]> git.lizzy.rs Git - rust.git/blob - library/std/src/thread/mod.rs
Rollup merge of #97188 - carbotaniuman:remove-null-assert, r=RalfJung
[rust.git] / library / std / src / thread / mod.rs
1 //! Native threads.
2 //!
3 //! ## The threading model
4 //!
5 //! An executing Rust program consists of a collection of native OS threads,
6 //! each with their own stack and local state. Threads can be named, and
7 //! provide some built-in support for low-level synchronization.
8 //!
9 //! Communication between threads can be done through
10 //! [channels], Rust's message-passing types, along with [other forms of thread
11 //! synchronization](../../std/sync/index.html) and shared-memory data
12 //! structures. In particular, types that are guaranteed to be
13 //! threadsafe are easily shared between threads using the
14 //! atomically-reference-counted container, [`Arc`].
15 //!
16 //! Fatal logic errors in Rust cause *thread panic*, during which
17 //! a thread will unwind the stack, running destructors and freeing
18 //! owned resources. While not meant as a 'try/catch' mechanism, panics
19 //! in Rust can nonetheless be caught (unless compiling with `panic=abort`) with
20 //! [`catch_unwind`](../../std/panic/fn.catch_unwind.html) and recovered
21 //! from, or alternatively be resumed with
22 //! [`resume_unwind`](../../std/panic/fn.resume_unwind.html). If the panic
23 //! is not caught the thread will exit, but the panic may optionally be
24 //! detected from a different thread with [`join`]. If the main thread panics
25 //! without the panic being caught, the application will exit with a
26 //! non-zero exit code.
27 //!
28 //! When the main thread of a Rust program terminates, the entire program shuts
29 //! down, even if other threads are still running. However, this module provides
30 //! convenient facilities for automatically waiting for the termination of a
31 //! thread (i.e., join).
32 //!
33 //! ## Spawning a thread
34 //!
35 //! A new thread can be spawned using the [`thread::spawn`][`spawn`] function:
36 //!
37 //! ```rust
38 //! use std::thread;
39 //!
40 //! thread::spawn(move || {
41 //!     // some work here
42 //! });
43 //! ```
44 //!
45 //! In this example, the spawned thread is "detached," which means that there is
46 //! no way for the program to learn when the spawned thread completes or otherwise
47 //! terminates.
48 //!
49 //! To learn when a thread completes, it is necessary to capture the [`JoinHandle`]
50 //! object that is returned by the call to [`spawn`], which provides
51 //! a `join` method that allows the caller to wait for the completion of the
52 //! spawned thread:
53 //!
54 //! ```rust
55 //! use std::thread;
56 //!
57 //! let thread_join_handle = thread::spawn(move || {
58 //!     // some work here
59 //! });
60 //! // some work here
61 //! let res = thread_join_handle.join();
62 //! ```
63 //!
64 //! The [`join`] method returns a [`thread::Result`] containing [`Ok`] of the final
65 //! value produced by the spawned thread, or [`Err`] of the value given to
66 //! a call to [`panic!`] if the thread panicked.
67 //!
68 //! Note that there is no parent/child relationship between a thread that spawns a
69 //! new thread and the thread being spawned.  In particular, the spawned thread may or
70 //! may not outlive the spawning thread, unless the spawning thread is the main thread.
71 //!
72 //! ## Configuring threads
73 //!
74 //! A new thread can be configured before it is spawned via the [`Builder`] type,
75 //! which currently allows you to set the name and stack size for the thread:
76 //!
77 //! ```rust
78 //! # #![allow(unused_must_use)]
79 //! use std::thread;
80 //!
81 //! thread::Builder::new().name("thread1".to_string()).spawn(move || {
82 //!     println!("Hello, world!");
83 //! });
84 //! ```
85 //!
86 //! ## The `Thread` type
87 //!
88 //! Threads are represented via the [`Thread`] type, which you can get in one of
89 //! two ways:
90 //!
91 //! * By spawning a new thread, e.g., using the [`thread::spawn`][`spawn`]
92 //!   function, and calling [`thread`][`JoinHandle::thread`] on the [`JoinHandle`].
93 //! * By requesting the current thread, using the [`thread::current`] function.
94 //!
95 //! The [`thread::current`] function is available even for threads not spawned
96 //! by the APIs of this module.
97 //!
98 //! ## Thread-local storage
99 //!
100 //! This module also provides an implementation of thread-local storage for Rust
101 //! programs. Thread-local storage is a method of storing data into a global
102 //! variable that each thread in the program will have its own copy of.
103 //! Threads do not share this data, so accesses do not need to be synchronized.
104 //!
105 //! A thread-local key owns the value it contains and will destroy the value when the
106 //! thread exits. It is created with the [`thread_local!`] macro and can contain any
107 //! value that is `'static` (no borrowed pointers). It provides an accessor function,
108 //! [`with`], that yields a shared reference to the value to the specified
109 //! closure. Thread-local keys allow only shared access to values, as there would be no
110 //! way to guarantee uniqueness if mutable borrows were allowed. Most values
111 //! will want to make use of some form of **interior mutability** through the
112 //! [`Cell`] or [`RefCell`] types.
113 //!
114 //! ## Naming threads
115 //!
116 //! Threads are able to have associated names for identification purposes. By default, spawned
117 //! threads are unnamed. To specify a name for a thread, build the thread with [`Builder`] and pass
118 //! the desired thread name to [`Builder::name`]. To retrieve the thread name from within the
119 //! thread, use [`Thread::name`]. A couple examples of where the name of a thread gets used:
120 //!
121 //! * If a panic occurs in a named thread, the thread name will be printed in the panic message.
122 //! * The thread name is provided to the OS where applicable (e.g., `pthread_setname_np` in
123 //!   unix-like platforms).
124 //!
125 //! ## Stack size
126 //!
127 //! The default stack size for spawned threads is 2 MiB, though this particular stack size is
128 //! subject to change in the future. There are two ways to manually specify the stack size for
129 //! spawned threads:
130 //!
131 //! * Build the thread with [`Builder`] and pass the desired stack size to [`Builder::stack_size`].
132 //! * Set the `RUST_MIN_STACK` environment variable to an integer representing the desired stack
133 //!   size (in bytes). Note that setting [`Builder::stack_size`] will override this.
134 //!
135 //! Note that the stack size of the main thread is *not* determined by Rust.
136 //!
137 //! [channels]: crate::sync::mpsc
138 //! [`join`]: JoinHandle::join
139 //! [`Result`]: crate::result::Result
140 //! [`Ok`]: crate::result::Result::Ok
141 //! [`Err`]: crate::result::Result::Err
142 //! [`thread::current`]: current
143 //! [`thread::Result`]: Result
144 //! [`unpark`]: Thread::unpark
145 //! [`thread::park_timeout`]: park_timeout
146 //! [`Cell`]: crate::cell::Cell
147 //! [`RefCell`]: crate::cell::RefCell
148 //! [`with`]: LocalKey::with
149 //! [`thread_local!`]: crate::thread_local
150
151 #![stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
152 #![deny(unsafe_op_in_unsafe_fn)]
153
154 #[cfg(all(test, not(target_os = "emscripten")))]
155 mod tests;
156
157 use crate::any::Any;
158 use crate::cell::UnsafeCell;
159 use crate::ffi::{CStr, CString};
160 use crate::fmt;
161 use crate::io;
162 use crate::mem;
163 use crate::num::NonZeroU64;
164 use crate::num::NonZeroUsize;
165 use crate::panic;
166 use crate::panicking;
167 use crate::pin::Pin;
168 use crate::ptr::addr_of_mut;
169 use crate::str;
170 use crate::sync::Arc;
171 use crate::sys::thread as imp;
172 use crate::sys_common::mutex;
173 use crate::sys_common::thread;
174 use crate::sys_common::thread_info;
175 use crate::sys_common::thread_parker::Parker;
176 use crate::sys_common::{AsInner, IntoInner};
177 use crate::time::Duration;
178
179 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
180 // Thread-local storage
181 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
182
183 #[macro_use]
184 mod local;
185
186 #[unstable(feature = "scoped_threads", issue = "93203")]
187 mod scoped;
188
189 #[unstable(feature = "scoped_threads", issue = "93203")]
190 pub use scoped::{scope, Scope, ScopedJoinHandle};
191
192 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
193 pub use self::local::{AccessError, LocalKey};
194
195 // The types used by the thread_local! macro to access TLS keys. Note that there
196 // are two types, the "OS" type and the "fast" type. The OS thread local key
197 // type is accessed via platform-specific API calls and is slow, while the fast
198 // key type is accessed via code generated via LLVM, where TLS keys are set up
199 // by the elf linker. Note that the OS TLS type is always available: on macOS
200 // the standard library is compiled with support for older platform versions
201 // where fast TLS was not available; end-user code is compiled with fast TLS
202 // where available, but both are needed.
203
204 #[unstable(feature = "libstd_thread_internals", issue = "none")]
205 #[cfg(target_thread_local)]
206 #[doc(hidden)]
207 pub use self::local::fast::Key as __FastLocalKeyInner;
208 #[unstable(feature = "libstd_thread_internals", issue = "none")]
209 #[doc(hidden)]
210 pub use self::local::os::Key as __OsLocalKeyInner;
211 #[unstable(feature = "libstd_thread_internals", issue = "none")]
212 #[cfg(all(target_family = "wasm", not(target_feature = "atomics")))]
213 #[doc(hidden)]
214 pub use self::local::statik::Key as __StaticLocalKeyInner;
215
216 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
217 // Builder
218 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
219
220 /// Thread factory, which can be used in order to configure the properties of
221 /// a new thread.
222 ///
223 /// Methods can be chained on it in order to configure it.
224 ///
225 /// The two configurations available are:
226 ///
227 /// - [`name`]: specifies an [associated name for the thread][naming-threads]
228 /// - [`stack_size`]: specifies the [desired stack size for the thread][stack-size]
229 ///
230 /// The [`spawn`] method will take ownership of the builder and create an
231 /// [`io::Result`] to the thread handle with the given configuration.
232 ///
233 /// The [`thread::spawn`] free function uses a `Builder` with default
234 /// configuration and [`unwrap`]s its return value.
235 ///
236 /// You may want to use [`spawn`] instead of [`thread::spawn`], when you want
237 /// to recover from a failure to launch a thread, indeed the free function will
238 /// panic where the `Builder` method will return a [`io::Result`].
239 ///
240 /// # Examples
241 ///
242 /// ```
243 /// use std::thread;
244 ///
245 /// let builder = thread::Builder::new();
246 ///
247 /// let handler = builder.spawn(|| {
248 ///     // thread code
249 /// }).unwrap();
250 ///
251 /// handler.join().unwrap();
252 /// ```
253 ///
254 /// [`stack_size`]: Builder::stack_size
255 /// [`name`]: Builder::name
256 /// [`spawn`]: Builder::spawn
257 /// [`thread::spawn`]: spawn
258 /// [`io::Result`]: crate::io::Result
259 /// [`unwrap`]: crate::result::Result::unwrap
260 /// [naming-threads]: ./index.html#naming-threads
261 /// [stack-size]: ./index.html#stack-size
262 #[must_use = "must eventually spawn the thread"]
263 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
264 #[derive(Debug)]
265 pub struct Builder {
266     // A name for the thread-to-be, for identification in panic messages
267     name: Option<String>,
268     // The size of the stack for the spawned thread in bytes
269     stack_size: Option<usize>,
270 }
271
272 impl Builder {
273     /// Generates the base configuration for spawning a thread, from which
274     /// configuration methods can be chained.
275     ///
276     /// # Examples
277     ///
278     /// ```
279     /// use std::thread;
280     ///
281     /// let builder = thread::Builder::new()
282     ///                               .name("foo".into())
283     ///                               .stack_size(32 * 1024);
284     ///
285     /// let handler = builder.spawn(|| {
286     ///     // thread code
287     /// }).unwrap();
288     ///
289     /// handler.join().unwrap();
290     /// ```
291     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
292     pub fn new() -> Builder {
293         Builder { name: None, stack_size: None }
294     }
295
296     /// Names the thread-to-be. Currently the name is used for identification
297     /// only in panic messages.
298     ///
299     /// The name must not contain null bytes (`\0`).
300     ///
301     /// For more information about named threads, see
302     /// [this module-level documentation][naming-threads].
303     ///
304     /// # Examples
305     ///
306     /// ```
307     /// use std::thread;
308     ///
309     /// let builder = thread::Builder::new()
310     ///     .name("foo".into());
311     ///
312     /// let handler = builder.spawn(|| {
313     ///     assert_eq!(thread::current().name(), Some("foo"))
314     /// }).unwrap();
315     ///
316     /// handler.join().unwrap();
317     /// ```
318     ///
319     /// [naming-threads]: ./index.html#naming-threads
320     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
321     pub fn name(mut self, name: String) -> Builder {
322         self.name = Some(name);
323         self
324     }
325
326     /// Sets the size of the stack (in bytes) for the new thread.
327     ///
328     /// The actual stack size may be greater than this value if
329     /// the platform specifies a minimal stack size.
330     ///
331     /// For more information about the stack size for threads, see
332     /// [this module-level documentation][stack-size].
333     ///
334     /// # Examples
335     ///
336     /// ```
337     /// use std::thread;
338     ///
339     /// let builder = thread::Builder::new().stack_size(32 * 1024);
340     /// ```
341     ///
342     /// [stack-size]: ./index.html#stack-size
343     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
344     pub fn stack_size(mut self, size: usize) -> Builder {
345         self.stack_size = Some(size);
346         self
347     }
348
349     /// Spawns a new thread by taking ownership of the `Builder`, and returns an
350     /// [`io::Result`] to its [`JoinHandle`].
351     ///
352     /// The spawned thread may outlive the caller (unless the caller thread
353     /// is the main thread; the whole process is terminated when the main
354     /// thread finishes). The join handle can be used to block on
355     /// termination of the spawned thread, including recovering its panics.
356     ///
357     /// For a more complete documentation see [`thread::spawn`][`spawn`].
358     ///
359     /// # Errors
360     ///
361     /// Unlike the [`spawn`] free function, this method yields an
362     /// [`io::Result`] to capture any failure to create the thread at
363     /// the OS level.
364     ///
365     /// [`io::Result`]: crate::io::Result
366     ///
367     /// # Panics
368     ///
369     /// Panics if a thread name was set and it contained null bytes.
370     ///
371     /// # Examples
372     ///
373     /// ```
374     /// use std::thread;
375     ///
376     /// let builder = thread::Builder::new();
377     ///
378     /// let handler = builder.spawn(|| {
379     ///     // thread code
380     /// }).unwrap();
381     ///
382     /// handler.join().unwrap();
383     /// ```
384     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
385     pub fn spawn<F, T>(self, f: F) -> io::Result<JoinHandle<T>>
386     where
387         F: FnOnce() -> T,
388         F: Send + 'static,
389         T: Send + 'static,
390     {
391         unsafe { self.spawn_unchecked(f) }
392     }
393
394     /// Spawns a new thread without any lifetime restrictions by taking ownership
395     /// of the `Builder`, and returns an [`io::Result`] to its [`JoinHandle`].
396     ///
397     /// The spawned thread may outlive the caller (unless the caller thread
398     /// is the main thread; the whole process is terminated when the main
399     /// thread finishes). The join handle can be used to block on
400     /// termination of the spawned thread, including recovering its panics.
401     ///
402     /// This method is identical to [`thread::Builder::spawn`][`Builder::spawn`],
403     /// except for the relaxed lifetime bounds, which render it unsafe.
404     /// For a more complete documentation see [`thread::spawn`][`spawn`].
405     ///
406     /// # Errors
407     ///
408     /// Unlike the [`spawn`] free function, this method yields an
409     /// [`io::Result`] to capture any failure to create the thread at
410     /// the OS level.
411     ///
412     /// # Panics
413     ///
414     /// Panics if a thread name was set and it contained null bytes.
415     ///
416     /// # Safety
417     ///
418     /// The caller has to ensure that the spawned thread does not outlive any
419     /// references in the supplied thread closure and its return type.
420     /// This can be guaranteed in two ways:
421     ///
422     /// - ensure that [`join`][`JoinHandle::join`] is called before any referenced
423     /// data is dropped
424     /// - use only types with `'static` lifetime bounds, i.e., those with no or only
425     /// `'static` references (both [`thread::Builder::spawn`][`Builder::spawn`]
426     /// and [`thread::spawn`][`spawn`] enforce this property statically)
427     ///
428     /// # Examples
429     ///
430     /// ```
431     /// #![feature(thread_spawn_unchecked)]
432     /// use std::thread;
433     ///
434     /// let builder = thread::Builder::new();
435     ///
436     /// let x = 1;
437     /// let thread_x = &x;
438     ///
439     /// let handler = unsafe {
440     ///     builder.spawn_unchecked(move || {
441     ///         println!("x = {}", *thread_x);
442     ///     }).unwrap()
443     /// };
444     ///
445     /// // caller has to ensure `join()` is called, otherwise
446     /// // it is possible to access freed memory if `x` gets
447     /// // dropped before the thread closure is executed!
448     /// handler.join().unwrap();
449     /// ```
450     ///
451     /// [`io::Result`]: crate::io::Result
452     #[unstable(feature = "thread_spawn_unchecked", issue = "55132")]
453     pub unsafe fn spawn_unchecked<'a, F, T>(self, f: F) -> io::Result<JoinHandle<T>>
454     where
455         F: FnOnce() -> T,
456         F: Send + 'a,
457         T: Send + 'a,
458     {
459         Ok(JoinHandle(unsafe { self.spawn_unchecked_(f, None) }?))
460     }
461
462     unsafe fn spawn_unchecked_<'a, 'scope, F, T>(
463         self,
464         f: F,
465         scope_data: Option<&'scope scoped::ScopeData>,
466     ) -> io::Result<JoinInner<'scope, T>>
467     where
468         F: FnOnce() -> T,
469         F: Send + 'a,
470         T: Send + 'a,
471         'scope: 'a,
472     {
473         let Builder { name, stack_size } = self;
474
475         let stack_size = stack_size.unwrap_or_else(thread::min_stack);
476
477         let my_thread = Thread::new(name.map(|name| {
478             CString::new(name).expect("thread name may not contain interior null bytes")
479         }));
480         let their_thread = my_thread.clone();
481
482         let my_packet: Arc<Packet<'scope, T>> =
483             Arc::new(Packet { scope: scope_data, result: UnsafeCell::new(None) });
484         let their_packet = my_packet.clone();
485
486         let output_capture = crate::io::set_output_capture(None);
487         crate::io::set_output_capture(output_capture.clone());
488
489         let main = move || {
490             if let Some(name) = their_thread.cname() {
491                 imp::Thread::set_name(name);
492             }
493
494             crate::io::set_output_capture(output_capture);
495
496             // SAFETY: the stack guard passed is the one for the current thread.
497             // This means the current thread's stack and the new thread's stack
498             // are properly set and protected from each other.
499             thread_info::set(unsafe { imp::guard::current() }, their_thread);
500             let try_result = panic::catch_unwind(panic::AssertUnwindSafe(|| {
501                 crate::sys_common::backtrace::__rust_begin_short_backtrace(f)
502             }));
503             // SAFETY: `their_packet` as been built just above and moved by the
504             // closure (it is an Arc<...>) and `my_packet` will be stored in the
505             // same `JoinInner` as this closure meaning the mutation will be
506             // safe (not modify it and affect a value far away).
507             unsafe { *their_packet.result.get() = Some(try_result) };
508         };
509
510         if let Some(scope_data) = scope_data {
511             scope_data.increment_num_running_threads();
512         }
513
514         Ok(JoinInner {
515             // SAFETY:
516             //
517             // `imp::Thread::new` takes a closure with a `'static` lifetime, since it's passed
518             // through FFI or otherwise used with low-level threading primitives that have no
519             // notion of or way to enforce lifetimes.
520             //
521             // As mentioned in the `Safety` section of this function's documentation, the caller of
522             // this function needs to guarantee that the passed-in lifetime is sufficiently long
523             // for the lifetime of the thread.
524             //
525             // Similarly, the `sys` implementation must guarantee that no references to the closure
526             // exist after the thread has terminated, which is signaled by `Thread::join`
527             // returning.
528             native: unsafe {
529                 imp::Thread::new(
530                     stack_size,
531                     mem::transmute::<Box<dyn FnOnce() + 'a>, Box<dyn FnOnce() + 'static>>(
532                         Box::new(main),
533                     ),
534                 )?
535             },
536             thread: my_thread,
537             packet: my_packet,
538         })
539     }
540 }
541
542 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
543 // Free functions
544 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
545
546 /// Spawns a new thread, returning a [`JoinHandle`] for it.
547 ///
548 /// The join handle provides a [`join`] method that can be used to join the spawned
549 /// thread. If the spawned thread panics, [`join`] will return an [`Err`] containing
550 /// the argument given to [`panic!`].
551 ///
552 /// If the join handle is dropped, the spawned thread will implicitly be *detached*.
553 /// In this case, the spawned thread may no longer be joined.
554 /// (It is the responsibility of the program to either eventually join threads it
555 /// creates or detach them; otherwise, a resource leak will result.)
556 ///
557 /// This call will create a thread using default parameters of [`Builder`], if you
558 /// want to specify the stack size or the name of the thread, use this API
559 /// instead.
560 ///
561 /// As you can see in the signature of `spawn` there are two constraints on
562 /// both the closure given to `spawn` and its return value, let's explain them:
563 ///
564 /// - The `'static` constraint means that the closure and its return value
565 ///   must have a lifetime of the whole program execution. The reason for this
566 ///   is that threads can outlive the lifetime they have been created in.
567 ///
568 ///   Indeed if the thread, and by extension its return value, can outlive their
569 ///   caller, we need to make sure that they will be valid afterwards, and since
570 ///   we *can't* know when it will return we need to have them valid as long as
571 ///   possible, that is until the end of the program, hence the `'static`
572 ///   lifetime.
573 /// - The [`Send`] constraint is because the closure will need to be passed
574 ///   *by value* from the thread where it is spawned to the new thread. Its
575 ///   return value will need to be passed from the new thread to the thread
576 ///   where it is `join`ed.
577 ///   As a reminder, the [`Send`] marker trait expresses that it is safe to be
578 ///   passed from thread to thread. [`Sync`] expresses that it is safe to have a
579 ///   reference be passed from thread to thread.
580 ///
581 /// # Panics
582 ///
583 /// Panics if the OS fails to create a thread; use [`Builder::spawn`]
584 /// to recover from such errors.
585 ///
586 /// # Examples
587 ///
588 /// Creating a thread.
589 ///
590 /// ```
591 /// use std::thread;
592 ///
593 /// let handler = thread::spawn(|| {
594 ///     // thread code
595 /// });
596 ///
597 /// handler.join().unwrap();
598 /// ```
599 ///
600 /// As mentioned in the module documentation, threads are usually made to
601 /// communicate using [`channels`], here is how it usually looks.
602 ///
603 /// This example also shows how to use `move`, in order to give ownership
604 /// of values to a thread.
605 ///
606 /// ```
607 /// use std::thread;
608 /// use std::sync::mpsc::channel;
609 ///
610 /// let (tx, rx) = channel();
611 ///
612 /// let sender = thread::spawn(move || {
613 ///     tx.send("Hello, thread".to_owned())
614 ///         .expect("Unable to send on channel");
615 /// });
616 ///
617 /// let receiver = thread::spawn(move || {
618 ///     let value = rx.recv().expect("Unable to receive from channel");
619 ///     println!("{value}");
620 /// });
621 ///
622 /// sender.join().expect("The sender thread has panicked");
623 /// receiver.join().expect("The receiver thread has panicked");
624 /// ```
625 ///
626 /// A thread can also return a value through its [`JoinHandle`], you can use
627 /// this to make asynchronous computations (futures might be more appropriate
628 /// though).
629 ///
630 /// ```
631 /// use std::thread;
632 ///
633 /// let computation = thread::spawn(|| {
634 ///     // Some expensive computation.
635 ///     42
636 /// });
637 ///
638 /// let result = computation.join().unwrap();
639 /// println!("{result}");
640 /// ```
641 ///
642 /// [`channels`]: crate::sync::mpsc
643 /// [`join`]: JoinHandle::join
644 /// [`Err`]: crate::result::Result::Err
645 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
646 pub fn spawn<F, T>(f: F) -> JoinHandle<T>
647 where
648     F: FnOnce() -> T,
649     F: Send + 'static,
650     T: Send + 'static,
651 {
652     Builder::new().spawn(f).expect("failed to spawn thread")
653 }
654
655 /// Gets a handle to the thread that invokes it.
656 ///
657 /// # Examples
658 ///
659 /// Getting a handle to the current thread with `thread::current()`:
660 ///
661 /// ```
662 /// use std::thread;
663 ///
664 /// let handler = thread::Builder::new()
665 ///     .name("named thread".into())
666 ///     .spawn(|| {
667 ///         let handle = thread::current();
668 ///         assert_eq!(handle.name(), Some("named thread"));
669 ///     })
670 ///     .unwrap();
671 ///
672 /// handler.join().unwrap();
673 /// ```
674 #[must_use]
675 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
676 pub fn current() -> Thread {
677     thread_info::current_thread().expect(
678         "use of std::thread::current() is not possible \
679          after the thread's local data has been destroyed",
680     )
681 }
682
683 /// Cooperatively gives up a timeslice to the OS scheduler.
684 ///
685 /// This calls the underlying OS scheduler's yield primitive, signaling
686 /// that the calling thread is willing to give up its remaining timeslice
687 /// so that the OS may schedule other threads on the CPU.
688 ///
689 /// A drawback of yielding in a loop is that if the OS does not have any
690 /// other ready threads to run on the current CPU, the thread will effectively
691 /// busy-wait, which wastes CPU time and energy.
692 ///
693 /// Therefore, when waiting for events of interest, a programmer's first
694 /// choice should be to use synchronization devices such as [`channel`]s,
695 /// [`Condvar`]s, [`Mutex`]es or [`join`] since these primitives are
696 /// implemented in a blocking manner, giving up the CPU until the event
697 /// of interest has occurred which avoids repeated yielding.
698 ///
699 /// `yield_now` should thus be used only rarely, mostly in situations where
700 /// repeated polling is required because there is no other suitable way to
701 /// learn when an event of interest has occurred.
702 ///
703 /// # Examples
704 ///
705 /// ```
706 /// use std::thread;
707 ///
708 /// thread::yield_now();
709 /// ```
710 ///
711 /// [`channel`]: crate::sync::mpsc
712 /// [`join`]: JoinHandle::join
713 /// [`Condvar`]: crate::sync::Condvar
714 /// [`Mutex`]: crate::sync::Mutex
715 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
716 pub fn yield_now() {
717     imp::Thread::yield_now()
718 }
719
720 /// Determines whether the current thread is unwinding because of panic.
721 ///
722 /// A common use of this feature is to poison shared resources when writing
723 /// unsafe code, by checking `panicking` when the `drop` is called.
724 ///
725 /// This is usually not needed when writing safe code, as [`Mutex`es][Mutex]
726 /// already poison themselves when a thread panics while holding the lock.
727 ///
728 /// This can also be used in multithreaded applications, in order to send a
729 /// message to other threads warning that a thread has panicked (e.g., for
730 /// monitoring purposes).
731 ///
732 /// # Examples
733 ///
734 /// ```should_panic
735 /// use std::thread;
736 ///
737 /// struct SomeStruct;
738 ///
739 /// impl Drop for SomeStruct {
740 ///     fn drop(&mut self) {
741 ///         if thread::panicking() {
742 ///             println!("dropped while unwinding");
743 ///         } else {
744 ///             println!("dropped while not unwinding");
745 ///         }
746 ///     }
747 /// }
748 ///
749 /// {
750 ///     print!("a: ");
751 ///     let a = SomeStruct;
752 /// }
753 ///
754 /// {
755 ///     print!("b: ");
756 ///     let b = SomeStruct;
757 ///     panic!()
758 /// }
759 /// ```
760 ///
761 /// [Mutex]: crate::sync::Mutex
762 #[inline]
763 #[must_use]
764 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
765 pub fn panicking() -> bool {
766     panicking::panicking()
767 }
768
769 /// Puts the current thread to sleep for at least the specified amount of time.
770 ///
771 /// The thread may sleep longer than the duration specified due to scheduling
772 /// specifics or platform-dependent functionality. It will never sleep less.
773 ///
774 /// This function is blocking, and should not be used in `async` functions.
775 ///
776 /// # Platform-specific behavior
777 ///
778 /// On Unix platforms, the underlying syscall may be interrupted by a
779 /// spurious wakeup or signal handler. To ensure the sleep occurs for at least
780 /// the specified duration, this function may invoke that system call multiple
781 /// times.
782 ///
783 /// # Examples
784 ///
785 /// ```no_run
786 /// use std::thread;
787 ///
788 /// // Let's sleep for 2 seconds:
789 /// thread::sleep_ms(2000);
790 /// ```
791 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
792 #[deprecated(since = "1.6.0", note = "replaced by `std::thread::sleep`")]
793 pub fn sleep_ms(ms: u32) {
794     sleep(Duration::from_millis(ms as u64))
795 }
796
797 /// Puts the current thread to sleep for at least the specified amount of time.
798 ///
799 /// The thread may sleep longer than the duration specified due to scheduling
800 /// specifics or platform-dependent functionality. It will never sleep less.
801 ///
802 /// This function is blocking, and should not be used in `async` functions.
803 ///
804 /// # Platform-specific behavior
805 ///
806 /// On Unix platforms, the underlying syscall may be interrupted by a
807 /// spurious wakeup or signal handler. To ensure the sleep occurs for at least
808 /// the specified duration, this function may invoke that system call multiple
809 /// times.
810 /// Platforms which do not support nanosecond precision for sleeping will
811 /// have `dur` rounded up to the nearest granularity of time they can sleep for.
812 ///
813 /// Currently, specifying a zero duration on Unix platforms returns immediately
814 /// without invoking the underlying [`nanosleep`] syscall, whereas on Windows
815 /// platforms the underlying [`Sleep`] syscall is always invoked.
816 /// If the intention is to yield the current time-slice you may want to use
817 /// [`yield_now`] instead.
818 ///
819 /// [`nanosleep`]: https://linux.die.net/man/2/nanosleep
820 /// [`Sleep`]: https://docs.microsoft.com/en-us/windows/win32/api/synchapi/nf-synchapi-sleep
821 ///
822 /// # Examples
823 ///
824 /// ```no_run
825 /// use std::{thread, time};
826 ///
827 /// let ten_millis = time::Duration::from_millis(10);
828 /// let now = time::Instant::now();
829 ///
830 /// thread::sleep(ten_millis);
831 ///
832 /// assert!(now.elapsed() >= ten_millis);
833 /// ```
834 #[stable(feature = "thread_sleep", since = "1.4.0")]
835 pub fn sleep(dur: Duration) {
836     imp::Thread::sleep(dur)
837 }
838
839 /// Blocks unless or until the current thread's token is made available.
840 ///
841 /// A call to `park` does not guarantee that the thread will remain parked
842 /// forever, and callers should be prepared for this possibility.
843 ///
844 /// # park and unpark
845 ///
846 /// Every thread is equipped with some basic low-level blocking support, via the
847 /// [`thread::park`][`park`] function and [`thread::Thread::unpark`][`unpark`]
848 /// method. [`park`] blocks the current thread, which can then be resumed from
849 /// another thread by calling the [`unpark`] method on the blocked thread's
850 /// handle.
851 ///
852 /// Conceptually, each [`Thread`] handle has an associated token, which is
853 /// initially not present:
854 ///
855 /// * The [`thread::park`][`park`] function blocks the current thread unless or
856 ///   until the token is available for its thread handle, at which point it
857 ///   atomically consumes the token. It may also return *spuriously*, without
858 ///   consuming the token. [`thread::park_timeout`] does the same, but allows
859 ///   specifying a maximum time to block the thread for.
860 ///
861 /// * The [`unpark`] method on a [`Thread`] atomically makes the token available
862 ///   if it wasn't already. Because the token is initially absent, [`unpark`]
863 ///   followed by [`park`] will result in the second call returning immediately.
864 ///
865 /// In other words, each [`Thread`] acts a bit like a spinlock that can be
866 /// locked and unlocked using `park` and `unpark`.
867 ///
868 /// Notice that being unblocked does not imply any synchronization with someone
869 /// that unparked this thread, it could also be spurious.
870 /// For example, it would be a valid, but inefficient, implementation to make both [`park`] and
871 /// [`unpark`] return immediately without doing anything.
872 ///
873 /// The API is typically used by acquiring a handle to the current thread,
874 /// placing that handle in a shared data structure so that other threads can
875 /// find it, and then `park`ing in a loop. When some desired condition is met, another
876 /// thread calls [`unpark`] on the handle.
877 ///
878 /// The motivation for this design is twofold:
879 ///
880 /// * It avoids the need to allocate mutexes and condvars when building new
881 ///   synchronization primitives; the threads already provide basic
882 ///   blocking/signaling.
883 ///
884 /// * It can be implemented very efficiently on many platforms.
885 ///
886 /// # Examples
887 ///
888 /// ```
889 /// use std::thread;
890 /// use std::sync::{Arc, atomic::{Ordering, AtomicBool}};
891 /// use std::time::Duration;
892 ///
893 /// let flag = Arc::new(AtomicBool::new(false));
894 /// let flag2 = Arc::clone(&flag);
895 ///
896 /// let parked_thread = thread::spawn(move || {
897 ///     // We want to wait until the flag is set. We *could* just spin, but using
898 ///     // park/unpark is more efficient.
899 ///     while !flag2.load(Ordering::Acquire) {
900 ///         println!("Parking thread");
901 ///         thread::park();
902 ///         // We *could* get here spuriously, i.e., way before the 10ms below are over!
903 ///         // But that is no problem, we are in a loop until the flag is set anyway.
904 ///         println!("Thread unparked");
905 ///     }
906 ///     println!("Flag received");
907 /// });
908 ///
909 /// // Let some time pass for the thread to be spawned.
910 /// thread::sleep(Duration::from_millis(10));
911 ///
912 /// // Set the flag, and let the thread wake up.
913 /// // There is no race condition here, if `unpark`
914 /// // happens first, `park` will return immediately.
915 /// // Hence there is no risk of a deadlock.
916 /// flag.store(true, Ordering::Release);
917 /// println!("Unpark the thread");
918 /// parked_thread.thread().unpark();
919 ///
920 /// parked_thread.join().unwrap();
921 /// ```
922 ///
923 /// [`unpark`]: Thread::unpark
924 /// [`thread::park_timeout`]: park_timeout
925 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
926 pub fn park() {
927     // SAFETY: park_timeout is called on the parker owned by this thread.
928     unsafe {
929         current().inner.as_ref().parker().park();
930     }
931 }
932
933 /// Use [`park_timeout`].
934 ///
935 /// Blocks unless or until the current thread's token is made available or
936 /// the specified duration has been reached (may wake spuriously).
937 ///
938 /// The semantics of this function are equivalent to [`park`] except
939 /// that the thread will be blocked for roughly no longer than `dur`. This
940 /// method should not be used for precise timing due to anomalies such as
941 /// preemption or platform differences that might not cause the maximum
942 /// amount of time waited to be precisely `ms` long.
943 ///
944 /// See the [park documentation][`park`] for more detail.
945 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
946 #[deprecated(since = "1.6.0", note = "replaced by `std::thread::park_timeout`")]
947 pub fn park_timeout_ms(ms: u32) {
948     park_timeout(Duration::from_millis(ms as u64))
949 }
950
951 /// Blocks unless or until the current thread's token is made available or
952 /// the specified duration has been reached (may wake spuriously).
953 ///
954 /// The semantics of this function are equivalent to [`park`][park] except
955 /// that the thread will be blocked for roughly no longer than `dur`. This
956 /// method should not be used for precise timing due to anomalies such as
957 /// preemption or platform differences that might not cause the maximum
958 /// amount of time waited to be precisely `dur` long.
959 ///
960 /// See the [park documentation][park] for more details.
961 ///
962 /// # Platform-specific behavior
963 ///
964 /// Platforms which do not support nanosecond precision for sleeping will have
965 /// `dur` rounded up to the nearest granularity of time they can sleep for.
966 ///
967 /// # Examples
968 ///
969 /// Waiting for the complete expiration of the timeout:
970 ///
971 /// ```rust,no_run
972 /// use std::thread::park_timeout;
973 /// use std::time::{Instant, Duration};
974 ///
975 /// let timeout = Duration::from_secs(2);
976 /// let beginning_park = Instant::now();
977 ///
978 /// let mut timeout_remaining = timeout;
979 /// loop {
980 ///     park_timeout(timeout_remaining);
981 ///     let elapsed = beginning_park.elapsed();
982 ///     if elapsed >= timeout {
983 ///         break;
984 ///     }
985 ///     println!("restarting park_timeout after {elapsed:?}");
986 ///     timeout_remaining = timeout - elapsed;
987 /// }
988 /// ```
989 #[stable(feature = "park_timeout", since = "1.4.0")]
990 pub fn park_timeout(dur: Duration) {
991     // SAFETY: park_timeout is called on the parker owned by this thread.
992     unsafe {
993         current().inner.as_ref().parker().park_timeout(dur);
994     }
995 }
996
997 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
998 // ThreadId
999 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
1000
1001 /// A unique identifier for a running thread.
1002 ///
1003 /// A `ThreadId` is an opaque object that uniquely identifies each thread
1004 /// created during the lifetime of a process. `ThreadId`s are guaranteed not to
1005 /// be reused, even when a thread terminates. `ThreadId`s are under the control
1006 /// of Rust's standard library and there may not be any relationship between
1007 /// `ThreadId` and the underlying platform's notion of a thread identifier --
1008 /// the two concepts cannot, therefore, be used interchangeably. A `ThreadId`
1009 /// can be retrieved from the [`id`] method on a [`Thread`].
1010 ///
1011 /// # Examples
1012 ///
1013 /// ```
1014 /// use std::thread;
1015 ///
1016 /// let other_thread = thread::spawn(|| {
1017 ///     thread::current().id()
1018 /// });
1019 ///
1020 /// let other_thread_id = other_thread.join().unwrap();
1021 /// assert!(thread::current().id() != other_thread_id);
1022 /// ```
1023 ///
1024 /// [`id`]: Thread::id
1025 #[stable(feature = "thread_id", since = "1.19.0")]
1026 #[derive(Eq, PartialEq, Clone, Copy, Hash, Debug)]
1027 pub struct ThreadId(NonZeroU64);
1028
1029 impl ThreadId {
1030     // Generate a new unique thread ID.
1031     fn new() -> ThreadId {
1032         // It is UB to attempt to acquire this mutex reentrantly!
1033         static GUARD: mutex::StaticMutex = mutex::StaticMutex::new();
1034         static mut COUNTER: u64 = 1;
1035
1036         unsafe {
1037             let guard = GUARD.lock();
1038
1039             // If we somehow use up all our bits, panic so that we're not
1040             // covering up subtle bugs of IDs being reused.
1041             if COUNTER == u64::MAX {
1042                 drop(guard); // in case the panic handler ends up calling `ThreadId::new()`, avoid reentrant lock acquire.
1043                 panic!("failed to generate unique thread ID: bitspace exhausted");
1044             }
1045
1046             let id = COUNTER;
1047             COUNTER += 1;
1048
1049             ThreadId(NonZeroU64::new(id).unwrap())
1050         }
1051     }
1052
1053     /// This returns a numeric identifier for the thread identified by this
1054     /// `ThreadId`.
1055     ///
1056     /// As noted in the documentation for the type itself, it is essentially an
1057     /// opaque ID, but is guaranteed to be unique for each thread. The returned
1058     /// value is entirely opaque -- only equality testing is stable. Note that
1059     /// it is not guaranteed which values new threads will return, and this may
1060     /// change across Rust versions.
1061     #[must_use]
1062     #[unstable(feature = "thread_id_value", issue = "67939")]
1063     pub fn as_u64(&self) -> NonZeroU64 {
1064         self.0
1065     }
1066 }
1067
1068 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
1069 // Thread
1070 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
1071
1072 /// The internal representation of a `Thread` handle
1073 struct Inner {
1074     name: Option<CString>, // Guaranteed to be UTF-8
1075     id: ThreadId,
1076     parker: Parker,
1077 }
1078
1079 impl Inner {
1080     fn parker(self: Pin<&Self>) -> Pin<&Parker> {
1081         unsafe { Pin::map_unchecked(self, |inner| &inner.parker) }
1082     }
1083 }
1084
1085 #[derive(Clone)]
1086 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1087 /// A handle to a thread.
1088 ///
1089 /// Threads are represented via the `Thread` type, which you can get in one of
1090 /// two ways:
1091 ///
1092 /// * By spawning a new thread, e.g., using the [`thread::spawn`][`spawn`]
1093 ///   function, and calling [`thread`][`JoinHandle::thread`] on the
1094 ///   [`JoinHandle`].
1095 /// * By requesting the current thread, using the [`thread::current`] function.
1096 ///
1097 /// The [`thread::current`] function is available even for threads not spawned
1098 /// by the APIs of this module.
1099 ///
1100 /// There is usually no need to create a `Thread` struct yourself, one
1101 /// should instead use a function like `spawn` to create new threads, see the
1102 /// docs of [`Builder`] and [`spawn`] for more details.
1103 ///
1104 /// [`thread::current`]: current
1105 pub struct Thread {
1106     inner: Pin<Arc<Inner>>,
1107 }
1108
1109 impl Thread {
1110     // Used only internally to construct a thread object without spawning
1111     // Panics if the name contains nuls.
1112     pub(crate) fn new(name: Option<CString>) -> Thread {
1113         // We have to use `unsafe` here to constuct the `Parker` in-place,
1114         // which is required for the UNIX implementation.
1115         //
1116         // SAFETY: We pin the Arc immediately after creation, so its address never
1117         // changes.
1118         let inner = unsafe {
1119             let mut arc = Arc::<Inner>::new_uninit();
1120             let ptr = Arc::get_mut_unchecked(&mut arc).as_mut_ptr();
1121             addr_of_mut!((*ptr).name).write(name);
1122             addr_of_mut!((*ptr).id).write(ThreadId::new());
1123             Parker::new(addr_of_mut!((*ptr).parker));
1124             Pin::new_unchecked(arc.assume_init())
1125         };
1126
1127         Thread { inner }
1128     }
1129
1130     /// Atomically makes the handle's token available if it is not already.
1131     ///
1132     /// Every thread is equipped with some basic low-level blocking support, via
1133     /// the [`park`][park] function and the `unpark()` method. These can be
1134     /// used as a more CPU-efficient implementation of a spinlock.
1135     ///
1136     /// See the [park documentation][park] for more details.
1137     ///
1138     /// # Examples
1139     ///
1140     /// ```
1141     /// use std::thread;
1142     /// use std::time::Duration;
1143     ///
1144     /// let parked_thread = thread::Builder::new()
1145     ///     .spawn(|| {
1146     ///         println!("Parking thread");
1147     ///         thread::park();
1148     ///         println!("Thread unparked");
1149     ///     })
1150     ///     .unwrap();
1151     ///
1152     /// // Let some time pass for the thread to be spawned.
1153     /// thread::sleep(Duration::from_millis(10));
1154     ///
1155     /// println!("Unpark the thread");
1156     /// parked_thread.thread().unpark();
1157     ///
1158     /// parked_thread.join().unwrap();
1159     /// ```
1160     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1161     #[inline]
1162     pub fn unpark(&self) {
1163         self.inner.as_ref().parker().unpark();
1164     }
1165
1166     /// Gets the thread's unique identifier.
1167     ///
1168     /// # Examples
1169     ///
1170     /// ```
1171     /// use std::thread;
1172     ///
1173     /// let other_thread = thread::spawn(|| {
1174     ///     thread::current().id()
1175     /// });
1176     ///
1177     /// let other_thread_id = other_thread.join().unwrap();
1178     /// assert!(thread::current().id() != other_thread_id);
1179     /// ```
1180     #[stable(feature = "thread_id", since = "1.19.0")]
1181     #[must_use]
1182     pub fn id(&self) -> ThreadId {
1183         self.inner.id
1184     }
1185
1186     /// Gets the thread's name.
1187     ///
1188     /// For more information about named threads, see
1189     /// [this module-level documentation][naming-threads].
1190     ///
1191     /// # Examples
1192     ///
1193     /// Threads by default have no name specified:
1194     ///
1195     /// ```
1196     /// use std::thread;
1197     ///
1198     /// let builder = thread::Builder::new();
1199     ///
1200     /// let handler = builder.spawn(|| {
1201     ///     assert!(thread::current().name().is_none());
1202     /// }).unwrap();
1203     ///
1204     /// handler.join().unwrap();
1205     /// ```
1206     ///
1207     /// Thread with a specified name:
1208     ///
1209     /// ```
1210     /// use std::thread;
1211     ///
1212     /// let builder = thread::Builder::new()
1213     ///     .name("foo".into());
1214     ///
1215     /// let handler = builder.spawn(|| {
1216     ///     assert_eq!(thread::current().name(), Some("foo"))
1217     /// }).unwrap();
1218     ///
1219     /// handler.join().unwrap();
1220     /// ```
1221     ///
1222     /// [naming-threads]: ./index.html#naming-threads
1223     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1224     #[must_use]
1225     pub fn name(&self) -> Option<&str> {
1226         self.cname().map(|s| unsafe { str::from_utf8_unchecked(s.to_bytes()) })
1227     }
1228
1229     fn cname(&self) -> Option<&CStr> {
1230         self.inner.name.as_deref()
1231     }
1232 }
1233
1234 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1235 impl fmt::Debug for Thread {
1236     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
1237         f.debug_struct("Thread")
1238             .field("id", &self.id())
1239             .field("name", &self.name())
1240             .finish_non_exhaustive()
1241     }
1242 }
1243
1244 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
1245 // JoinHandle
1246 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
1247
1248 /// A specialized [`Result`] type for threads.
1249 ///
1250 /// Indicates the manner in which a thread exited.
1251 ///
1252 /// The value contained in the `Result::Err` variant
1253 /// is the value the thread panicked with;
1254 /// that is, the argument the `panic!` macro was called with.
1255 /// Unlike with normal errors, this value doesn't implement
1256 /// the [`Error`](crate::error::Error) trait.
1257 ///
1258 /// Thus, a sensible way to handle a thread panic is to either:
1259 ///
1260 /// 1. propagate the panic with [`std::panic::resume_unwind`]
1261 /// 2. or in case the thread is intended to be a subsystem boundary
1262 /// that is supposed to isolate system-level failures,
1263 /// match on the `Err` variant and handle the panic in an appropriate way
1264 ///
1265 /// A thread that completes without panicking is considered to exit successfully.
1266 ///
1267 /// # Examples
1268 ///
1269 /// Matching on the result of a joined thread:
1270 ///
1271 /// ```no_run
1272 /// use std::{fs, thread, panic};
1273 ///
1274 /// fn copy_in_thread() -> thread::Result<()> {
1275 ///     thread::spawn(|| {
1276 ///         fs::copy("foo.txt", "bar.txt").unwrap();
1277 ///     }).join()
1278 /// }
1279 ///
1280 /// fn main() {
1281 ///     match copy_in_thread() {
1282 ///         Ok(_) => println!("copy succeeded"),
1283 ///         Err(e) => panic::resume_unwind(e),
1284 ///     }
1285 /// }
1286 /// ```
1287 ///
1288 /// [`Result`]: crate::result::Result
1289 /// [`std::panic::resume_unwind`]: crate::panic::resume_unwind
1290 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1291 pub type Result<T> = crate::result::Result<T, Box<dyn Any + Send + 'static>>;
1292
1293 // This packet is used to communicate the return value between the spawned
1294 // thread and the rest of the program. It is shared through an `Arc` and
1295 // there's no need for a mutex here because synchronization happens with `join()`
1296 // (the caller will never read this packet until the thread has exited).
1297 //
1298 // An Arc to the packet is stored into a `JoinInner` which in turns is placed
1299 // in `JoinHandle`.
1300 struct Packet<'scope, T> {
1301     scope: Option<&'scope scoped::ScopeData>,
1302     result: UnsafeCell<Option<Result<T>>>,
1303 }
1304
1305 // Due to the usage of `UnsafeCell` we need to manually implement Sync.
1306 // The type `T` should already always be Send (otherwise the thread could not
1307 // have been created) and the Packet is Sync because all access to the
1308 // `UnsafeCell` synchronized (by the `join()` boundary), and `ScopeData` is Sync.
1309 unsafe impl<'scope, T: Sync> Sync for Packet<'scope, T> {}
1310
1311 impl<'scope, T> Drop for Packet<'scope, T> {
1312     fn drop(&mut self) {
1313         // If this packet was for a thread that ran in a scope, the thread
1314         // panicked, and nobody consumed the panic payload, we make sure
1315         // the scope function will panic.
1316         let unhandled_panic = matches!(self.result.get_mut(), Some(Err(_)));
1317         // Drop the result without causing unwinding.
1318         // This is only relevant for threads that aren't join()ed, as
1319         // join() will take the `result` and set it to None, such that
1320         // there is nothing left to drop here.
1321         // If this panics, we should handle that, because we're outside the
1322         // outermost `catch_unwind` of our thread.
1323         // We just abort in that case, since there's nothing else we can do.
1324         // (And even if we tried to handle it somehow, we'd also need to handle
1325         // the case where the panic payload we get out of it also panics on
1326         // drop, and so on. See issue #86027.)
1327         if let Err(_) = panic::catch_unwind(panic::AssertUnwindSafe(|| {
1328             *self.result.get_mut() = None;
1329         })) {
1330             rtabort!("thread result panicked on drop");
1331         }
1332         // Book-keeping so the scope knows when it's done.
1333         if let Some(scope) = self.scope {
1334             // Now that there will be no more user code running on this thread
1335             // that can use 'scope, mark the thread as 'finished'.
1336             // It's important we only do this after the `result` has been dropped,
1337             // since dropping it might still use things it borrowed from 'scope.
1338             scope.decrement_num_running_threads(unhandled_panic);
1339         }
1340     }
1341 }
1342
1343 /// Inner representation for JoinHandle
1344 struct JoinInner<'scope, T> {
1345     native: imp::Thread,
1346     thread: Thread,
1347     packet: Arc<Packet<'scope, T>>,
1348 }
1349
1350 impl<'scope, T> JoinInner<'scope, T> {
1351     fn join(mut self) -> Result<T> {
1352         self.native.join();
1353         Arc::get_mut(&mut self.packet).unwrap().result.get_mut().take().unwrap()
1354     }
1355 }
1356
1357 /// An owned permission to join on a thread (block on its termination).
1358 ///
1359 /// A `JoinHandle` *detaches* the associated thread when it is dropped, which
1360 /// means that there is no longer any handle to the thread and no way to `join`
1361 /// on it.
1362 ///
1363 /// Due to platform restrictions, it is not possible to [`Clone`] this
1364 /// handle: the ability to join a thread is a uniquely-owned permission.
1365 ///
1366 /// This `struct` is created by the [`thread::spawn`] function and the
1367 /// [`thread::Builder::spawn`] method.
1368 ///
1369 /// # Examples
1370 ///
1371 /// Creation from [`thread::spawn`]:
1372 ///
1373 /// ```
1374 /// use std::thread;
1375 ///
1376 /// let join_handle: thread::JoinHandle<_> = thread::spawn(|| {
1377 ///     // some work here
1378 /// });
1379 /// ```
1380 ///
1381 /// Creation from [`thread::Builder::spawn`]:
1382 ///
1383 /// ```
1384 /// use std::thread;
1385 ///
1386 /// let builder = thread::Builder::new();
1387 ///
1388 /// let join_handle: thread::JoinHandle<_> = builder.spawn(|| {
1389 ///     // some work here
1390 /// }).unwrap();
1391 /// ```
1392 ///
1393 /// A thread being detached and outliving the thread that spawned it:
1394 ///
1395 /// ```no_run
1396 /// use std::thread;
1397 /// use std::time::Duration;
1398 ///
1399 /// let original_thread = thread::spawn(|| {
1400 ///     let _detached_thread = thread::spawn(|| {
1401 ///         // Here we sleep to make sure that the first thread returns before.
1402 ///         thread::sleep(Duration::from_millis(10));
1403 ///         // This will be called, even though the JoinHandle is dropped.
1404 ///         println!("♫ Still alive ♫");
1405 ///     });
1406 /// });
1407 ///
1408 /// original_thread.join().expect("The thread being joined has panicked");
1409 /// println!("Original thread is joined.");
1410 ///
1411 /// // We make sure that the new thread has time to run, before the main
1412 /// // thread returns.
1413 ///
1414 /// thread::sleep(Duration::from_millis(1000));
1415 /// ```
1416 ///
1417 /// [`thread::Builder::spawn`]: Builder::spawn
1418 /// [`thread::spawn`]: spawn
1419 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1420 pub struct JoinHandle<T>(JoinInner<'static, T>);
1421
1422 #[stable(feature = "joinhandle_impl_send_sync", since = "1.29.0")]
1423 unsafe impl<T> Send for JoinHandle<T> {}
1424 #[stable(feature = "joinhandle_impl_send_sync", since = "1.29.0")]
1425 unsafe impl<T> Sync for JoinHandle<T> {}
1426
1427 impl<T> JoinHandle<T> {
1428     /// Extracts a handle to the underlying thread.
1429     ///
1430     /// # Examples
1431     ///
1432     /// ```
1433     /// use std::thread;
1434     ///
1435     /// let builder = thread::Builder::new();
1436     ///
1437     /// let join_handle: thread::JoinHandle<_> = builder.spawn(|| {
1438     ///     // some work here
1439     /// }).unwrap();
1440     ///
1441     /// let thread = join_handle.thread();
1442     /// println!("thread id: {:?}", thread.id());
1443     /// ```
1444     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1445     #[must_use]
1446     pub fn thread(&self) -> &Thread {
1447         &self.0.thread
1448     }
1449
1450     /// Waits for the associated thread to finish.
1451     ///
1452     /// This function will return immediately if the associated thread has already finished.
1453     ///
1454     /// In terms of [atomic memory orderings],  the completion of the associated
1455     /// thread synchronizes with this function returning. In other words, all
1456     /// operations performed by that thread [happen
1457     /// before](https://doc.rust-lang.org/nomicon/atomics.html#data-accesses) all
1458     /// operations that happen after `join` returns.
1459     ///
1460     /// If the associated thread panics, [`Err`] is returned with the parameter given
1461     /// to [`panic!`].
1462     ///
1463     /// [`Err`]: crate::result::Result::Err
1464     /// [atomic memory orderings]: crate::sync::atomic
1465     ///
1466     /// # Panics
1467     ///
1468     /// This function may panic on some platforms if a thread attempts to join
1469     /// itself or otherwise may create a deadlock with joining threads.
1470     ///
1471     /// # Examples
1472     ///
1473     /// ```
1474     /// use std::thread;
1475     ///
1476     /// let builder = thread::Builder::new();
1477     ///
1478     /// let join_handle: thread::JoinHandle<_> = builder.spawn(|| {
1479     ///     // some work here
1480     /// }).unwrap();
1481     /// join_handle.join().expect("Couldn't join on the associated thread");
1482     /// ```
1483     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1484     pub fn join(self) -> Result<T> {
1485         self.0.join()
1486     }
1487
1488     /// Checks if the associated thread has finished running its main function.
1489     ///
1490     /// This might return `true` for a brief moment after the thread's main
1491     /// function has returned, but before the thread itself has stopped running.
1492     /// However, once this returns `true`, [`join`][Self::join] can be expected
1493     /// to return quickly, without blocking for any significant amount of time.
1494     ///
1495     /// This function does not block. To block while waiting on the thread to finish,
1496     /// use [`join`][Self::join].
1497     #[stable(feature = "thread_is_running", since = "1.61.0")]
1498     pub fn is_finished(&self) -> bool {
1499         Arc::strong_count(&self.0.packet) == 1
1500     }
1501 }
1502
1503 impl<T> AsInner<imp::Thread> for JoinHandle<T> {
1504     fn as_inner(&self) -> &imp::Thread {
1505         &self.0.native
1506     }
1507 }
1508
1509 impl<T> IntoInner<imp::Thread> for JoinHandle<T> {
1510     fn into_inner(self) -> imp::Thread {
1511         self.0.native
1512     }
1513 }
1514
1515 #[stable(feature = "std_debug", since = "1.16.0")]
1516 impl<T> fmt::Debug for JoinHandle<T> {
1517     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
1518         f.debug_struct("JoinHandle").finish_non_exhaustive()
1519     }
1520 }
1521
1522 fn _assert_sync_and_send() {
1523     fn _assert_both<T: Send + Sync>() {}
1524     _assert_both::<JoinHandle<()>>();
1525     _assert_both::<Thread>();
1526 }
1527
1528 /// Returns an estimate of the default amount of parallelism a program should use.
1529 ///
1530 /// Parallelism is a resource. A given machine provides a certain capacity for
1531 /// parallelism, i.e., a bound on the number of computations it can perform
1532 /// simultaneously. This number often corresponds to the amount of CPUs a
1533 /// computer has, but it may diverge in various cases.
1534 ///
1535 /// Host environments such as VMs or container orchestrators may want to
1536 /// restrict the amount of parallelism made available to programs in them. This
1537 /// is often done to limit the potential impact of (unintentionally)
1538 /// resource-intensive programs on other programs running on the same machine.
1539 ///
1540 /// # Limitations
1541 ///
1542 /// The purpose of this API is to provide an easy and portable way to query
1543 /// the default amount of parallelism the program should use. Among other things it
1544 /// does not expose information on NUMA regions, does not account for
1545 /// differences in (co)processor capabilities or current system load,
1546 /// and will not modify the program's global state in order to more accurately
1547 /// query the amount of available parallelism.
1548 ///
1549 /// Where both fixed steady-state and burst limits are available the steady-state
1550 /// capacity will be used to ensure more predictable latencies.
1551 ///
1552 /// Resource limits can be changed during the runtime of a program, therefore the value is
1553 /// not cached and instead recomputed every time this function is called. It should not be
1554 /// called from hot code.
1555 ///
1556 /// The value returned by this function should be considered a simplified
1557 /// approximation of the actual amount of parallelism available at any given
1558 /// time. To get a more detailed or precise overview of the amount of
1559 /// parallelism available to the program, you may wish to use
1560 /// platform-specific APIs as well. The following platform limitations currently
1561 /// apply to `available_parallelism`:
1562 ///
1563 /// On Windows:
1564 /// - It may undercount the amount of parallelism available on systems with more
1565 ///   than 64 logical CPUs. However, programs typically need specific support to
1566 ///   take advantage of more than 64 logical CPUs, and in the absence of such
1567 ///   support, the number returned by this function accurately reflects the
1568 ///   number of logical CPUs the program can use by default.
1569 /// - It may overcount the amount of parallelism available on systems limited by
1570 ///   process-wide affinity masks, or job object limitations.
1571 ///
1572 /// On Linux:
1573 /// - It may overcount the amount of parallelism available when limited by a
1574 ///   process-wide affinity mask or cgroup quotas and cgroup2 fs or `sched_getaffinity()` can't be
1575 ///   queried, e.g. due to sandboxing.
1576 /// - It may undercount the amount of parallelism if the current thread's affinity mask
1577 ///   does not reflect the process' cpuset, e.g. due to pinned threads.
1578 ///
1579 /// On all targets:
1580 /// - It may overcount the amount of parallelism available when running in a VM
1581 /// with CPU usage limits (e.g. an overcommitted host).
1582 ///
1583 /// # Errors
1584 ///
1585 /// This function will, but is not limited to, return errors in the following
1586 /// cases:
1587 ///
1588 /// - If the amount of parallelism is not known for the target platform.
1589 /// - If the program lacks permission to query the amount of parallelism made
1590 ///   available to it.
1591 ///
1592 /// # Examples
1593 ///
1594 /// ```
1595 /// # #![allow(dead_code)]
1596 /// use std::{io, thread};
1597 ///
1598 /// fn main() -> io::Result<()> {
1599 ///     let count = thread::available_parallelism()?.get();
1600 ///     assert!(count >= 1_usize);
1601 ///     Ok(())
1602 /// }
1603 /// ```
1604 #[doc(alias = "available_concurrency")] // Alias for a previous name we gave this API on unstable.
1605 #[doc(alias = "hardware_concurrency")] // Alias for C++ `std::thread::hardware_concurrency`.
1606 #[doc(alias = "num_cpus")] // Alias for a popular ecosystem crate which provides similar functionality.
1607 #[stable(feature = "available_parallelism", since = "1.59.0")]
1608 pub fn available_parallelism() -> io::Result<NonZeroUsize> {
1609     imp::available_parallelism()
1610 }