]> git.lizzy.rs Git - rust.git/blob - src/libstd/thread/mod.rs
Add link to the module doc in `park_timeout`.
[rust.git] / src / libstd / thread / mod.rs
1 // Copyright 2014 The Rust Project Developers. See the COPYRIGHT
2 // file at the top-level directory of this distribution and at
3 // http://rust-lang.org/COPYRIGHT.
4 //
5 // Licensed under the Apache License, Version 2.0 <LICENSE-APACHE or
6 // http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0> or the MIT license
7 // <LICENSE-MIT or http://opensource.org/licenses/MIT>, at your
8 // option. This file may not be copied, modified, or distributed
9 // except according to those terms.
10
11 //! Native threads.
12 //!
13 //! ## The threading model
14 //!
15 //! An executing Rust program consists of a collection of native OS threads,
16 //! each with their own stack and local state. Threads can be named, and
17 //! provide some built-in support for low-level synchronization.
18 //!
19 //! Communication between threads can be done through
20 //! [channels], Rust's message-passing types, along with [other forms of thread
21 //! synchronization](../../std/sync/index.html) and shared-memory data
22 //! structures. In particular, types that are guaranteed to be
23 //! threadsafe are easily shared between threads using the
24 //! atomically-reference-counted container, [`Arc`].
25 //!
26 //! Fatal logic errors in Rust cause *thread panic*, during which
27 //! a thread will unwind the stack, running destructors and freeing
28 //! owned resources. Thread panic is unrecoverable from within
29 //! the panicking thread (i.e. there is no 'try/catch' in Rust), but
30 //! the panic may optionally be detected from a different thread. If
31 //! the main thread panics, the application will exit with a non-zero
32 //! exit code.
33 //!
34 //! When the main thread of a Rust program terminates, the entire program shuts
35 //! down, even if other threads are still running. However, this module provides
36 //! convenient facilities for automatically waiting for the termination of a
37 //! child thread (i.e., join).
38 //!
39 //! ## Spawning a thread
40 //!
41 //! A new thread can be spawned using the [`thread::spawn`][`spawn`] function:
42 //!
43 //! ```rust
44 //! use std::thread;
45 //!
46 //! thread::spawn(move || {
47 //!     // some work here
48 //! });
49 //! ```
50 //!
51 //! In this example, the spawned thread is "detached" from the current
52 //! thread. This means that it can outlive its parent (the thread that spawned
53 //! it), unless this parent is the main thread.
54 //!
55 //! The parent thread can also wait on the completion of the child
56 //! thread; a call to [`spawn`] produces a [`JoinHandle`], which provides
57 //! a `join` method for waiting:
58 //!
59 //! ```rust
60 //! use std::thread;
61 //!
62 //! let child = thread::spawn(move || {
63 //!     // some work here
64 //! });
65 //! // some work here
66 //! let res = child.join();
67 //! ```
68 //!
69 //! The [`join`] method returns a [`thread::Result`] containing [`Ok`] of the final
70 //! value produced by the child thread, or [`Err`] of the value given to
71 //! a call to [`panic!`] if the child panicked.
72 //!
73 //! ## Configuring threads
74 //!
75 //! A new thread can be configured before it is spawned via the [`Builder`] type,
76 //! which currently allows you to set the name and stack size for the child thread:
77 //!
78 //! ```rust
79 //! # #![allow(unused_must_use)]
80 //! use std::thread;
81 //!
82 //! thread::Builder::new().name("child1".to_string()).spawn(move || {
83 //!     println!("Hello, world!");
84 //! });
85 //! ```
86 //!
87 //! ## The `Thread` type
88 //!
89 //! Threads are represented via the [`Thread`] type, which you can get in one of
90 //! two ways:
91 //!
92 //! * By spawning a new thread, e.g. using the [`thread::spawn`][`spawn`]
93 //!   function, and calling [`thread`][`JoinHandle::thread`] on the [`JoinHandle`].
94 //! * By requesting the current thread, using the [`thread::current`] function.
95 //!
96 //! The [`thread::current`] function is available even for threads not spawned
97 //! by the APIs of this module.
98 //!
99 //! ## Blocking support: park and unpark
100 //!
101 //! Every thread is equipped with some basic low-level blocking support, via the
102 //! [`thread::park`][`park`] function and [`thread::Thread::unpark()`][`unpark`]
103 //! method. [`park`] blocks the current thread, which can then be resumed from
104 //! another thread by calling the [`unpark`] method on the blocked thread's handle.
105 //!
106 //! Conceptually, each [`Thread`] handle has an associated token, which is
107 //! initially not present:
108 //!
109 //! * The [`thread::park`][`park`] function blocks the current thread unless or until
110 //!   the token is available for its thread handle, at which point it atomically
111 //!   consumes the token. It may also return *spuriously*, without consuming the
112 //!   token. [`thread::park_timeout`] does the same, but allows specifying a
113 //!   maximum time to block the thread for.
114 //!
115 //! * The [`unpark`] method on a [`Thread`] atomically makes the token available
116 //!   if it wasn't already.
117 //!
118 //! In other words, each [`Thread`] acts a bit like a semaphore with initial count
119 //! 0, except that the semaphore is *saturating* (the count cannot go above 1),
120 //! and can return spuriously.
121 //!
122 //! The API is typically used by acquiring a handle to the current thread,
123 //! placing that handle in a shared data structure so that other threads can
124 //! find it, and then `park`ing. When some desired condition is met, another
125 //! thread calls [`unpark`] on the handle.
126 //!
127 //! The motivation for this design is twofold:
128 //!
129 //! * It avoids the need to allocate mutexes and condvars when building new
130 //!   synchronization primitives; the threads already provide basic blocking/signaling.
131 //!
132 //! * It can be implemented very efficiently on many platforms.
133 //!
134 //! ## Thread-local storage
135 //!
136 //! This module also provides an implementation of thread-local storage for Rust
137 //! programs. Thread-local storage is a method of storing data into a global
138 //! variable that each thread in the program will have its own copy of.
139 //! Threads do not share this data, so accesses do not need to be synchronized.
140 //!
141 //! A thread-local key owns the value it contains and will destroy the value when the
142 //! thread exits. It is created with the [`thread_local!`] macro and can contain any
143 //! value that is `'static` (no borrowed pointers). It provides an accessor function,
144 //! [`with`], that yields a shared reference to the value to the specified
145 //! closure. Thread-local keys allow only shared access to values, as there would be no
146 //! way to guarantee uniqueness if mutable borrows were allowed. Most values
147 //! will want to make use of some form of **interior mutability** through the
148 //! [`Cell`] or [`RefCell`] types.
149 //!
150 //! [channels]: ../../std/sync/mpsc/index.html
151 //! [`Arc`]: ../../std/sync/struct.Arc.html
152 //! [`spawn`]: ../../std/thread/fn.spawn.html
153 //! [`JoinHandle`]: ../../std/thread/struct.JoinHandle.html
154 //! [`JoinHandle::thread`]: ../../std/thread/struct.JoinHandle.html#method.thread
155 //! [`join`]: ../../std/thread/struct.JoinHandle.html#method.join
156 //! [`Result`]: ../../std/result/enum.Result.html
157 //! [`Ok`]: ../../std/result/enum.Result.html#variant.Ok
158 //! [`Err`]: ../../std/result/enum.Result.html#variant.Err
159 //! [`panic!`]: ../../std/macro.panic.html
160 //! [`Builder`]: ../../std/thread/struct.Builder.html
161 //! [`thread::current`]: ../../std/thread/fn.current.html
162 //! [`thread::Result`]: ../../std/thread/type.Result.html
163 //! [`Thread`]: ../../std/thread/struct.Thread.html
164 //! [`park`]: ../../std/thread/fn.park.html
165 //! [`unpark`]: ../../std/thread/struct.Thread.html#method.unpark
166 //! [`thread::park_timeout`]: ../../std/thread/fn.park_timeout.html
167 //! [`Cell`]: ../cell/struct.Cell.html
168 //! [`RefCell`]: ../cell/struct.RefCell.html
169 //! [`thread_local!`]: ../macro.thread_local.html
170 //! [`with`]: struct.LocalKey.html#method.with
171
172 #![stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
173
174 use any::Any;
175 use cell::UnsafeCell;
176 use ffi::{CStr, CString};
177 use fmt;
178 use io;
179 use panic;
180 use panicking;
181 use str;
182 use sync::{Mutex, Condvar, Arc};
183 use sys::thread as imp;
184 use sys_common::mutex;
185 use sys_common::thread_info;
186 use sys_common::util;
187 use sys_common::{AsInner, IntoInner};
188 use time::Duration;
189
190 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
191 // Thread-local storage
192 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
193
194 #[macro_use] mod local;
195
196 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
197 pub use self::local::{LocalKey, LocalKeyState};
198
199 // The types used by the thread_local! macro to access TLS keys. Note that there
200 // are two types, the "OS" type and the "fast" type. The OS thread local key
201 // type is accessed via platform-specific API calls and is slow, while the fast
202 // key type is accessed via code generated via LLVM, where TLS keys are set up
203 // by the elf linker. Note that the OS TLS type is always available: on macOS
204 // the standard library is compiled with support for older platform versions
205 // where fast TLS was not available; end-user code is compiled with fast TLS
206 // where available, but both are needed.
207
208 #[unstable(feature = "libstd_thread_internals", issue = "0")]
209 #[cfg(target_thread_local)]
210 #[doc(hidden)] pub use sys::fast_thread_local::Key as __FastLocalKeyInner;
211 #[unstable(feature = "libstd_thread_internals", issue = "0")]
212 #[doc(hidden)] pub use self::local::os::Key as __OsLocalKeyInner;
213
214 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
215 // Builder
216 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
217
218 /// Thread configuration. Provides detailed control over the properties
219 /// and behavior of new threads.
220 ///
221 /// # Examples
222 ///
223 /// ```
224 /// use std::thread;
225 ///
226 /// let builder = thread::Builder::new();
227 ///
228 /// let handler = builder.spawn(|| {
229 ///     // thread code
230 /// }).unwrap();
231 ///
232 /// handler.join().unwrap();
233 /// ```
234 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
235 #[derive(Debug)]
236 pub struct Builder {
237     // A name for the thread-to-be, for identification in panic messages
238     name: Option<String>,
239     // The size of the stack for the spawned thread in bytes
240     stack_size: Option<usize>,
241 }
242
243 impl Builder {
244     /// Generates the base configuration for spawning a thread, from which
245     /// configuration methods can be chained.
246     ///
247     /// # Examples
248     ///
249     /// ```
250     /// use std::thread;
251     ///
252     /// let builder = thread::Builder::new()
253     ///                               .name("foo".into())
254     ///                               .stack_size(10);
255     ///
256     /// let handler = builder.spawn(|| {
257     ///     // thread code
258     /// }).unwrap();
259     ///
260     /// handler.join().unwrap();
261     /// ```
262     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
263     pub fn new() -> Builder {
264         Builder {
265             name: None,
266             stack_size: None,
267         }
268     }
269
270     /// Names the thread-to-be. Currently the name is used for identification
271     /// only in panic messages.
272     ///
273     /// # Examples
274     ///
275     /// ```
276     /// use std::thread;
277     ///
278     /// let builder = thread::Builder::new()
279     ///     .name("foo".into());
280     ///
281     /// let handler = builder.spawn(|| {
282     ///     assert_eq!(thread::current().name(), Some("foo"))
283     /// }).unwrap();
284     ///
285     /// handler.join().unwrap();
286     /// ```
287     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
288     pub fn name(mut self, name: String) -> Builder {
289         self.name = Some(name);
290         self
291     }
292
293     /// Sets the size of the stack (in bytes) for the new thread.
294     ///
295     /// The actual stack size may be greater than this value if
296     /// the platform specifies minimal stack size.
297     ///
298     /// # Examples
299     ///
300     /// ```
301     /// use std::thread;
302     ///
303     /// let builder = thread::Builder::new().stack_size(32 * 1024);
304     /// ```
305     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
306     pub fn stack_size(mut self, size: usize) -> Builder {
307         self.stack_size = Some(size);
308         self
309     }
310
311     /// Spawns a new thread, and returns a join handle for it.
312     ///
313     /// The child thread may outlive the parent (unless the parent thread
314     /// is the main thread; the whole process is terminated when the main
315     /// thread finishes). The join handle can be used to block on
316     /// termination of the child thread, including recovering its panics.
317     ///
318     /// # Errors
319     ///
320     /// Unlike the [`spawn`] free function, this method yields an
321     /// [`io::Result`] to capture any failure to create the thread at
322     /// the OS level.
323     ///
324     /// [`spawn`]: ../../std/thread/fn.spawn.html
325     /// [`io::Result`]: ../../std/io/type.Result.html
326     ///
327     /// # Examples
328     ///
329     /// ```
330     /// use std::thread;
331     ///
332     /// let builder = thread::Builder::new();
333     ///
334     /// let handler = builder.spawn(|| {
335     ///     // thread code
336     /// }).unwrap();
337     ///
338     /// handler.join().unwrap();
339     /// ```
340     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
341     pub fn spawn<F, T>(self, f: F) -> io::Result<JoinHandle<T>> where
342         F: FnOnce() -> T, F: Send + 'static, T: Send + 'static
343     {
344         let Builder { name, stack_size } = self;
345
346         let stack_size = stack_size.unwrap_or(util::min_stack());
347
348         let my_thread = Thread::new(name);
349         let their_thread = my_thread.clone();
350
351         let my_packet : Arc<UnsafeCell<Option<Result<T>>>>
352             = Arc::new(UnsafeCell::new(None));
353         let their_packet = my_packet.clone();
354
355         let main = move || {
356             if let Some(name) = their_thread.cname() {
357                 imp::Thread::set_name(name);
358             }
359             unsafe {
360                 thread_info::set(imp::guard::current(), their_thread);
361                 let try_result = panic::catch_unwind(panic::AssertUnwindSafe(f));
362                 *their_packet.get() = Some(try_result);
363             }
364         };
365
366         Ok(JoinHandle(JoinInner {
367             native: unsafe {
368                 Some(imp::Thread::new(stack_size, Box::new(main))?)
369             },
370             thread: my_thread,
371             packet: Packet(my_packet),
372         }))
373     }
374 }
375
376 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
377 // Free functions
378 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
379
380 /// Spawns a new thread, returning a [`JoinHandle`] for it.
381 ///
382 /// The join handle will implicitly *detach* the child thread upon being
383 /// dropped. In this case, the child thread may outlive the parent (unless
384 /// the parent thread is the main thread; the whole process is terminated when
385 /// the main thread finishes). Additionally, the join handle provides a [`join`]
386 /// method that can be used to join the child thread. If the child thread
387 /// panics, [`join`] will return an [`Err`] containing the argument given to
388 /// [`panic`].
389 ///
390 /// # Panics
391 ///
392 /// Panics if the OS fails to create a thread; use [`Builder::spawn`]
393 /// to recover from such errors.
394 ///
395 /// [`JoinHandle`]: ../../std/thread/struct.JoinHandle.html
396 /// [`join`]: ../../std/thread/struct.JoinHandle.html#method.join
397 /// [`Err`]: ../../std/result/enum.Result.html#variant.Err
398 /// [`panic`]: ../../std/macro.panic.html
399 /// [`Builder::spawn`]: ../../std/thread/struct.Builder.html#method.spawn
400 ///
401 /// # Examples
402 ///
403 /// ```
404 /// use std::thread;
405 ///
406 /// let handler = thread::spawn(|| {
407 ///     // thread code
408 /// });
409 ///
410 /// handler.join().unwrap();
411 /// ```
412 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
413 pub fn spawn<F, T>(f: F) -> JoinHandle<T> where
414     F: FnOnce() -> T, F: Send + 'static, T: Send + 'static
415 {
416     Builder::new().spawn(f).unwrap()
417 }
418
419 /// Gets a handle to the thread that invokes it.
420 ///
421 /// # Examples
422 ///
423 /// Getting a handle to the current thread with `thread::current()`:
424 ///
425 /// ```
426 /// use std::thread;
427 ///
428 /// let handler = thread::Builder::new()
429 ///     .name("named thread".into())
430 ///     .spawn(|| {
431 ///         let handle = thread::current();
432 ///         assert_eq!(handle.name(), Some("named thread"));
433 ///     })
434 ///     .unwrap();
435 ///
436 /// handler.join().unwrap();
437 /// ```
438 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
439 pub fn current() -> Thread {
440     thread_info::current_thread().expect("use of std::thread::current() is not \
441                                           possible after the thread's local \
442                                           data has been destroyed")
443 }
444
445 /// Cooperatively gives up a timeslice to the OS scheduler.
446 ///
447 /// # Examples
448 ///
449 /// ```
450 /// use std::thread;
451 ///
452 /// thread::yield_now();
453 /// ```
454 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
455 pub fn yield_now() {
456     imp::Thread::yield_now()
457 }
458
459 /// Determines whether the current thread is unwinding because of panic.
460 ///
461 /// # Examples
462 ///
463 /// ```should_panic
464 /// use std::thread;
465 ///
466 /// struct SomeStruct;
467 ///
468 /// impl Drop for SomeStruct {
469 ///     fn drop(&mut self) {
470 ///         if thread::panicking() {
471 ///             println!("dropped while unwinding");
472 ///         } else {
473 ///             println!("dropped while not unwinding");
474 ///         }
475 ///     }
476 /// }
477 ///
478 /// {
479 ///     print!("a: ");
480 ///     let a = SomeStruct;
481 /// }
482 ///
483 /// {
484 ///     print!("b: ");
485 ///     let b = SomeStruct;
486 ///     panic!()
487 /// }
488 /// ```
489 #[inline]
490 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
491 pub fn panicking() -> bool {
492     panicking::panicking()
493 }
494
495 /// Puts the current thread to sleep for the specified amount of time.
496 ///
497 /// The thread may sleep longer than the duration specified due to scheduling
498 /// specifics or platform-dependent functionality.
499 ///
500 /// # Platform behavior
501 ///
502 /// On Unix platforms this function will not return early due to a
503 /// signal being received or a spurious wakeup.
504 ///
505 /// # Examples
506 ///
507 /// ```no_run
508 /// use std::thread;
509 ///
510 /// // Let's sleep for 2 seconds:
511 /// thread::sleep_ms(2000);
512 /// ```
513 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
514 #[rustc_deprecated(since = "1.6.0", reason = "replaced by `std::thread::sleep`")]
515 pub fn sleep_ms(ms: u32) {
516     sleep(Duration::from_millis(ms as u64))
517 }
518
519 /// Puts the current thread to sleep for the specified amount of time.
520 ///
521 /// The thread may sleep longer than the duration specified due to scheduling
522 /// specifics or platform-dependent functionality.
523 ///
524 /// # Platform behavior
525 ///
526 /// On Unix platforms this function will not return early due to a
527 /// signal being received or a spurious wakeup. Platforms which do not support
528 /// nanosecond precision for sleeping will have `dur` rounded up to the nearest
529 /// granularity of time they can sleep for.
530 ///
531 /// # Examples
532 ///
533 /// ```no_run
534 /// use std::{thread, time};
535 ///
536 /// let ten_millis = time::Duration::from_millis(10);
537 /// let now = time::Instant::now();
538 ///
539 /// thread::sleep(ten_millis);
540 ///
541 /// assert!(now.elapsed() >= ten_millis);
542 /// ```
543 #[stable(feature = "thread_sleep", since = "1.4.0")]
544 pub fn sleep(dur: Duration) {
545     imp::Thread::sleep(dur)
546 }
547
548 /// Blocks unless or until the current thread's token is made available.
549 ///
550 /// Every thread is equipped with some basic low-level blocking support, via
551 /// the `park()` function and the [`unpark`][unpark] method. These can be
552 /// used as a more CPU-efficient implementation of a spinlock.
553 ///
554 /// [unpark]: struct.Thread.html#method.unpark
555 ///
556 /// The API is typically used by acquiring a handle to the current thread,
557 /// placing that handle in a shared data structure so that other threads can
558 /// find it, and then parking (in a loop with a check for the token actually
559 /// being acquired).
560 ///
561 /// A call to `park` does not guarantee that the thread will remain parked
562 /// forever, and callers should be prepared for this possibility.
563 ///
564 /// See the [module documentation][thread] for more detail.
565 ///
566 /// [thread]: index.html
567 //
568 // The implementation currently uses the trivial strategy of a Mutex+Condvar
569 // with wakeup flag, which does not actually allow spurious wakeups. In the
570 // future, this will be implemented in a more efficient way, perhaps along the lines of
571 //   http://cr.openjdk.java.net/~stefank/6989984.1/raw_files/new/src/os/linux/vm/os_linux.cpp
572 // or futuxes, and in either case may allow spurious wakeups.
573 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
574 pub fn park() {
575     let thread = current();
576     let mut guard = thread.inner.lock.lock().unwrap();
577     while !*guard {
578         guard = thread.inner.cvar.wait(guard).unwrap();
579     }
580     *guard = false;
581 }
582
583 /// Use [park_timeout].
584 ///
585 /// Blocks unless or until the current thread's token is made available or
586 /// the specified duration has been reached (may wake spuriously).
587 ///
588 /// The semantics of this function are equivalent to [`park()`][[park] except
589 /// that the thread will be blocked for roughly no longer than `dur`. This
590 /// method should not be used for precise timing due to anomalies such as
591 /// preemption or platform differences that may not cause the maximum
592 /// amount of time waited to be precisely `ms` long.
593 ///
594 /// See the [module documentation][thread] for more detail.
595 ///
596 /// [thread]: index.html
597 /// [park_timeout]: fn.park_timeout.html
598 /// [park]: fn.park.html
599 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
600 #[rustc_deprecated(since = "1.6.0", reason = "replaced by `std::thread::park_timeout`")]
601 pub fn park_timeout_ms(ms: u32) {
602     park_timeout(Duration::from_millis(ms as u64))
603 }
604
605 /// Blocks unless or until the current thread's token is made available or
606 /// the specified duration has been reached (may wake spuriously).
607 ///
608 /// The semantics of this function are equivalent to [`park()`][[park] except
609 /// that the thread will be blocked for roughly no longer than `dur`. This
610 /// method should not be used for precise timing due to anomalies such as
611 /// preemption or platform differences that may not cause the maximum
612 /// amount of time waited to be precisely `dur` long.
613 ///
614 /// See the [module doc][thread] for more detail.
615 ///
616 /// # Platform behavior
617 ///
618 /// Platforms which do not support nanosecond precision for sleeping will have
619 /// `dur` rounded up to the nearest granularity of time they can sleep for.
620 ///
621 /// # Example
622 ///
623 /// Waiting for the complete expiration of the timeout:
624 ///
625 /// ```rust,no_run
626 /// use std::thread::park_timeout;
627 /// use std::time::{Instant, Duration};
628 ///
629 /// let timeout = Duration::from_secs(2);
630 /// let beginning_park = Instant::now();
631 /// park_timeout(timeout);
632 ///
633 /// while beginning_park.elapsed() < timeout {
634 ///     println!("restarting park_timeout after {:?}", beginning_park.elapsed());
635 ///     let timeout = timeout - beginning_park.elapsed();
636 ///     park_timeout(timeout);
637 /// }
638 /// ```
639 ///
640 /// [thread]: index.html
641 /// [park]: fn.park.html
642 #[stable(feature = "park_timeout", since = "1.4.0")]
643 pub fn park_timeout(dur: Duration) {
644     let thread = current();
645     let mut guard = thread.inner.lock.lock().unwrap();
646     if !*guard {
647         let (g, _) = thread.inner.cvar.wait_timeout(guard, dur).unwrap();
648         guard = g;
649     }
650     *guard = false;
651 }
652
653 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
654 // ThreadId
655 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
656
657 /// A unique identifier for a running thread.
658 ///
659 /// A `ThreadId` is an opaque object that has a unique value for each thread
660 /// that creates one. `ThreadId`s are not guaranteed to correspond to a thread's
661 /// system-designated identifier.
662 ///
663 /// # Examples
664 ///
665 /// ```
666 /// #![feature(thread_id)]
667 ///
668 /// use std::thread;
669 ///
670 /// let other_thread = thread::spawn(|| {
671 ///     thread::current().id()
672 /// });
673 ///
674 /// let other_thread_id = other_thread.join().unwrap();
675 /// assert!(thread::current().id() != other_thread_id);
676 /// ```
677 #[unstable(feature = "thread_id", issue = "21507")]
678 #[derive(Eq, PartialEq, Clone, Copy, Hash, Debug)]
679 pub struct ThreadId(u64);
680
681 impl ThreadId {
682     // Generate a new unique thread ID.
683     fn new() -> ThreadId {
684         static GUARD: mutex::Mutex = mutex::Mutex::new();
685         static mut COUNTER: u64 = 0;
686
687         unsafe {
688             GUARD.lock();
689
690             // If we somehow use up all our bits, panic so that we're not
691             // covering up subtle bugs of IDs being reused.
692             if COUNTER == ::u64::MAX {
693                 GUARD.unlock();
694                 panic!("failed to generate unique thread ID: bitspace exhausted");
695             }
696
697             let id = COUNTER;
698             COUNTER += 1;
699
700             GUARD.unlock();
701
702             ThreadId(id)
703         }
704     }
705 }
706
707 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
708 // Thread
709 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
710
711 /// The internal representation of a `Thread` handle
712 struct Inner {
713     name: Option<CString>,      // Guaranteed to be UTF-8
714     id: ThreadId,
715     lock: Mutex<bool>,          // true when there is a buffered unpark
716     cvar: Condvar,
717 }
718
719 #[derive(Clone)]
720 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
721 /// A handle to a thread.
722 ///
723 /// You can use it to identify a thread (by name, for example). Most of the
724 /// time, there is no need to directly create a `Thread` struct using the
725 /// constructor, instead you should use a function like `spawn` to create
726 /// new threads, see the docs of [`Builder`] and [`spawn`] for more.
727 ///
728 /// # Examples
729 ///
730 /// ```
731 /// use std::thread::Builder;
732 ///
733 /// for i in 0..5 {
734 ///     let thread_name = format!("thread_{}", i);
735 ///     Builder::new()
736 ///         .name(thread_name) // Now you can identify which thread panicked
737 ///                            // thanks to the handle's name
738 ///         .spawn(move || {
739 ///             if i == 3 {
740 ///                  panic!("I'm scared!!!");
741 ///             }
742 ///         })
743 ///         .unwrap();
744 /// }
745 /// ```
746 /// [`Builder`]: ../../std/thread/struct.Builder.html
747 /// [`spawn`]: ../../std/thread/fn.spawn.html
748
749 pub struct Thread {
750     inner: Arc<Inner>,
751 }
752
753 impl Thread {
754     // Used only internally to construct a thread object without spawning
755     pub(crate) fn new(name: Option<String>) -> Thread {
756         let cname = name.map(|n| {
757             CString::new(n).expect("thread name may not contain interior null bytes")
758         });
759         Thread {
760             inner: Arc::new(Inner {
761                 name: cname,
762                 id: ThreadId::new(),
763                 lock: Mutex::new(false),
764                 cvar: Condvar::new(),
765             })
766         }
767     }
768
769     /// Atomically makes the handle's token available if it is not already.
770     ///
771     /// See the module doc for more detail.
772     ///
773     /// # Examples
774     ///
775     /// ```
776     /// use std::thread;
777     ///
778     /// let handler = thread::Builder::new()
779     ///     .spawn(|| {
780     ///         let thread = thread::current();
781     ///         thread.unpark();
782     ///     })
783     ///     .unwrap();
784     ///
785     /// handler.join().unwrap();
786     /// ```
787     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
788     pub fn unpark(&self) {
789         let mut guard = self.inner.lock.lock().unwrap();
790         if !*guard {
791             *guard = true;
792             self.inner.cvar.notify_one();
793         }
794     }
795
796     /// Gets the thread's unique identifier.
797     ///
798     /// # Examples
799     ///
800     /// ```
801     /// #![feature(thread_id)]
802     ///
803     /// use std::thread;
804     ///
805     /// let other_thread = thread::spawn(|| {
806     ///     thread::current().id()
807     /// });
808     ///
809     /// let other_thread_id = other_thread.join().unwrap();
810     /// assert!(thread::current().id() != other_thread_id);
811     /// ```
812     #[unstable(feature = "thread_id", issue = "21507")]
813     pub fn id(&self) -> ThreadId {
814         self.inner.id
815     }
816
817     /// Gets the thread's name.
818     ///
819     /// # Examples
820     ///
821     /// Threads by default have no name specified:
822     ///
823     /// ```
824     /// use std::thread;
825     ///
826     /// let builder = thread::Builder::new();
827     ///
828     /// let handler = builder.spawn(|| {
829     ///     assert!(thread::current().name().is_none());
830     /// }).unwrap();
831     ///
832     /// handler.join().unwrap();
833     /// ```
834     ///
835     /// Thread with a specified name:
836     ///
837     /// ```
838     /// use std::thread;
839     ///
840     /// let builder = thread::Builder::new()
841     ///     .name("foo".into());
842     ///
843     /// let handler = builder.spawn(|| {
844     ///     assert_eq!(thread::current().name(), Some("foo"))
845     /// }).unwrap();
846     ///
847     /// handler.join().unwrap();
848     /// ```
849     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
850     pub fn name(&self) -> Option<&str> {
851         self.cname().map(|s| unsafe { str::from_utf8_unchecked(s.to_bytes()) } )
852     }
853
854     fn cname(&self) -> Option<&CStr> {
855         self.inner.name.as_ref().map(|s| &**s)
856     }
857 }
858
859 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
860 impl fmt::Debug for Thread {
861     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter) -> fmt::Result {
862         fmt::Debug::fmt(&self.name(), f)
863     }
864 }
865
866 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
867 // JoinHandle
868 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
869
870 /// Indicates the manner in which a thread exited.
871 ///
872 /// A thread that completes without panicking is considered to exit successfully.
873 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
874 pub type Result<T> = ::result::Result<T, Box<Any + Send + 'static>>;
875
876 // This packet is used to communicate the return value between the child thread
877 // and the parent thread. Memory is shared through the `Arc` within and there's
878 // no need for a mutex here because synchronization happens with `join()` (the
879 // parent thread never reads this packet until the child has exited).
880 //
881 // This packet itself is then stored into a `JoinInner` which in turns is placed
882 // in `JoinHandle` and `JoinGuard`. Due to the usage of `UnsafeCell` we need to
883 // manually worry about impls like Send and Sync. The type `T` should
884 // already always be Send (otherwise the thread could not have been created) and
885 // this type is inherently Sync because no methods take &self. Regardless,
886 // however, we add inheriting impls for Send/Sync to this type to ensure it's
887 // Send/Sync and that future modifications will still appropriately classify it.
888 struct Packet<T>(Arc<UnsafeCell<Option<Result<T>>>>);
889
890 unsafe impl<T: Send> Send for Packet<T> {}
891 unsafe impl<T: Sync> Sync for Packet<T> {}
892
893 /// Inner representation for JoinHandle
894 struct JoinInner<T> {
895     native: Option<imp::Thread>,
896     thread: Thread,
897     packet: Packet<T>,
898 }
899
900 impl<T> JoinInner<T> {
901     fn join(&mut self) -> Result<T> {
902         self.native.take().unwrap().join();
903         unsafe {
904             (*self.packet.0.get()).take().unwrap()
905         }
906     }
907 }
908
909 /// An owned permission to join on a thread (block on its termination).
910 ///
911 /// A `JoinHandle` *detaches* the child thread when it is dropped.
912 ///
913 /// Due to platform restrictions, it is not possible to [`Clone`] this
914 /// handle: the ability to join a child thread is a uniquely-owned
915 /// permission.
916 ///
917 /// This `struct` is created by the [`thread::spawn`] function and the
918 /// [`thread::Builder::spawn`] method.
919 ///
920 /// # Examples
921 ///
922 /// Creation from [`thread::spawn`]:
923 ///
924 /// ```
925 /// use std::thread;
926 ///
927 /// let join_handle: thread::JoinHandle<_> = thread::spawn(|| {
928 ///     // some work here
929 /// });
930 /// ```
931 ///
932 /// Creation from [`thread::Builder::spawn`]:
933 ///
934 /// ```
935 /// use std::thread;
936 ///
937 /// let builder = thread::Builder::new();
938 ///
939 /// let join_handle: thread::JoinHandle<_> = builder.spawn(|| {
940 ///     // some work here
941 /// }).unwrap();
942 /// ```
943 ///
944 /// [`Clone`]: ../../std/clone/trait.Clone.html
945 /// [`thread::spawn`]: fn.spawn.html
946 /// [`thread::Builder::spawn`]: struct.Builder.html#method.spawn
947 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
948 pub struct JoinHandle<T>(JoinInner<T>);
949
950 impl<T> JoinHandle<T> {
951     /// Extracts a handle to the underlying thread.
952     ///
953     /// # Examples
954     ///
955     /// ```
956     /// #![feature(thread_id)]
957     ///
958     /// use std::thread;
959     ///
960     /// let builder = thread::Builder::new();
961     ///
962     /// let join_handle: thread::JoinHandle<_> = builder.spawn(|| {
963     ///     // some work here
964     /// }).unwrap();
965     ///
966     /// let thread = join_handle.thread();
967     /// println!("thread id: {:?}", thread.id());
968     /// ```
969     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
970     pub fn thread(&self) -> &Thread {
971         &self.0.thread
972     }
973
974     /// Waits for the associated thread to finish.
975     ///
976     /// If the child thread panics, [`Err`] is returned with the parameter given
977     /// to [`panic`].
978     ///
979     /// [`Err`]: ../../std/result/enum.Result.html#variant.Err
980     /// [`panic`]: ../../std/macro.panic.html
981     ///
982     /// # Examples
983     ///
984     /// ```
985     /// use std::thread;
986     ///
987     /// let builder = thread::Builder::new();
988     ///
989     /// let join_handle: thread::JoinHandle<_> = builder.spawn(|| {
990     ///     // some work here
991     /// }).unwrap();
992     /// join_handle.join().expect("Couldn't join on the associated thread");
993     /// ```
994     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
995     pub fn join(mut self) -> Result<T> {
996         self.0.join()
997     }
998 }
999
1000 impl<T> AsInner<imp::Thread> for JoinHandle<T> {
1001     fn as_inner(&self) -> &imp::Thread { self.0.native.as_ref().unwrap() }
1002 }
1003
1004 impl<T> IntoInner<imp::Thread> for JoinHandle<T> {
1005     fn into_inner(self) -> imp::Thread { self.0.native.unwrap() }
1006 }
1007
1008 #[stable(feature = "std_debug", since = "1.16.0")]
1009 impl<T> fmt::Debug for JoinHandle<T> {
1010     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter) -> fmt::Result {
1011         f.pad("JoinHandle { .. }")
1012     }
1013 }
1014
1015 fn _assert_sync_and_send() {
1016     fn _assert_both<T: Send + Sync>() {}
1017     _assert_both::<JoinHandle<()>>();
1018     _assert_both::<Thread>();
1019 }
1020
1021 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
1022 // Tests
1023 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
1024
1025 #[cfg(all(test, not(target_os = "emscripten")))]
1026 mod tests {
1027     use any::Any;
1028     use sync::mpsc::{channel, Sender};
1029     use result;
1030     use super::{Builder};
1031     use thread;
1032     use time::Duration;
1033     use u32;
1034
1035     // !!! These tests are dangerous. If something is buggy, they will hang, !!!
1036     // !!! instead of exiting cleanly. This might wedge the buildbots.       !!!
1037
1038     #[test]
1039     fn test_unnamed_thread() {
1040         thread::spawn(move|| {
1041             assert!(thread::current().name().is_none());
1042         }).join().ok().unwrap();
1043     }
1044
1045     #[test]
1046     fn test_named_thread() {
1047         Builder::new().name("ada lovelace".to_string()).spawn(move|| {
1048             assert!(thread::current().name().unwrap() == "ada lovelace".to_string());
1049         }).unwrap().join().unwrap();
1050     }
1051
1052     #[test]
1053     #[should_panic]
1054     fn test_invalid_named_thread() {
1055         let _ = Builder::new().name("ada l\0velace".to_string()).spawn(|| {});
1056     }
1057
1058     #[test]
1059     fn test_run_basic() {
1060         let (tx, rx) = channel();
1061         thread::spawn(move|| {
1062             tx.send(()).unwrap();
1063         });
1064         rx.recv().unwrap();
1065     }
1066
1067     #[test]
1068     fn test_join_panic() {
1069         match thread::spawn(move|| {
1070             panic!()
1071         }).join() {
1072             result::Result::Err(_) => (),
1073             result::Result::Ok(()) => panic!()
1074         }
1075     }
1076
1077     #[test]
1078     fn test_spawn_sched() {
1079         let (tx, rx) = channel();
1080
1081         fn f(i: i32, tx: Sender<()>) {
1082             let tx = tx.clone();
1083             thread::spawn(move|| {
1084                 if i == 0 {
1085                     tx.send(()).unwrap();
1086                 } else {
1087                     f(i - 1, tx);
1088                 }
1089             });
1090
1091         }
1092         f(10, tx);
1093         rx.recv().unwrap();
1094     }
1095
1096     #[test]
1097     fn test_spawn_sched_childs_on_default_sched() {
1098         let (tx, rx) = channel();
1099
1100         thread::spawn(move|| {
1101             thread::spawn(move|| {
1102                 tx.send(()).unwrap();
1103             });
1104         });
1105
1106         rx.recv().unwrap();
1107     }
1108
1109     fn avoid_copying_the_body<F>(spawnfn: F) where F: FnOnce(Box<Fn() + Send>) {
1110         let (tx, rx) = channel();
1111
1112         let x: Box<_> = box 1;
1113         let x_in_parent = (&*x) as *const i32 as usize;
1114
1115         spawnfn(Box::new(move|| {
1116             let x_in_child = (&*x) as *const i32 as usize;
1117             tx.send(x_in_child).unwrap();
1118         }));
1119
1120         let x_in_child = rx.recv().unwrap();
1121         assert_eq!(x_in_parent, x_in_child);
1122     }
1123
1124     #[test]
1125     fn test_avoid_copying_the_body_spawn() {
1126         avoid_copying_the_body(|v| {
1127             thread::spawn(move || v());
1128         });
1129     }
1130
1131     #[test]
1132     fn test_avoid_copying_the_body_thread_spawn() {
1133         avoid_copying_the_body(|f| {
1134             thread::spawn(move|| {
1135                 f();
1136             });
1137         })
1138     }
1139
1140     #[test]
1141     fn test_avoid_copying_the_body_join() {
1142         avoid_copying_the_body(|f| {
1143             let _ = thread::spawn(move|| {
1144                 f()
1145             }).join();
1146         })
1147     }
1148
1149     #[test]
1150     fn test_child_doesnt_ref_parent() {
1151         // If the child refcounts the parent thread, this will stack overflow when
1152         // climbing the thread tree to dereference each ancestor. (See #1789)
1153         // (well, it would if the constant were 8000+ - I lowered it to be more
1154         // valgrind-friendly. try this at home, instead..!)
1155         const GENERATIONS: u32 = 16;
1156         fn child_no(x: u32) -> Box<Fn() + Send> {
1157             return Box::new(move|| {
1158                 if x < GENERATIONS {
1159                     thread::spawn(move|| child_no(x+1)());
1160                 }
1161             });
1162         }
1163         thread::spawn(|| child_no(0)());
1164     }
1165
1166     #[test]
1167     fn test_simple_newsched_spawn() {
1168         thread::spawn(move || {});
1169     }
1170
1171     #[test]
1172     fn test_try_panic_message_static_str() {
1173         match thread::spawn(move|| {
1174             panic!("static string");
1175         }).join() {
1176             Err(e) => {
1177                 type T = &'static str;
1178                 assert!(e.is::<T>());
1179                 assert_eq!(*e.downcast::<T>().unwrap(), "static string");
1180             }
1181             Ok(()) => panic!()
1182         }
1183     }
1184
1185     #[test]
1186     fn test_try_panic_message_owned_str() {
1187         match thread::spawn(move|| {
1188             panic!("owned string".to_string());
1189         }).join() {
1190             Err(e) => {
1191                 type T = String;
1192                 assert!(e.is::<T>());
1193                 assert_eq!(*e.downcast::<T>().unwrap(), "owned string".to_string());
1194             }
1195             Ok(()) => panic!()
1196         }
1197     }
1198
1199     #[test]
1200     fn test_try_panic_message_any() {
1201         match thread::spawn(move|| {
1202             panic!(box 413u16 as Box<Any + Send>);
1203         }).join() {
1204             Err(e) => {
1205                 type T = Box<Any + Send>;
1206                 assert!(e.is::<T>());
1207                 let any = e.downcast::<T>().unwrap();
1208                 assert!(any.is::<u16>());
1209                 assert_eq!(*any.downcast::<u16>().unwrap(), 413);
1210             }
1211             Ok(()) => panic!()
1212         }
1213     }
1214
1215     #[test]
1216     fn test_try_panic_message_unit_struct() {
1217         struct Juju;
1218
1219         match thread::spawn(move|| {
1220             panic!(Juju)
1221         }).join() {
1222             Err(ref e) if e.is::<Juju>() => {}
1223             Err(_) | Ok(()) => panic!()
1224         }
1225     }
1226
1227     #[test]
1228     fn test_park_timeout_unpark_before() {
1229         for _ in 0..10 {
1230             thread::current().unpark();
1231             thread::park_timeout(Duration::from_millis(u32::MAX as u64));
1232         }
1233     }
1234
1235     #[test]
1236     fn test_park_timeout_unpark_not_called() {
1237         for _ in 0..10 {
1238             thread::park_timeout(Duration::from_millis(10));
1239         }
1240     }
1241
1242     #[test]
1243     fn test_park_timeout_unpark_called_other_thread() {
1244         for _ in 0..10 {
1245             let th = thread::current();
1246
1247             let _guard = thread::spawn(move || {
1248                 super::sleep(Duration::from_millis(50));
1249                 th.unpark();
1250             });
1251
1252             thread::park_timeout(Duration::from_millis(u32::MAX as u64));
1253         }
1254     }
1255
1256     #[test]
1257     fn sleep_ms_smoke() {
1258         thread::sleep(Duration::from_millis(2));
1259     }
1260
1261     #[test]
1262     fn test_thread_id_equal() {
1263         assert!(thread::current().id() == thread::current().id());
1264     }
1265
1266     #[test]
1267     fn test_thread_id_not_equal() {
1268         let spawned_id = thread::spawn(|| thread::current().id()).join().unwrap();
1269         assert!(thread::current().id() != spawned_id);
1270     }
1271
1272     // NOTE: the corresponding test for stderr is in run-pass/thread-stderr, due
1273     // to the test harness apparently interfering with stderr configuration.
1274 }