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news 2025/9/23 23:54:44

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一：背景

1. 讲故事

在.NET高级调试中，我们需要知道很多的C#底层细节，如果搞不清这些底层细节，那与之相关的故障可能就搞不定，所以调试这个东西需要我们有一个比较广的知识面，痛苦哈，比如这篇跟大家聊到的 CancellationTokenSource 。

二：CancellationTokenSource 分析

1. 一个简单的案例

在.NET SDK框架代码中有大量的 CancellationTokenSource 应用，也是被遗弃的Thread.Abort的替代品，为了方便讲述，先写一段简单的代码，通过CancelAfter 让执行流在 2s 后实现中断，参考代码如下：

static void Main(){var cts = new CancellationTokenSource();// 注册取消回调cts.Token.Register(() => { Console.WriteLine("1. 取消回调被执行..."); });cts.Token.Register(() => Console.WriteLine("2. 取消回调被执行..."));cts.CancelAfter(2000); // 2秒后自动取消Console.WriteLine("任务开始，2秒后自动取消...");try{for (int i = 0; i < 10; i++){cts.Token.ThrowIfCancellationRequested();Console.WriteLine($"处理 {i}");Thread.Sleep(500);}}catch (OperationCanceledException){Console.WriteLine("任务被取消！");}Console.ReadKey();}

代码看起来好像是这么一回事，但很少人知道 Register,CancelAfter 底层到底都发生了什么？这也是本篇需要探索的东西，为了能够让大家手握地图，我花了点时间看了下代码画了如下的架构图，截图如下：

2. Token.Register 底层发生了什么

根据地图描述，每一个 Register 函数都被封装成一个 CallbackNode 节点，并最终构建出一个 双向链表，这个链表的头节点会记录到 Registrations.Callbacks 字段上，简化后的代码如下：


internal CancellationTokenRegistration Register(Delegate callback, object stateForCallback, SynchronizationContext syncContext, ExecutionContext executionContext)
{if (!this.IsCancellationRequested){long id = 0L;if (callbackNode == null){callbackNode = new CancellationTokenSource.CallbackNode(registrations);callbackNode.Callback = callback;callbackNode.CallbackState = stateForCallback;callbackNode.ExecutionContext = executionContext;callbackNode.SynchronizationContext = syncContext;registrations.EnterLock();try{CancellationTokenSource.CallbackNode callbackNode3 = callbackNode;CancellationTokenSource.Registrations registrations3 = registrations;long nextAvailableId = registrations3.NextAvailableId;registrations3.NextAvailableId = nextAvailableId + 1L;id = (callbackNode3.Id = nextAvailableId);callbackNode.Next = registrations.Callbacks;if (callbackNode.Next != null){callbackNode.Next.Prev = callbackNode;}registrations.Callbacks = callbackNode;}finally{registrations.ExitLock();}}
}

接下来就是如何眼见为实？可以使用 dnspy 来调试，在 registrations.ExitLock(); 处下一个断点，截图如下：

从卦中可以看到如下信息：

从 callbackNode.id来看，这个链表采用头插法，即注册的Register是后进先出。
CallbackState 存放着我们自定义的回调。
NextAvailableId 记录着接下来需要分配的 callbackNode.id 。

链表构建好之后，接下来就是如何调用了。

3. cts.CancelAfter 底层发生了什么

可以使用 dnspy 调试源代码，观察下如何实现 2s 后自动触发取消操作，简化后核心代码如下：


private void CancelAfter(uint millisecondsDelay)
{ITimer timer = this._timer;if (timer == null){timer = new TimerQueueTimer(CancellationTokenSource.s_timerCallback, this, uint.MaxValue, uint.MaxValue, false);}timer.Change((millisecondsDelay == uint.MaxValue) ? Timeout.InfiniteTimeSpan : TimeSpan.FromMilliseconds(millisecondsDelay), Timeout.InfiniteTimeSpan);
}private static readonly TimerCallback s_timerCallback = delegate (object obj)
{((CancellationTokenSource)obj).NotifyCancellation(throwOnFirstException: false);
};

从卦中可以看到，所谓的 CancelAfter(2000) 是用Timer定时器来实现的，时间一到自会执行 s_timerCallback 回调函数。

接下来继续研究下内部的 NotifyCancellation 方法，根据前面的分析应该就是把 Registrations.Callbacks 中的节点全部提取出来，简化后的核心代码如下：


private void ExecuteCallbackHandlers(bool throwOnFirstException)
{registrations.ThreadIDExecutingCallbacks = Environment.CurrentManagedThreadId;for (; ; ){registrations.EnterLock();CancellationTokenSource.CallbackNode callbacks;try{callbacks = registrations.Callbacks;if (callbacks == null){break;}if (callbacks.Next != null){callbacks.Next.Prev = null;}registrations.Callbacks = callbacks.Next;registrations.ExecutingCallbackId = callbacks.Id;callbacks.Id = 0L;}finally{registrations.ExitLock();}callbacks.ExecuteCallback();}
}public void ExecuteCallback()
{ExecutionContext.RunInternal(executionContext, delegate (object s){CancellationTokenSource.CallbackNode callbackNode = (CancellationTokenSource.CallbackNode)s;CancellationTokenSource.Invoke(callbackNode.Callback, callbackNode.CallbackState, callbackNode.Registrations.Source);}, this);
}

从卦中代码可以提取到如下几点信息。