src/libstd/sync/once.rs

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   7 // <LICENSE-MIT or http://opensource.org/licenses/MIT>, at your
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   9 // except according to those terms.
  10
  11 //! A "once initialization" primitive
  12 //!
  13 //! This primitive is meant to be used to run one-time initialization. An
  14 //! example use case would be for initializing an FFI library.
  15
  16 use prelude::v1::*;
  17
  18 use isize;
  19 use sync::atomic::{AtomicIsize, Ordering, ATOMIC_ISIZE_INIT};
  20 use sync::{StaticMutex, MUTEX_INIT};
  21
  22 /// A synchronization primitive which can be used to run a one-time global
  23 /// initialization. Useful for one-time initialization for FFI or related
  24 /// functionality. This type can only be constructed with the `ONCE_INIT`
  25 /// value.
  26 ///
  27 /// # Examples
  28 ///
  29 /// ```
  30 /// use std::sync::{Once, ONCE_INIT};
  31 ///
  32 /// static START: Once = ONCE_INIT;
  33 ///
  34 /// START.call_once(|| {
  35 ///     // run initialization here
  36 /// });
  37 /// ```
  38 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
  39 pub struct Once {
  40     mutex: StaticMutex,
  41     cnt: AtomicIsize,
  42     lock_cnt: AtomicIsize,
  43 }
  44
  45 /// Initialization value for static `Once` values.
  46 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
  47 pub const ONCE_INIT: Once = Once {
  48     mutex: MUTEX_INIT,
  49     cnt: ATOMIC_ISIZE_INIT,
  50     lock_cnt: ATOMIC_ISIZE_INIT,
  51 };
  52
  53 impl Once {
  54     /// Performs an initialization routine once and only once. The given closure
  55     /// will be executed if this is the first time `call_once` has been called,
  56     /// and otherwise the routine will *not* be invoked.
  57     ///
  58     /// This method will block the calling task if another initialization
  59     /// routine is currently running.
  60     ///
  61     /// When this function returns, it is guaranteed that some initialization
  62     /// has run and completed (it may not be the closure specified).
  63     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
  64     pub fn call_once<F>(&'static self, f: F) where F: FnOnce() {
  65         // Optimize common path: load is much cheaper than fetch_add.
  66         if self.cnt.load(Ordering::SeqCst) < 0 {
  67             return
  68         }
  69
  70         // Implementation-wise, this would seem like a fairly trivial primitive.
  71         // The stickler part is where our mutexes currently require an
  72         // allocation, and usage of a `Once` shouldn't leak this allocation.
  73         //
  74         // This means that there must be a deterministic destroyer of the mutex
  75         // contained within (because it's not needed after the initialization
  76         // has run).
  77         //
  78         // The general scheme here is to gate all future threads once
  79         // initialization has completed with a "very negative" count, and to
  80         // allow through threads to lock the mutex if they see a non negative
  81         // count. For all threads grabbing the mutex, exactly one of them should
  82         // be responsible for unlocking the mutex, and this should only be done
  83         // once everyone else is done with the mutex.
  84         //
  85         // This atomicity is achieved by swapping a very negative value into the
  86         // shared count when the initialization routine has completed. This will
  87         // read the number of threads which will at some point attempt to
  88         // acquire the mutex. This count is then squirreled away in a separate
  89         // variable, and the last person on the way out of the mutex is then
  90         // responsible for destroying the mutex.
  91         //
  92         // It is crucial that the negative value is swapped in *after* the
  93         // initialization routine has completed because otherwise new threads
  94         // calling `call_once` will return immediately before the initialization
  95         // has completed.
  96
  97         let prev = self.cnt.fetch_add(1, Ordering::SeqCst);
  98         if prev < 0 {
  99             // Make sure we never overflow, we'll never have isize::MIN
 100             // simultaneous calls to `call_once` to make this value go back to 0
 101             self.cnt.store(isize::MIN, Ordering::SeqCst);
 102             return
 103         }
 104
 105         // If the count is negative, then someone else finished the job,
 106         // otherwise we run the job and record how many people will try to grab
 107         // this lock
 108         let guard = self.mutex.lock();
 109         if self.cnt.load(Ordering::SeqCst) > 0 {
 110             f();
 111             let prev = self.cnt.swap(isize::MIN, Ordering::SeqCst);
 112             self.lock_cnt.store(prev, Ordering::SeqCst);
 113         }
 114         drop(guard);
 115
 116         // Last one out cleans up after everyone else, no leaks!
 117         if self.lock_cnt.fetch_add(-1, Ordering::SeqCst) == 1 {
 118             unsafe { self.mutex.destroy() }
 119         }
 120     }
 121 }
 122
 123 #[cfg(test)]
 124 mod tests {
 125     use prelude::v1::*;
 126
 127     use thread;
 128     use super::{ONCE_INIT, Once};
 129     use sync::mpsc::channel;
 130
 131     #[test]
 132     fn smoke_once() {
 133         static O: Once = ONCE_INIT;
 134         let mut a = 0;
 135         O.call_once(|| a += 1);
 136         assert_eq!(a, 1);
 137         O.call_once(|| a += 1);
 138         assert_eq!(a, 1);
 139     }
 140
 141     #[test]
 142     fn stampede_once() {
 143         static O: Once = ONCE_INIT;
 144         static mut run: bool = false;
 145
 146         let (tx, rx) = channel();
 147         for _ in 0..10 {
 148             let tx = tx.clone();
 149             thread::spawn(move|| {
 150                 for _ in 0..4 { thread::yield_now() }
 151                 unsafe {
 152                     O.call_once(|| {
 153                         assert!(!run);
 154                         run = true;
 155                     });
 156                     assert!(run);
 157                 }
 158                 tx.send(()).unwrap();
 159             });
 160         }
 161
 162         unsafe {
 163             O.call_once(|| {
 164                 assert!(!run);
 165                 run = true;
 166             });
 167             assert!(run);
 168         }
 169
 170         for _ in 0..10 {
 171             rx.recv().unwrap();
 172         }
 173     }
 174 }