不久前，在尝试使用 C# 解决 PC 端程序多开问题时，发现 VB.NET 的 WinForm 程序提供了一个非常简单的实现方式：
无需任何代码，只需打个勾。
我对它的实现原理很感兴趣，因此对其进行了探究。今天就通过这篇文章为大家介绍微软是如何解决 PC 端程序多开问题的，以及如何在 C# 中实现相同功能。
原理1——WindowsFormsApplicationBase基类
编译一个 VB.NET 的 WinForm 程序，反编译源代码，找到入口Main方法：
该入口类MyApplication继承自WindowsFormsApplicationBase基类，实际执行的基类的Run方法。Run方法内部使用IsSingleInstance属性判断是否启用单个实例应用程序：
而IsSingleInstance属性在入口类的构造函数中被赋值：
实现1
通过引用 NuGet 包 Microsoft.VisualBasic，我们在 C# 中同样可以继承WindowsFormsApplicationBase基类，为IsSingleInstance属性赋值，实现单个实例应用程序：
class Program : WindowsFormsApplicationBase
{
public Program()
{
IsSingleInstance = true;
}
protected override void OnCreateMainForm()
{
MainForm = new Form1();
}
[STAThread]
static void Main(string[] args)
{
new Program().Run(args);
}
}虽然上述实现非常简单，但是仅适用于 WinForm 应用程序，而且还需要引用Microsoft.VisualBasic类库。
因此，我们决定深挖一下，看看具体是如何实现的。
原理2-命名管道
通过查看WindowsFormsApplicationBase的Run方法实现（代码有删减）：
Public Sub Run(commandLine As String())
If Not IsSingleInstance Then
DoApplicationModel()
Else
' This is a Single-Instance application
Dim pipeServer As NamedPipeServerStream = Nothing
If TryCreatePipeServer(ApplicationInstanceID, pipeServer) Then
' --- This is the first instance of a single-instance application to run.
Using pipeServer
WaitForClientConnectionsAsync(pipeServer, AddressOf OnStartupNextInstanceMarshallingAdaptor, cancellationToken:=tokenSource.Token)
DoApplicationModel()
End Using
Else
Dim awaitable = SendSecondInstanceArgsAsync(ApplicationInstanceID, commandLine, cancellationToken:=tokenSource.Token).ConfigureAwait(False)
awaitable.GetAwaiter().GetResult()
End If
End If 'Single-Instance application
End Sub可以分析出，微软解决 PC 端程序多开问题的内部实现原理如下：
- 创建一个NamedPipeServerStream 命名管道服务器实例
- 如果创建成功，则用WaitForClientConnectionsAsync等待第 2 个应用实例进行连接
- 如果创建失败，则用SendSecondInstanceArgsAsync向第 1 个应用实例发送数据
命名管道在管道服务器和一个或多个管道客户端之间提供进程间通信。命名管道可以是单向的，也可以是双向的。它们支持基于消息的通信，并允许多个客户端使用相同的管道名称同时连接到服务器进程。
详细使用说明，请参阅官方文档《使用命名管道进行网络进程间通信》[1]
实现2
下面，我们用控制台程序进行演示，如何实现单个实例应用程序：
const string pipeName = "MyIO";
const PipeOptions NamedPipeOptions = PipeOptions.Asynchronous | PipeOptions.CurrentUserOnly;
static async Task Main(string[] args)
{
try
{
using (var pipeServer = new NamedPipeServerStream(
pipeName: pipeName,
direction: PipeDirection.In,
maxNumberOfServerInstances: 1,
transmissionMode: PipeTransmissionMode.Byte,
options: NamedPipeOptions))
{
WaitForClientConnectionsAsync(pipeServer,str => Console.WriteLine(str));
Console.WriteLine($"start server {args[0]}");
Console.ReadKey();
}
}
catch
{
await SendSecondInstanceArgsAsync(()=> $"call from {args[0]}").ConfigureAwait(false);
}
}需要注意的是，WaitForClientConnectionsAsync不能加await，否则后续代码不能执行。
▌WaitForClientConnectionsAsync方法实现
实现代码如下：
private static async Task WaitForClientConnectionsAsync(NamedPipeServerStream pipeServer, Action callback)
{
CancellationTokenSource cancellationTokenSource = new CancellationTokenSource();
while (true)
{
await pipeServer.WaitForConnectionAsync(cancellationTokenSource.Token).ConfigureAwait(false);
try
{
const int bufferLength = 1024;
var buffer = new byte[bufferLength];
using (var stream = new MemoryStream())
{
while (true)
{
var bytesRead = await pipeServer.ReadAsync(buffer.AsMemory(0, bufferLength), cancellationTokenSource.Token).ConfigureAwait(false);
if (bytesRead == 0)
{
break;
}
stream.Write(buffer, 0, bytesRead);
}
stream.Seek(0, SeekOrigin.Begin);
callback(Encoding.UTF8.GetString(stream.ToArray()));
}
}
finally
{
pipeServer.Disconnect();
}
}
} ▌SendSecondInstanceArgsAsync方法实现
实现代码如下：
private static async Task SendSecondInstanceArgsAsync(Func func)
{
using (var pipeClient = new NamedPipeClientStream(
serverName: ".",
pipeName: pipeName,
direction: PipeDirection.Out,
options: NamedPipeOptions))
{
CancellationTokenSource cancellationTokenSource2 = new CancellationTokenSource();
cancellationTokenSource2.CancelAfter(2500);
await pipeClient.ConnectAsync(cancellationTokenSource2.Token).ConfigureAwait(false);
await pipeClient.WriteAsync(Encoding.UTF8.GetBytes(func()), cancellationTokenSource2.Token).ConfigureAwait(false);
}
} Demo
创建多开脚本：
start " " "ConsoleApp1.exe" firstInstance
start " " "ConsoleApp1.exe" secondInstance
start " " "ConsoleApp1.exe" thirdInstance执行后，我们发现程序只能打开一次。并且收到了其它多开应用发过来的数据：
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