Python中的协程任务取消与异常处理机制

题目描述：在Python异步编程中，协程任务的取消和异常处理是重要的并发控制机制。面试官希望了解你如何正确处理任务取消请求、如何在协程中捕获和处理不同类型的异常，以及取消和异常传播的交互机制。

解题过程：

1. 基本任务取消机制

import asyncio

async def long_running_task():
    try:
        await asyncio.sleep(10)
        print("任务完成")
    except asyncio.CancelledError:
        print("任务被取消")
        raise  # 必须重新抛出

async def main():
    task = asyncio.create_task(long_running_task())
    await asyncio.sleep(1)
    task.cancel()  # 发送取消请求
    
    try:
        await task
    except asyncio.CancelledError:
        print("主函数确认任务已取消")

asyncio.run(main())

关键点：调用task.cancel()并不会立即终止任务，而是向任务发送CancelledError异常，任务需要在合适的位置捕获并处理。

2. 复杂的资源清理场景

import asyncio

async def database_operation():
    print("连接数据库")
    try:
        await asyncio.sleep(5)  # 模拟数据库操作
        return "操作结果"
    finally:
        print("关闭数据库连接")  # 确保资源清理

async def main():
    task = asyncio.create_task(database_operation())
    await asyncio.sleep(1)
    task.cancel()
    
    try:
        result = await task
        print(f"结果: {result}")
    except asyncio.CancelledError:
        print("数据库操作被取消")

asyncio.run(main())

关键点：使用finally块确保无论任务是否被取消，都能正确释放资源。

3. 屏蔽取消请求的场景

import asyncio

async def critical_section():
    try:
        # 关键代码段，不允许被取消
        with asyncio.timeout(0):  # 临时屏蔽取消
            await asyncio.sleep(2)
    except TimeoutError:
        pass  # 忽略超时，继续执行关键操作
    
    print("关键操作完成")

async def main():
    task = asyncio.create_task(critical_section())
    await asyncio.sleep(0.5)
    task.cancel()
    
    try:
        await task
    except asyncio.CancelledError:
        print("任务在关键段外被取消")

asyncio.run(main())

关键点：使用asyncio.shield()或超时机制可以临时保护代码段不被取消。

4. 异常传播链与聚合异常

import asyncio

async def failing_task():
    await asyncio.sleep(1)
    raise ValueError("任务内部错误")

async def task_with_exception():
    try:
        await asyncio.sleep(0.5)
        task = asyncio.create_task(failing_task())
        return await task
    except* ValueError as eg:  # Python 3.11+ 异常组
        for exc in eg.exceptions:
            print(f"捕获异常: {exc}")

async def main():
    try:
        await task_with_exception()
    except Exception as e:
        print(f"主函数捕获: {e}")

asyncio.run(main())

关键点：Python 3.11引入异常组处理多个并发异常，了解异常在任务链中的传播路径。

5. 超时与取消的交互

import asyncio

async def complex_operation():
    try:
        async with asyncio.timeout(3):  # 外部超时
            try:
                await asyncio.sleep(5)  # 超过超时时间
            except asyncio.CancelledError:
                print("内部取消点")
                raise
    except TimeoutError:
        print("操作超时")
        return "超时结果"

async def main():
    task = asyncio.create_task(complex_operation())
    await asyncio.sleep(1)
    # 超时和取消可能竞争发生
    result = await task
    print(f"最终结果: {result}")

asyncio.run(main())

关键点：理解超时机制底层也是通过取消实现的，需要处理可能的竞争条件。

6. 自定义取消逻辑

import asyncio

class CancellableOperation:
    def __init__(self):
        self._cancelled = False
    
    async def run(self):
        for i in range(10):
            if self._cancelled:
                return "操作被取消"
            await asyncio.sleep(1)
            print(f"进度: {i+1}/10")
        return "操作完成"
    
    def cancel(self):
        self._cancelled = True

async def main():
    operation = CancellableOperation()
    task = asyncio.create_task(operation.run())
    
    await asyncio.sleep(3)
    operation.cancel()  # 自定义取消逻辑
    
    result = await task
    print(f"结果: {result}")

asyncio.run(main())

关键点：实现协作式取消机制，让任务在安全点检查取消状态。

这个知识点考察的是对异步编程中错误处理和安全退出的深入理解，包括异常传播、资源清理、取消协作等关键概念。