对 CancellationTokenSource.Cancel 的调用永远不会返回

Question

我遇到的情况是，对 CancellationTokenSource.Cancel 的调用永远不会返回。相反，在调用Cancel 之后（在它返回之前），执行将继续执行正在取消的代码的取消代码。如果被取消的代码随后没有调用任何可等待的代码，那么最初调用Cancel 的调用者永远不会重新获得控制权。这很奇怪。我希望Cancel 简单地记录取消请求并立即独立于取消本身返回。事实上，调用Cancel 的线程最终会执行属于被取消操作的代码，并且在返回到Cancel 的调用者之前执行此操作，这看起来像是框架中的一个错误。

这是怎么回事：

1. 有一段代码，我们称之为“工作代码”，它正在等待一些异步代码。为简单起见，假设这段代码正在等待 Task.Delay：

   try
   {
       await Task.Delay(5000, cancellationToken);
       // … 
   }
   catch (OperationCanceledException)
   {
       // ….
   }
   

就在“工作代码”调用Task.Delay 之前，它正在线程T1 上执行。 延续（即“等待”之后的行或 catch 内的块）稍后将在 T1 或其他线程上执行，具体取决于一系列因素。

1. 还有一段代码，我们称之为“客户端代码”，它决定取消Task.Delay。此代码调用cancellationToken.Cancel。对 Cancel 的调用是在线程 T2 上进行的。

我希望线程 T2 通过返回到 Cancel 的调用者来继续。我还希望看到catch (OperationCanceledException) 的内容很快会在线程 T1 或 T2 以外的某个线程上执行。

接下来发生的事情令人惊讶。我看到在线程 T2 上，在调用 Cancel 之后，执行立即继续使用 catch (OperationCanceledException) 中的块。当Cancel 仍在调用堆栈上时，就会发生这种情况。就好像对Cancel 的调用被取消它的代码劫持了。这是显示此调用堆栈的 Visual Studio 屏幕截图：

更多上下文

以下是有关实际代码作用的更多上下文： 有一个累积请求的“工人代码”。一些“客户端代码”正在提交请求。每隔几秒钟，“工作代码”就会处理这些请求。已处理的请求将从队列中删除。 然而，偶尔，“客户端代码”会决定它达到了它希望立即处理请求的地步。为了将其传达给“工作人员代码”，它调用了“工作人员代码”提供的方法Jolt。由“客户端代码”调用的方法Jolt通过取消由工作人员的代码主循环执行的Task.Delay来实现此功能。 Worker 的代码已取消其 Task.Delay 并继续处理已排队的请求。

实际代码被精简为最简单的形式，代码为available on GitHub。

环境

该问题可以在控制台应用程序、适用于 Windows 的通用应用程序的后台代理和适用于 Windows Phone 8.1 的通用应用程序的后台代理中重现。

该问题无法在适用于 Windows 的通用应用程序中重现，其中代码按我预期的方式工作并且对 Cancel 的调用立即返回。

Answer 1

CancellationTokenSource.Cancel 不只是设置IsCancellationRequested 标志。

CancallationToken 类有一个Register method，它允许您注册将在取消时调用的回调。而这些回调由CancellationTokenSource.Cancel调用。

我们来看看source code：

public void Cancel()
{
    Cancel(false);
}

public void Cancel(bool throwOnFirstException)
{
    ThrowIfDisposed();
    NotifyCancellation(throwOnFirstException);            
}

这是NotifyCancellation 方法：

private void NotifyCancellation(bool throwOnFirstException)
{
    // fast-path test to check if Notify has been called previously
    if (IsCancellationRequested)
        return;

    // If we're the first to signal cancellation, do the main extra work.
    if (Interlocked.CompareExchange(ref m_state, NOTIFYING, NOT_CANCELED) == NOT_CANCELED)
    {
        // Dispose of the timer, if any
        Timer timer = m_timer;
        if(timer != null) timer.Dispose();

        //record the threadID being used for running the callbacks.
        ThreadIDExecutingCallbacks = Thread.CurrentThread.ManagedThreadId;

        //If the kernel event is null at this point, it will be set during lazy construction.
        if (m_kernelEvent != null)
            m_kernelEvent.Set(); // update the MRE value.

        // - late enlisters to the Canceled event will have their callbacks called immediately in the Register() methods.
        // - Callbacks are not called inside a lock.
        // - After transition, no more delegates will be added to the 
        // - list of handlers, and hence it can be consumed and cleared at leisure by ExecuteCallbackHandlers.
        ExecuteCallbackHandlers(throwOnFirstException);
        Contract.Assert(IsCancellationCompleted, "Expected cancellation to have finished");
    }
}

好的，现在要注意的是ExecuteCallbackHandlers 可以在目标上下文或当前上下文中执行回调。我会让你看一下ExecuteCallbackHandlers method source code，因为它有点太长了，不能在这里包含。但有趣的是：

if (m_executingCallback.TargetSyncContext != null)
{

    m_executingCallback.TargetSyncContext.Send(CancellationCallbackCoreWork_OnSyncContext, args);
    // CancellationCallbackCoreWork_OnSyncContext may have altered ThreadIDExecutingCallbacks, so reset it. 
    ThreadIDExecutingCallbacks = Thread.CurrentThread.ManagedThreadId;
}
else
{
    CancellationCallbackCoreWork(args);
}

我想现在你开始明白我接下来要看的地方了……当然是Task.Delay。我们来看看它的source code：

// Register our cancellation token, if necessary.
if (cancellationToken.CanBeCanceled)
{
    promise.Registration = cancellationToken.InternalRegisterWithoutEC(state => ((DelayPromise)state).Complete(), promise);
}

嗯……那是什么InternalRegisterWithoutEC method？

internal CancellationTokenRegistration InternalRegisterWithoutEC(Action<object> callback, Object state)
{
    return Register(
        callback,
        state,
        false, // useSyncContext=false
        false  // useExecutionContext=false
     );
}

啊。 useSyncContext=false - 这解释了您所看到的行为，因为 ExecuteCallbackHandlers 中使用的 TargetSyncContext 属性将是错误的。由于没有使用同步上下文，所以取消是在CancellationTokenSource.Cancel的调用上下文中执行的。

Answer 2

这是CancellationToken/Source 的预期行为。

有点类似于TaskCompletionSource 的工作方式，CancellationToken 注册是使用调用线程同步执行的。您可以在 CancellationTokenSource.ExecuteCallbackHandlers 中看到，当您取消时会调用它。

使用同一个线程比在ThreadPool 上安排所有这些延续要高效得多。通常这种行为不是问题，但如果您在锁内调用CancellationTokenSource.Cancel 可能会出现问题，因为线程被“劫持”而锁仍然被占用。您可以使用Task.Run 解决此类问题。您甚至可以将其作为扩展方法：

public static void CancelWithBackgroundContinuations(this CancellationTokenSource)
{
    Task.Run(() => CancellationTokenSource.Cancel());
    cancellationTokenSource.Token.WaitHandle.WaitOne(); // make sure to only continue when the cancellation completed (without waiting for all the callbacks)
}

Answer 3

由于这里已经列出的原因，我相信您希望以零毫秒的延迟实际使用CancellationTokenSource.CancelAfter 方法。这将允许取消在不同的上下文中传播。

The source code for CancelAfter is here.

它在内部使用 TimerQueueTimer 来发出取消请求。这没有记录，但应该可以解决 op 的问题。

Documentation here.