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共有ライブラリ(DLL)を複数回ロードするとどうなるか

2023/07/01に公開

概要

同じ共有ライブラリ(DLL)を複数回ロードしても DLL のインスタンスは 1 つしか作られません。実際には最初の1回目しかロードされず、2回目以降は参照カウンタが増えるだけ。

そのあたりの挙動でハマったのでメモ。主に Win32API/MSVC の話です。

ロード/アンロードは LoadLibrary / FreeLibrary を使う。2回目以降のロード/アンロードのペアは GetModuleHandleEx / CloseHandle を使うこともできる。
2回目以降で GetModuleHandle を使うことで参照カウンタを増やさずにロード済み DLL のハンドルを得ることもできる。

DLL がロードされると、プロセス単位で参照カウンタが管理される。

ある DLL がプロセスに対して最初にロード (LoadLibrary) されたタイミングで DllMain の PROCESS_ATTACH が走り、参照カウンタは 1 になる。
同じプロセスに対して同じ DLL がロードされても、実際にはロードは行われることは無く、参照カウンタが +1 されるだけ。
DLL がアンロード (FreeLibrary) されると参照カウンタが -1 される。参照カウントが 0 にならなければ実際にはアンロードされることはない。
参照カウンタが 0 になったタイミングで DllMain の PROCESS_DETACH が走り、実際にアンロードされる。

DLL のメモリ空間はプロセス中に１つだけとなる。DLL の中でグローバル変数を使用していると、プロセス単位で値が共有される点に注意。
DllMain の中で行える処理には制限が掛かる。（特にサブスレッド操作は行ってはいけない）
- https://docs.microsoft.com/ja-jp/windows/win32/dlls/dynamic-link-library-best-practices?redirectedfrom=MSDN
DLlの参照カウンタは、GetModuleHandleEx などの一部の Win32API を呼び出すことでも +1 されることに注意。
- CRT の _beginthreadex を呼び出すと参照カウントが +1 される。
  - VS2013 以前に付属の CRT では +1 されないが、VS2015 以降に付属の CRT (Windows Kits の一部になった？) では、内部で GetModuleHandleEx を呼び出すことで +1 させている。
    - これは、DLL 内で生成したスレッドより先に DLL がアンロードされてしまわないようにガードする目的の模様。
    - 公式リファレンスに記述が無い が、CRT のソースを見ると分かる。
  - Win32API の CreateThread を直接使用した場合は +1 されない。
    - Windows では、_beginthreadex は CreateThread のラッパー関数。スレッド処理で CRT 関数を使えるような初期化処理が加えられている模様。