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[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     /// If the [`stack_size`] field is not specified, the stack size
248     /// will be the `RUST_MIN_STACK` environment variable, if it is
249     /// not specified either, a sensible default size will be set (2MB as
250     /// of the writting of this doc).
251     ///
252     /// # Examples
253     ///
254     /// ```
255     /// use std::thread;
256     ///
257     /// let builder = thread::Builder::new()
258     ///                               .name("foo".into())
259     ///                               .stack_size(10);
260     ///
261     /// let handler = builder.spawn(|| {
262     ///     // thread code
263     /// }).unwrap();
264     ///
265     /// handler.join().unwrap();
266     /// ```
267     ///
268     /// [`stack_size`]: ../../std/thread/struct.Builder.html#method.stack_size
269     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
270     pub fn new() -> Builder {
271         Builder {
272             name: None,
273             stack_size: None,
274         }
275     }
276
277     /// Names the thread-to-be. Currently the name is used for identification
278     /// only in panic messages.
279     ///
280     /// # Examples
281     ///
282     /// ```
283     /// use std::thread;
284     ///
285     /// let builder = thread::Builder::new()
286     ///     .name("foo".into());
287     ///
288     /// let handler = builder.spawn(|| {
289     ///     assert_eq!(thread::current().name(), Some("foo"))
290     /// }).unwrap();
291     ///
292     /// handler.join().unwrap();
293     /// ```
294     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
295     pub fn name(mut self, name: String) -> Builder {
296         self.name = Some(name);
297         self
298     }
299
300     /// Sets the size of the stack (in bytes) for the new thread.
301     ///
302     /// The actual stack size may be greater than this value if
303     /// the platform specifies minimal stack size.
304     ///
305     /// # Examples
306     ///
307     /// ```
308     /// use std::thread;
309     ///
310     /// let builder = thread::Builder::new().stack_size(32 * 1024);
311     /// ```
312     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
313     pub fn stack_size(mut self, size: usize) -> Builder {
314         self.stack_size = Some(size);
315         self
316     }
317
318     /// Spawns a new thread, and returns a join handle for it.
319     ///
320     /// The child thread may outlive the parent (unless the parent thread
321     /// is the main thread; the whole process is terminated when the main
322     /// thread finishes). The join handle can be used to block on
323     /// termination of the child thread, including recovering its panics.
324     ///
325     /// # Errors
326     ///
327     /// Unlike the [`spawn`] free function, this method yields an
328     /// [`io::Result`] to capture any failure to create the thread at
329     /// the OS level.
330     ///
331     /// [`spawn`]: ../../std/thread/fn.spawn.html
332     /// [`io::Result`]: ../../std/io/type.Result.html
333     ///
334     /// # Examples
335     ///
336     /// ```
337     /// use std::thread;
338     ///
339     /// let builder = thread::Builder::new();
340     ///
341     /// let handler = builder.spawn(|| {
342     ///     // thread code
343     /// }).unwrap();
344     ///
345     /// handler.join().unwrap();
346     /// ```
347     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
348     pub fn spawn<F, T>(self, f: F) -> io::Result<JoinHandle<T>> where
349         F: FnOnce() -> T, F: Send + 'static, T: Send + 'static
350     {
351         let Builder { name, stack_size } = self;
352
353         let stack_size = stack_size.unwrap_or(util::min_stack());
354
355         let my_thread = Thread::new(name);
356         let their_thread = my_thread.clone();
357
358         let my_packet : Arc<UnsafeCell<Option<Result<T>>>>
359             = Arc::new(UnsafeCell::new(None));
360         let their_packet = my_packet.clone();
361
362         let main = move || {
363             if let Some(name) = their_thread.cname() {
364                 imp::Thread::set_name(name);
365             }
366             unsafe {
367                 thread_info::set(imp::guard::current(), their_thread);
368                 let try_result = panic::catch_unwind(panic::AssertUnwindSafe(f));
369                 *their_packet.get() = Some(try_result);
370             }
371         };
372
373         Ok(JoinHandle(JoinInner {
374             native: unsafe {
375                 Some(imp::Thread::new(stack_size, Box::new(main))?)
376             },
377             thread: my_thread,
378             packet: Packet(my_packet),
379         }))
380     }
381 }
382
383 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
384 // Free functions
385 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
386
387 /// Spawns a new thread, returning a [`JoinHandle`] for it.
388 ///
389 /// The join handle will implicitly *detach* the child thread upon being
390 /// dropped. In this case, the child thread may outlive the parent (unless
391 /// the parent thread is the main thread; the whole process is terminated when
392 /// the main thread finishes). Additionally, the join handle provides a [`join`]
393 /// method that can be used to join the child thread. If the child thread
394 /// panics, [`join`] will return an [`Err`] containing the argument given to
395 /// [`panic`].
396 ///
397 /// # Panics
398 ///
399 /// Panics if the OS fails to create a thread; use [`Builder::spawn`]
400 /// to recover from such errors.
401 ///
402 /// [`JoinHandle`]: ../../std/thread/struct.JoinHandle.html
403 /// [`join`]: ../../std/thread/struct.JoinHandle.html#method.join
404 /// [`Err`]: ../../std/result/enum.Result.html#variant.Err
405 /// [`panic`]: ../../std/macro.panic.html
406 /// [`Builder::spawn`]: ../../std/thread/struct.Builder.html#method.spawn
407 ///
408 /// # Examples
409 ///
410 /// ```
411 /// use std::thread;
412 ///
413 /// let handler = thread::spawn(|| {
414 ///     // thread code
415 /// });
416 ///
417 /// handler.join().unwrap();
418 /// ```
419 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
420 pub fn spawn<F, T>(f: F) -> JoinHandle<T> where
421     F: FnOnce() -> T, F: Send + 'static, T: Send + 'static
422 {
423     Builder::new().spawn(f).unwrap()
424 }
425
426 /// Gets a handle to the thread that invokes it.
427 ///
428 /// # Examples
429 ///
430 /// Getting a handle to the current thread with `thread::current()`:
431 ///
432 /// ```
433 /// use std::thread;
434 ///
435 /// let handler = thread::Builder::new()
436 ///     .name("named thread".into())
437 ///     .spawn(|| {
438 ///         let handle = thread::current();
439 ///         assert_eq!(handle.name(), Some("named thread"));
440 ///     })
441 ///     .unwrap();
442 ///
443 /// handler.join().unwrap();
444 /// ```
445 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
446 pub fn current() -> Thread {
447     thread_info::current_thread().expect("use of std::thread::current() is not \
448                                           possible after the thread's local \
449                                           data has been destroyed")
450 }
451
452 /// Cooperatively gives up a timeslice to the OS scheduler.
453 ///
454 /// # Examples
455 ///
456 /// ```
457 /// use std::thread;
458 ///
459 /// thread::yield_now();
460 /// ```
461 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
462 pub fn yield_now() {
463     imp::Thread::yield_now()
464 }
465
466 /// Determines whether the current thread is unwinding because of panic.
467 ///
468 /// A common use of this feature is to poison shared resources when writing
469 /// unsafe code, by checking `panicking` when the `drop` is called.
470 ///
471 /// This is usually not needed when writing safe code, as [`Mutex`es][Mutex]
472 /// already poison themselves when a thread panics while holding the lock.
473 ///
474 /// This can also be used in multithreaded applications, in order to send a
475 /// message to other threads warning that a thread has panicked (e.g. for
476 /// monitoring purposes).
477 ///
478 /// # Examples
479 ///
480 /// ```should_panic
481 /// use std::thread;
482 ///
483 /// struct SomeStruct;
484 ///
485 /// impl Drop for SomeStruct {
486 ///     fn drop(&mut self) {
487 ///         if thread::panicking() {
488 ///             println!("dropped while unwinding");
489 ///         } else {
490 ///             println!("dropped while not unwinding");
491 ///         }
492 ///     }
493 /// }
494 ///
495 /// {
496 ///     print!("a: ");
497 ///     let a = SomeStruct;
498 /// }
499 ///
500 /// {
501 ///     print!("b: ");
502 ///     let b = SomeStruct;
503 ///     panic!()
504 /// }
505 /// ```
506 ///
507 /// [Mutex]: ../../std/sync/struct.Mutex.html
508 #[inline]
509 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
510 pub fn panicking() -> bool {
511     panicking::panicking()
512 }
513
514 /// Puts the current thread to sleep for the specified amount of time.
515 ///
516 /// The thread may sleep longer than the duration specified due to scheduling
517 /// specifics or platform-dependent functionality.
518 ///
519 /// # Platform behavior
520 ///
521 /// On Unix platforms this function will not return early due to a
522 /// signal being received or a spurious wakeup.
523 ///
524 /// # Examples
525 ///
526 /// ```no_run
527 /// use std::thread;
528 ///
529 /// // Let's sleep for 2 seconds:
530 /// thread::sleep_ms(2000);
531 /// ```
532 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
533 #[rustc_deprecated(since = "1.6.0", reason = "replaced by `std::thread::sleep`")]
534 pub fn sleep_ms(ms: u32) {
535     sleep(Duration::from_millis(ms as u64))
536 }
537
538 /// Puts the current thread to sleep for the specified amount of time.
539 ///
540 /// The thread may sleep longer than the duration specified due to scheduling
541 /// specifics or platform-dependent functionality.
542 ///
543 /// # Platform behavior
544 ///
545 /// On Unix platforms this function will not return early due to a
546 /// signal being received or a spurious wakeup. Platforms which do not support
547 /// nanosecond precision for sleeping will have `dur` rounded up to the nearest
548 /// granularity of time they can sleep for.
549 ///
550 /// # Examples
551 ///
552 /// ```no_run
553 /// use std::{thread, time};
554 ///
555 /// let ten_millis = time::Duration::from_millis(10);
556 /// let now = time::Instant::now();
557 ///
558 /// thread::sleep(ten_millis);
559 ///
560 /// assert!(now.elapsed() >= ten_millis);
561 /// ```
562 #[stable(feature = "thread_sleep", since = "1.4.0")]
563 pub fn sleep(dur: Duration) {
564     imp::Thread::sleep(dur)
565 }
566
567 /// Blocks unless or until the current thread's token is made available.
568 ///
569 /// Every thread is equipped with some basic low-level blocking support, via
570 /// the `park()` function and the [`unpark`][unpark] method. These can be
571 /// used as a more CPU-efficient implementation of a spinlock.
572 ///
573 /// [unpark]: struct.Thread.html#method.unpark
574 ///
575 /// The API is typically used by acquiring a handle to the current thread,
576 /// placing that handle in a shared data structure so that other threads can
577 /// find it, and then parking (in a loop with a check for the token actually
578 /// being acquired).
579 ///
580 /// A call to `park` does not guarantee that the thread will remain parked
581 /// forever, and callers should be prepared for this possibility.
582 ///
583 /// See the [module documentation][thread] for more detail.
584 ///
585 /// [thread]: index.html
586 //
587 // The implementation currently uses the trivial strategy of a Mutex+Condvar
588 // with wakeup flag, which does not actually allow spurious wakeups. In the
589 // future, this will be implemented in a more efficient way, perhaps along the lines of
590 //   http://cr.openjdk.java.net/~stefank/6989984.1/raw_files/new/src/os/linux/vm/os_linux.cpp
591 // or futuxes, and in either case may allow spurious wakeups.
592 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
593 pub fn park() {
594     let thread = current();
595     let mut guard = thread.inner.lock.lock().unwrap();
596     while !*guard {
597         guard = thread.inner.cvar.wait(guard).unwrap();
598     }
599     *guard = false;
600 }
601
602 /// Use [park_timeout].
603 ///
604 /// Blocks unless or until the current thread's token is made available or
605 /// the specified duration has been reached (may wake spuriously).
606 ///
607 /// The semantics of this function are equivalent to `park()` except that the
608 /// thread will be blocked for roughly no longer than `ms`. This method
609 /// should not be used for precise timing due to anomalies such as
610 /// preemption or platform differences that may not cause the maximum
611 /// amount of time waited to be precisely `ms` long.
612 ///
613 /// See the [module documentation][thread] for more detail.
614 ///
615 /// [thread]: index.html
616 /// [park_timeout]: fn.park_timeout.html
617 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
618 #[rustc_deprecated(since = "1.6.0", reason = "replaced by `std::thread::park_timeout`")]
619 pub fn park_timeout_ms(ms: u32) {
620     park_timeout(Duration::from_millis(ms as u64))
621 }
622
623 /// Blocks unless or until the current thread's token is made available or
624 /// the specified duration has been reached (may wake spuriously).
625 ///
626 /// The semantics of this function are equivalent to `park()` except that the
627 /// thread will be blocked for roughly no longer than `dur`. This method
628 /// should not be used for precise timing due to anomalies such as
629 /// preemption or platform differences that may not cause the maximum
630 /// amount of time waited to be precisely `dur` long.
631 ///
632 /// See the module doc for more detail.
633 ///
634 /// # Platform behavior
635 ///
636 /// Platforms which do not support nanosecond precision for sleeping will have
637 /// `dur` rounded up to the nearest granularity of time they can sleep for.
638 ///
639 /// # Example
640 ///
641 /// Waiting for the complete expiration of the timeout:
642 ///
643 /// ```rust,no_run
644 /// use std::thread::park_timeout;
645 /// use std::time::{Instant, Duration};
646 ///
647 /// let timeout = Duration::from_secs(2);
648 /// let beginning_park = Instant::now();
649 /// park_timeout(timeout);
650 ///
651 /// while beginning_park.elapsed() < timeout {
652 ///     println!("restarting park_timeout after {:?}", beginning_park.elapsed());
653 ///     let timeout = timeout - beginning_park.elapsed();
654 ///     park_timeout(timeout);
655 /// }
656 /// ```
657 #[stable(feature = "park_timeout", since = "1.4.0")]
658 pub fn park_timeout(dur: Duration) {
659     let thread = current();
660     let mut guard = thread.inner.lock.lock().unwrap();
661     if !*guard {
662         let (g, _) = thread.inner.cvar.wait_timeout(guard, dur).unwrap();
663         guard = g;
664     }
665     *guard = false;
666 }
667
668 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
669 // ThreadId
670 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
671
672 /// A unique identifier for a running thread.
673 ///
674 /// A `ThreadId` is an opaque object that has a unique value for each thread
675 /// that creates one. `ThreadId`s are not guaranteed to correspond to a thread's
676 /// system-designated identifier.
677 ///
678 /// # Examples
679 ///
680 /// ```
681 /// #![feature(thread_id)]
682 ///
683 /// use std::thread;
684 ///
685 /// let other_thread = thread::spawn(|| {
686 ///     thread::current().id()
687 /// });
688 ///
689 /// let other_thread_id = other_thread.join().unwrap();
690 /// assert!(thread::current().id() != other_thread_id);
691 /// ```
692 #[unstable(feature = "thread_id", issue = "21507")]
693 #[derive(Eq, PartialEq, Clone, Copy, Hash, Debug)]
694 pub struct ThreadId(u64);
695
696 impl ThreadId {
697     // Generate a new unique thread ID.
698     fn new() -> ThreadId {
699         static GUARD: mutex::Mutex = mutex::Mutex::new();
700         static mut COUNTER: u64 = 0;
701
702         unsafe {
703             GUARD.lock();
704
705             // If we somehow use up all our bits, panic so that we're not
706             // covering up subtle bugs of IDs being reused.
707             if COUNTER == ::u64::MAX {
708                 GUARD.unlock();
709                 panic!("failed to generate unique thread ID: bitspace exhausted");
710             }
711
712             let id = COUNTER;
713             COUNTER += 1;
714
715             GUARD.unlock();
716
717             ThreadId(id)
718         }
719     }
720 }
721
722 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
723 // Thread
724 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
725
726 /// The internal representation of a `Thread` handle
727 struct Inner {
728     name: Option<CString>,      // Guaranteed to be UTF-8
729     id: ThreadId,
730     lock: Mutex<bool>,          // true when there is a buffered unpark
731     cvar: Condvar,
732 }
733
734 #[derive(Clone)]
735 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
736 /// A handle to a thread.
737 ///
738 /// Threads are represented via the `Thread` type, which you can get in one of
739 /// two ways:
740 ///
741 /// * By spawning a new thread, e.g. using the [`thread::spawn`][`spawn`]
742 ///   function, and calling [`thread`][`JoinHandle::thread`] on the
743 ///   [`JoinHandle`].
744 /// * By requesting the current thread, using the [`thread::current`] function.
745 ///
746 /// The [`thread::current`] function is available even for threads not spawned
747 /// by the APIs of this module.
748 ///
749 /// There is usualy no need to create a `Thread` struct yourself, one
750 /// should instead use a function like `spawn` to create new threads, see the
751 /// docs of [`Builder`] and [`spawn`] for more details.
752 ///
753 /// [`Builder`]: ../../std/thread/struct.Builder.html
754 /// [`spawn`]: ../../std/thread/fn.spawn.html
755
756 pub struct Thread {
757     inner: Arc<Inner>,
758 }
759
760 impl Thread {
761     // Used only internally to construct a thread object without spawning
762     pub(crate) fn new(name: Option<String>) -> Thread {
763         let cname = name.map(|n| {
764             CString::new(n).expect("thread name may not contain interior null bytes")
765         });
766         Thread {
767             inner: Arc::new(Inner {
768                 name: cname,
769                 id: ThreadId::new(),
770                 lock: Mutex::new(false),
771                 cvar: Condvar::new(),
772             })
773         }
774     }
775
776     /// Atomically makes the handle's token available if it is not already.
777     ///
778     /// See the module doc for more detail.
779     ///
780     /// # Examples
781     ///
782     /// ```
783     /// use std::thread;
784     ///
785     /// let handler = thread::Builder::new()
786     ///     .spawn(|| {
787     ///         let thread = thread::current();
788     ///         thread.unpark();
789     ///     })
790     ///     .unwrap();
791     ///
792     /// handler.join().unwrap();
793     /// ```
794     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
795     pub fn unpark(&self) {
796         let mut guard = self.inner.lock.lock().unwrap();
797         if !*guard {
798             *guard = true;
799             self.inner.cvar.notify_one();
800         }
801     }
802
803     /// Gets the thread's unique identifier.
804     ///
805     /// # Examples
806     ///
807     /// ```
808     /// #![feature(thread_id)]
809     ///
810     /// use std::thread;
811     ///
812     /// let other_thread = thread::spawn(|| {
813     ///     thread::current().id()
814     /// });
815     ///
816     /// let other_thread_id = other_thread.join().unwrap();
817     /// assert!(thread::current().id() != other_thread_id);
818     /// ```
819     #[unstable(feature = "thread_id", issue = "21507")]
820     pub fn id(&self) -> ThreadId {
821         self.inner.id
822     }
823
824     /// Gets the thread's name.
825     ///
826     /// # Examples
827     ///
828     /// Threads by default have no name specified:
829     ///
830     /// ```
831     /// use std::thread;
832     ///
833     /// let builder = thread::Builder::new();
834     ///
835     /// let handler = builder.spawn(|| {
836     ///     assert!(thread::current().name().is_none());
837     /// }).unwrap();
838     ///
839     /// handler.join().unwrap();
840     /// ```
841     ///
842     /// Thread with a specified name:
843     ///
844     /// ```
845     /// use std::thread;
846     ///
847     /// let builder = thread::Builder::new()
848     ///     .name("foo".into());
849     ///
850     /// let handler = builder.spawn(|| {
851     ///     assert_eq!(thread::current().name(), Some("foo"))
852     /// }).unwrap();
853     ///
854     /// handler.join().unwrap();
855     /// ```
856     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
857     pub fn name(&self) -> Option<&str> {
858         self.cname().map(|s| unsafe { str::from_utf8_unchecked(s.to_bytes()) } )
859     }
860
861     fn cname(&self) -> Option<&CStr> {
862         self.inner.name.as_ref().map(|s| &**s)
863     }
864 }
865
866 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
867 impl fmt::Debug for Thread {
868     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter) -> fmt::Result {
869         fmt::Debug::fmt(&self.name(), f)
870     }
871 }
872
873 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
874 // JoinHandle
875 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
876
877 /// A specialized [`Result`] type for threads.
878 ///
879 /// Indicates the manner in which a thread exited.
880 ///
881 /// A thread that completes without panicking is considered to exit successfully.
882 ///
883 /// # Examples
884 ///
885 /// ```no_run
886 /// use std::thread;
887 /// use std::fs;
888 ///
889 /// fn copy_in_thread() -> thread::Result<()> {
890 ///     thread::spawn(move || { fs::copy("foo.txt", "bar.txt").unwrap(); }).join()
891 /// }
892 ///
893 /// fn main() {
894 ///     match copy_in_thread() {
895 ///         Ok(_) => println!("this is fine"),
896 ///         Err(_) => println!("thread panicked"),
897 ///     }
898 /// }
899 /// ```
900 ///
901 /// [`Result`]: ../../std/result/enum.Result.html
902 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
903 pub type Result<T> = ::result::Result<T, Box<Any + Send + 'static>>;
904
905 // This packet is used to communicate the return value between the child thread
906 // and the parent thread. Memory is shared through the `Arc` within and there's
907 // no need for a mutex here because synchronization happens with `join()` (the
908 // parent thread never reads this packet until the child has exited).
909 //
910 // This packet itself is then stored into a `JoinInner` which in turns is placed
911 // in `JoinHandle` and `JoinGuard`. Due to the usage of `UnsafeCell` we need to
912 // manually worry about impls like Send and Sync. The type `T` should
913 // already always be Send (otherwise the thread could not have been created) and
914 // this type is inherently Sync because no methods take &self. Regardless,
915 // however, we add inheriting impls for Send/Sync to this type to ensure it's
916 // Send/Sync and that future modifications will still appropriately classify it.
917 struct Packet<T>(Arc<UnsafeCell<Option<Result<T>>>>);
918
919 unsafe impl<T: Send> Send for Packet<T> {}
920 unsafe impl<T: Sync> Sync for Packet<T> {}
921
922 /// Inner representation for JoinHandle
923 struct JoinInner<T> {
924     native: Option<imp::Thread>,
925     thread: Thread,
926     packet: Packet<T>,
927 }
928
929 impl<T> JoinInner<T> {
930     fn join(&mut self) -> Result<T> {
931         self.native.take().unwrap().join();
932         unsafe {
933             (*self.packet.0.get()).take().unwrap()
934         }
935     }
936 }
937
938 /// An owned permission to join on a thread (block on its termination).
939 ///
940 /// A `JoinHandle` *detaches* the child thread when it is dropped.
941 ///
942 /// Due to platform restrictions, it is not possible to [`Clone`] this
943 /// handle: the ability to join a child thread is a uniquely-owned
944 /// permission.
945 ///
946 /// This `struct` is created by the [`thread::spawn`] function and the
947 /// [`thread::Builder::spawn`] method.
948 ///
949 /// # Examples
950 ///
951 /// Creation from [`thread::spawn`]:
952 ///
953 /// ```
954 /// use std::thread;
955 ///
956 /// let join_handle: thread::JoinHandle<_> = thread::spawn(|| {
957 ///     // some work here
958 /// });
959 /// ```
960 ///
961 /// Creation from [`thread::Builder::spawn`]:
962 ///
963 /// ```
964 /// use std::thread;
965 ///
966 /// let builder = thread::Builder::new();
967 ///
968 /// let join_handle: thread::JoinHandle<_> = builder.spawn(|| {
969 ///     // some work here
970 /// }).unwrap();
971 /// ```
972 ///
973 /// [`Clone`]: ../../std/clone/trait.Clone.html
974 /// [`thread::spawn`]: fn.spawn.html
975 /// [`thread::Builder::spawn`]: struct.Builder.html#method.spawn
976 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
977 pub struct JoinHandle<T>(JoinInner<T>);
978
979 impl<T> JoinHandle<T> {
980     /// Extracts a handle to the underlying thread.
981     ///
982     /// # Examples
983     ///
984     /// ```
985     /// #![feature(thread_id)]
986     ///
987     /// use std::thread;
988     ///
989     /// let builder = thread::Builder::new();
990     ///
991     /// let join_handle: thread::JoinHandle<_> = builder.spawn(|| {
992     ///     // some work here
993     /// }).unwrap();
994     ///
995     /// let thread = join_handle.thread();
996     /// println!("thread id: {:?}", thread.id());
997     /// ```
998     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
999     pub fn thread(&self) -> &Thread {
1000         &self.0.thread
1001     }
1002
1003     /// Waits for the associated thread to finish.
1004     ///
1005     /// If the child thread panics, [`Err`] is returned with the parameter given
1006     /// to [`panic`].
1007     ///
1008     /// [`Err`]: ../../std/result/enum.Result.html#variant.Err
1009     /// [`panic`]: ../../std/macro.panic.html
1010     ///
1011     /// # Examples
1012     ///
1013     /// ```
1014     /// use std::thread;
1015     ///
1016     /// let builder = thread::Builder::new();
1017     ///
1018     /// let join_handle: thread::JoinHandle<_> = builder.spawn(|| {
1019     ///     // some work here
1020     /// }).unwrap();
1021     /// join_handle.join().expect("Couldn't join on the associated thread");
1022     /// ```
1023     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1024     pub fn join(mut self) -> Result<T> {
1025         self.0.join()
1026     }
1027 }
1028
1029 impl<T> AsInner<imp::Thread> for JoinHandle<T> {
1030     fn as_inner(&self) -> &imp::Thread { self.0.native.as_ref().unwrap() }
1031 }
1032
1033 impl<T> IntoInner<imp::Thread> for JoinHandle<T> {
1034     fn into_inner(self) -> imp::Thread { self.0.native.unwrap() }
1035 }
1036
1037 #[stable(feature = "std_debug", since = "1.16.0")]
1038 impl<T> fmt::Debug for JoinHandle<T> {
1039     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter) -> fmt::Result {
1040         f.pad("JoinHandle { .. }")
1041     }
1042 }
1043
1044 fn _assert_sync_and_send() {
1045     fn _assert_both<T: Send + Sync>() {}
1046     _assert_both::<JoinHandle<()>>();
1047     _assert_both::<Thread>();
1048 }
1049
1050 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
1051 // Tests
1052 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
1053
1054 #[cfg(all(test, not(target_os = "emscripten")))]
1055 mod tests {
1056     use any::Any;
1057     use sync::mpsc::{channel, Sender};
1058     use result;
1059     use super::{Builder};
1060     use thread;
1061     use time::Duration;
1062     use u32;
1063
1064     // !!! These tests are dangerous. If something is buggy, they will hang, !!!
1065     // !!! instead of exiting cleanly. This might wedge the buildbots.       !!!
1066
1067     #[test]
1068     fn test_unnamed_thread() {
1069         thread::spawn(move|| {
1070             assert!(thread::current().name().is_none());
1071         }).join().ok().unwrap();
1072     }
1073
1074     #[test]
1075     fn test_named_thread() {
1076         Builder::new().name("ada lovelace".to_string()).spawn(move|| {
1077             assert!(thread::current().name().unwrap() == "ada lovelace".to_string());
1078         }).unwrap().join().unwrap();
1079     }
1080
1081     #[test]
1082     #[should_panic]
1083     fn test_invalid_named_thread() {
1084         let _ = Builder::new().name("ada l\0velace".to_string()).spawn(|| {});
1085     }
1086
1087     #[test]
1088     fn test_run_basic() {
1089         let (tx, rx) = channel();
1090         thread::spawn(move|| {
1091             tx.send(()).unwrap();
1092         });
1093         rx.recv().unwrap();
1094     }
1095
1096     #[test]
1097     fn test_join_panic() {
1098         match thread::spawn(move|| {
1099             panic!()
1100         }).join() {
1101             result::Result::Err(_) => (),
1102             result::Result::Ok(()) => panic!()
1103         }
1104     }
1105
1106     #[test]
1107     fn test_spawn_sched() {
1108         let (tx, rx) = channel();
1109
1110         fn f(i: i32, tx: Sender<()>) {
1111             let tx = tx.clone();
1112             thread::spawn(move|| {
1113                 if i == 0 {
1114                     tx.send(()).unwrap();
1115                 } else {
1116                     f(i - 1, tx);
1117                 }
1118             });
1119
1120         }
1121         f(10, tx);
1122         rx.recv().unwrap();
1123     }
1124
1125     #[test]
1126     fn test_spawn_sched_childs_on_default_sched() {
1127         let (tx, rx) = channel();
1128
1129         thread::spawn(move|| {
1130             thread::spawn(move|| {
1131                 tx.send(()).unwrap();
1132             });
1133         });
1134
1135         rx.recv().unwrap();
1136     }
1137
1138     fn avoid_copying_the_body<F>(spawnfn: F) where F: FnOnce(Box<Fn() + Send>) {
1139         let (tx, rx) = channel();
1140
1141         let x: Box<_> = box 1;
1142         let x_in_parent = (&*x) as *const i32 as usize;
1143
1144         spawnfn(Box::new(move|| {
1145             let x_in_child = (&*x) as *const i32 as usize;
1146             tx.send(x_in_child).unwrap();
1147         }));
1148
1149         let x_in_child = rx.recv().unwrap();
1150         assert_eq!(x_in_parent, x_in_child);
1151     }
1152
1153     #[test]
1154     fn test_avoid_copying_the_body_spawn() {
1155         avoid_copying_the_body(|v| {
1156             thread::spawn(move || v());
1157         });
1158     }
1159
1160     #[test]
1161     fn test_avoid_copying_the_body_thread_spawn() {
1162         avoid_copying_the_body(|f| {
1163             thread::spawn(move|| {
1164                 f();
1165             });
1166         })
1167     }
1168
1169     #[test]
1170     fn test_avoid_copying_the_body_join() {
1171         avoid_copying_the_body(|f| {
1172             let _ = thread::spawn(move|| {
1173                 f()
1174             }).join();
1175         })
1176     }
1177
1178     #[test]
1179     fn test_child_doesnt_ref_parent() {
1180         // If the child refcounts the parent thread, this will stack overflow when
1181         // climbing the thread tree to dereference each ancestor. (See #1789)
1182         // (well, it would if the constant were 8000+ - I lowered it to be more
1183         // valgrind-friendly. try this at home, instead..!)
1184         const GENERATIONS: u32 = 16;
1185         fn child_no(x: u32) -> Box<Fn() + Send> {
1186             return Box::new(move|| {
1187                 if x < GENERATIONS {
1188                     thread::spawn(move|| child_no(x+1)());
1189                 }
1190             });
1191         }
1192         thread::spawn(|| child_no(0)());
1193     }
1194
1195     #[test]
1196     fn test_simple_newsched_spawn() {
1197         thread::spawn(move || {});
1198     }
1199
1200     #[test]
1201     fn test_try_panic_message_static_str() {
1202         match thread::spawn(move|| {
1203             panic!("static string");
1204         }).join() {
1205             Err(e) => {
1206                 type T = &'static str;
1207                 assert!(e.is::<T>());
1208                 assert_eq!(*e.downcast::<T>().unwrap(), "static string");
1209             }
1210             Ok(()) => panic!()
1211         }
1212     }
1213
1214     #[test]
1215     fn test_try_panic_message_owned_str() {
1216         match thread::spawn(move|| {
1217             panic!("owned string".to_string());
1218         }).join() {
1219             Err(e) => {
1220                 type T = String;
1221                 assert!(e.is::<T>());
1222                 assert_eq!(*e.downcast::<T>().unwrap(), "owned string".to_string());
1223             }
1224             Ok(()) => panic!()
1225         }
1226     }
1227
1228     #[test]
1229     fn test_try_panic_message_any() {
1230         match thread::spawn(move|| {
1231             panic!(box 413u16 as Box<Any + Send>);
1232         }).join() {
1233             Err(e) => {
1234                 type T = Box<Any + Send>;
1235                 assert!(e.is::<T>());
1236                 let any = e.downcast::<T>().unwrap();
1237                 assert!(any.is::<u16>());
1238                 assert_eq!(*any.downcast::<u16>().unwrap(), 413);
1239             }
1240             Ok(()) => panic!()
1241         }
1242     }
1243
1244     #[test]
1245     fn test_try_panic_message_unit_struct() {
1246         struct Juju;
1247
1248         match thread::spawn(move|| {
1249             panic!(Juju)
1250         }).join() {
1251             Err(ref e) if e.is::<Juju>() => {}
1252             Err(_) | Ok(()) => panic!()
1253         }
1254     }
1255
1256     #[test]
1257     fn test_park_timeout_unpark_before() {
1258         for _ in 0..10 {
1259             thread::current().unpark();
1260             thread::park_timeout(Duration::from_millis(u32::MAX as u64));
1261         }
1262     }
1263
1264     #[test]
1265     fn test_park_timeout_unpark_not_called() {
1266         for _ in 0..10 {
1267             thread::park_timeout(Duration::from_millis(10));
1268         }
1269     }
1270
1271     #[test]
1272     fn test_park_timeout_unpark_called_other_thread() {
1273         for _ in 0..10 {
1274             let th = thread::current();
1275
1276             let _guard = thread::spawn(move || {
1277                 super::sleep(Duration::from_millis(50));
1278                 th.unpark();
1279             });
1280
1281             thread::park_timeout(Duration::from_millis(u32::MAX as u64));
1282         }
1283     }
1284
1285     #[test]
1286     fn sleep_ms_smoke() {
1287         thread::sleep(Duration::from_millis(2));
1288     }
1289
1290     #[test]
1291     fn test_thread_id_equal() {
1292         assert!(thread::current().id() == thread::current().id());
1293     }
1294
1295     #[test]
1296     fn test_thread_id_not_equal() {
1297         let spawned_id = thread::spawn(|| thread::current().id()).join().unwrap();
1298         assert!(thread::current().id() != spawned_id);
1299     }
1300
1301     // NOTE: the corresponding test for stderr is in run-pass/thread-stderr, due
1302     // to the test harness apparently interfering with stderr configuration.
1303 }