異常，對異常需要進(jìn)行具體處理。如果不同應用程序使用了相同的運行標志，也會(huì )出現進(jìn)程互斥實(shí)現中存在的問(wèn)題。由于運行標志存在外部載體中，如果筆者把啟動(dòng)的應用程序進(jìn)程實(shí)例直接在Windows管理器進(jìn)程列表中結束或使其產(chǎn)生異常，那設置的運行標志就不會(huì )銷(xiāo)毀，應用程序就沒(méi)法再次運行。

功能測試
這一節對上面的三個(gè)功能進(jìn)行測試，以分析之間的區別。功能測試類(lèi)別包括下面五類(lèi)，
1．本地系統同一應用程序目錄；
2．本地系統同一應用程序修改運行文件名稱(chēng)使兩次運行名稱(chēng)不同；
3．本地系統兩次運行程序目錄不同，不修改文件名稱(chēng)；
4．本地系統不同會(huì )話(huà)用戶(hù)登錄啟動(dòng)應用程序；
5．遠程計算機程序訪(fǎng)問(wèn)啟動(dòng)應用程序（一個(gè)程序在遠程另一個(gè)在本地）。

根據代碼實(shí)現細節不同，對測試的結果可能會(huì )有所不同，這里的測試結果以筆者上面幾節中實(shí)現的代碼為準。為了測試簡(jiǎn)單化，通過(guò)給應用程序傳入測試參數，決定使用哪種方式，入口函數調用代碼為，
[STAThread]
static void Main(string[] args)
{
if (args.Length == 0) //沒(méi)有傳送參數
{
Process p = SingleInstance.GetRunningInstance();
if (p != null) //已經(jīng)有應用程序副本執行
SingleInstance.HandleRunningInstance(p);
else //啟動(dòng)第一個(gè)應用程序
Application.Run(new MainForm());
}
else //有多個(gè)參數
{
switch (args[0].ToLower())
{
case "-api":
if (SingleInstance.HandleRunningInstance() == false)
Application.Run(new MainForm());
break;
case "-mutex":
if (args.Length >= 2) //參數中傳入互斥體名稱(chēng)
{
if ( SingleInstance.CreateMutex(args[1]) )
{
Application.Run(new MainForm());
SingleInstance.ReleaseMutex();
}
else
//調用SingleInstance.HandleRunningInstance()方法顯示到前臺。
MessageBox.Show("程序已經(jīng)運行！");
}
else
{
if (SingleInstance.CreateMutex())
{
Application.Run(new MainForm());
SingleInstance.ReleaseMutex();
}
else
//調用SingleInstance.HandleRunningInstance()方法顯示到前臺。
MessageBox.Show("程序已經(jīng)運行！");
}
break;
case "-flag"://使用該方式需要在程序退出時(shí)調用
if (args.Length >= 2) //參數中傳入運行標志文件名稱(chēng)
SingleInstance.RunFlag = args[1];
try
{
if (SingleInstance.InitRunFlag())
{
Application.Run(new MainForm());
SingleInstance.DisposeRunFlag();
}
else
//調用SingleInstance.HandleRunningInstance()方法顯示到前臺。
MessageBox.Show("程序已經(jīng)運行！");
}
catch (Exception ex)
{
MessageBox.Show(ex.ToString());
}
break;
default:
MessageBox.Show("應用程序參數設置失敗。");
break;
}
}
}

運行CMD命令行，
第一種調用方式：
WindowsApplication1.exe –api 或 WindowsApplication1.exe
第二種調用方式：
WindowsApplication1.exe –mutex 或WindowsApplication1.exe –mutex {F140AE26-626C-42f8-BD49-45025742205E}
第三種調用方式：
WindowsApplication1.exe –flag 或WindowsApplication1.exe –flag c:\blog.csdn.net.zhzuo

測試結果：

匹配/互斥/標志	1同一目錄	2修改名稱(chēng)	3不同目錄	4不同用戶(hù)	5遠程訪(fǎng)問(wèn)
1同一目錄	O/O/O
2修改名稱(chēng)		X/O/O
3不同目錄			X/O/O
4不同用戶(hù)				#/X/O
5遠程訪(fǎng)問(wèn)					X/O/O

備注：O - 表示成功，X – 表示失敗，# - 程序第二個(gè)運行沒(méi)有反應

針對遠程訪(fǎng)問(wèn)的測試，需要在系統管理工具的.NET Framework 2.0 Configuration中進(jìn)行設置授權該局域網(wǎng)路徑允許訪(fǎng)問(wèn)，否則會(huì )拋出System.Security.SecurityException異常。根據測試結果可見(jiàn)三種實(shí)現方式適用范圍不同，理想的實(shí)現是結合他們的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行多點(diǎn)判斷。

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