为什么CancellationToken取消时SemaphoreSlim未被自动释放？

你观察到的表现确实是.NET的官方设计，CancellationToken作用于等待获取信号量的过程，而非已经获取成功后的持有阶段，核心设计定位和具体作用如下：

核心作用：取消「未完成的信号量等待操作」 #

WaitAsync(CancellationToken)的取消逻辑仅在你还未成功获取到信号量、仍处于等待队列中时生效：

• 等待过程中如果令牌触发取消，WaitAsync会立即抛出OperationCanceledException
• 取消后不会占用信号量的可用计数，CurrentCount不会发生变化，也不会出现自动释放逻辑（因为本来就没拿到信号量）

为什么已经获取信号量后取消令牌不会自动释放？ #

这是框架的刻意设计，核心是为了保证线程安全：
当你成功调用WaitAsync拿到信号量后，就意味着你已经进入了临界区，正在操作共享资源。如果此时令牌取消就自动释放信号量，会导致其他等待信号量的线程同时进入临界区，直接破坏线程安全，引发不可预期的并发问题。
信号量的释放必须由开发者显式调用Release()控制，你可以在监听取消请求后，先完成临界区的资源回滚、收尾工作，确认安全后再手动释放信号量。

测试代码误区说明 #

你给出的代码是在await semaphore.WaitAsync(tokenSource.Token)执行完成、已经成功拿到信号量之后才调用Cancel()，此时WaitAsync的逻辑已经执行完毕，传入的令牌已经不再关联任何逻辑，自然不会影响信号量的状态。
如果要验证CancellationToken的作用，可以参考以下测试代码：

var tokenSource = new CancellationTokenSource();
var semaphore = new SemaphoreSlim(0, 1); // 初始可用计数为0，调用WaitAsync会直接进入等待
var waitTask = semaphore.WaitAsync(tokenSource.Token);

tokenSource.CancelAfter(1000); // 1秒后触发取消
try
{
    await waitTask;
}
catch (OperationCanceledException)
{
    Console.WriteLine("等待信号量的过程被取消");
    Console.WriteLine($"当前信号量可用计数：{semaphore.CurrentCount}"); // 输出0，未占用计数
}

最佳实践建议 #

• 仅用WaitAsync传入的CancellationToken来避免无限等待信号量，不要期望它处理已获取信号量的释放逻辑
• 持有信号量期间需要响应取消时，自行在临界区逻辑中监听令牌，完成收尾后显式调用Release()释放

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