C#中CancellationToken为何表现出非确定性行为？

现象总结 #

• 将tokenSource.Cancel()移至Task.Run()调用前执行时，程序必然触发OperationCanceledException并进入catch块
• 保持原代码顺序（先创建Task再调用Cancel）时，程序有时进入catch块，有时会无限循环打印数字

原因拆解 #

1. Cancel在Task.Run之前执行的场景

当你先调用tokenSource.Cancel()，此时传入Task.Run的CancellationToken已经处于已取消状态。Task.Run在调度任务前会先检查令牌状态：如果令牌已取消，它不会执行传入的委托逻辑，直接返回一个处于已取消状态的Task。当你await这个Task时，框架会自动抛出OperationCanceledException，因此每次都会进入catch块。

2. 原代码顺序的场景

原代码存在线程调度竞态条件，两种结果取决于Cancel调用和任务委托执行的先后：

• 若tokenSource.Cancel()在任务委托的while循环开始执行之前被调用：Task.Run检测到令牌已取消，不会执行委托，返回已取消的Task，await时抛出异常进入catch块。
• 若线程池线程已经调度并开始执行while(true)循环：你的委托逻辑里完全没有检查CancellationToken的状态，任务会一直执行无限循环，不会响应任何取消请求，因此会持续打印数字，永远不会进入catch块。

修正方案 #

要让任务正确响应取消，必须在循环内部主动检查令牌状态，修改后的代码如下：

using System;
using System.Threading;
using System.Threading.Tasks;

class Program
{
    static async Task Main()
    {
        var tokenSource = new CancellationTokenSource();
        var task = Task.Run(() =>
        {
            int i = 0;
            while (true)
            {
                // 主动检查令牌，若已取消则抛出异常终止任务
                tokenSource.Token.ThrowIfCancellationRequested();
                Console.WriteLine($"{i++}");
            }
        }, tokenSource.Token);
        
        tokenSource.Cancel();

        try
        {
            await task;
        }
        catch (OperationCanceledException e)
        {
            Console.WriteLine($"{nameof(OperationCanceledException)} thrown with message: {e.Message}");
        }
        finally
        {
            tokenSource.Dispose();
        }

        Console.ReadKey();
    }
}

这样无论Cancel调用时机如何，只要令牌被取消，循环内的检查会触发异常，任务会进入取消状态，await时就能捕获异常。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者user33276346