调用::ReplaceFile时能否持有被替换文件的有效打开句柄？

问题背景 #

我希望调用::ReplaceFile的同时，为本进程持有被替换文件的锁，避免替换过程中其他进程读取该文件。而持有锁要求文件通过::CreateFile打开，且在锁有效期内保持打开状态。

如果进程关闭了存在未解除锁的文件，操作系统会自动解锁这些锁。

但只要我持有打开的句柄，::ReplaceFile就会调用失败，测试代码如下：

#include <iostream>
#include "Windows.h"

int main() {
    HANDLE fileHandle = ::CreateFile(
        L"Hello.txt",
        GENERIC_READ | GENERIC_WRITE,
        FILE_SHARE_READ | FILE_SHARE_WRITE | FILE_SHARE_DELETE,
        NULL,
        OPEN_ALWAYS,
        0,
        0);

    if (!::ReplaceFile(L"World.txt", L"Hello.txt", NULL, REPLACEFILE_IGNORE_MERGE_ERRORS, 0, 0))
    {
        const DWORD err(::GetLastError());
        std::cout << "Uh oh! " << err << "\n";
    }

    ::CloseHandle(fileHandle);
}

运行输出：

Uh oh! 32

错误码32对应ERROR_SHARING_VIOLATION，删除::CreateFile调用后替换操作即可成功。

核心疑问 #

有没有办法在持有替换相关文件打开句柄的同时完成操作？如果没有，是否有具备原子性的::ReplaceFile替代方案？

解答 #

冲突原因 #

::ReplaceFile内部会尝试以独占访问方式打开被替换的目标文件，你持有该文件的打开句柄时，即便你设置了所有共享权限，该API的内部打开逻辑依然会触发共享冲突，这是Windows文件系统的底层设计行为，没有办法在保持目标/源文件句柄打开的同时成功调用::ReplaceFile。

可行的原子替换方案 #

你可以通过以下方案实现带访问防护的原子文件替换：

• 调整锁持有时机：先打开目标文件加锁，阻止其他进程访问，提前准备好替换用的新文件内容，之后解锁并关闭目标文件句柄，立刻调用::ReplaceFile完成替换，替换完成后重新打开目标文件加锁即可。该流程仅有替换瞬间的极短窗口无锁保护，几乎不会出现竞争问题。
• 用命名互斥量替代文件锁：如果可以接受不用文件级锁，你可以创建跨进程命名互斥量作为文件的访问守卫，所有进程读写该文件前都要先持有互斥量，替换操作全程持有互斥量即可阻止其他进程访问，不需要持有目标文件句柄，完全不影响::ReplaceFile的调用，原子性和原方案一致。
• 自定义原子替换逻辑：你可以自己实现和::ReplaceFile原子性等价的替换逻辑：先将新文件写入到同目录下的临时文件，再通过::MoveFileEx传入MOVEFILE_REPLACE_EXISTING参数完成替换，该调用本身具备和::ReplaceFile完全相同的原子性保障，配合跨进程互斥量即可实现安全的原子替换。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Brotcrunsher