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Rollup merge of #41135 - japaric:unstable-docs, r=steveklabnik
[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 [`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`]: ../../std/thread/struct.Thread.html
163 //! [`park`]: ../../std/thread/fn.park.html
164 //! [`unpark`]: ../../std/thread/struct.Thread.html#method.unpark
165 //! [`thread::park_timeout`]: ../../std/thread/fn.park_timeout.html
166 //! [`Cell`]: ../cell/struct.Cell.html
167 //! [`RefCell`]: ../cell/struct.RefCell.html
168 //! [`thread_local!`]: ../macro.thread_local.html
169 //! [`with`]: struct.LocalKey.html#method.with
170
171 #![stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
172
173 use any::Any;
174 use cell::UnsafeCell;
175 use ffi::{CStr, CString};
176 use fmt;
177 use io;
178 use panic;
179 use panicking;
180 use str;
181 use sync::{Mutex, Condvar, Arc};
182 use sys::thread as imp;
183 use sys_common::mutex;
184 use sys_common::thread_info;
185 use sys_common::util;
186 use sys_common::{AsInner, IntoInner};
187 use time::Duration;
188
189 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
190 // Thread-local storage
191 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
192
193 #[macro_use] mod local;
194
195 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
196 pub use self::local::{LocalKey, LocalKeyState};
197
198 // The types used by the thread_local! macro to access TLS keys. Note that there
199 // are two types, the "OS" type and the "fast" type. The OS thread local key
200 // type is accessed via platform-specific API calls and is slow, while the fast
201 // key type is accessed via code generated via LLVM, where TLS keys are set up
202 // by the elf linker. Note that the OS TLS type is always available: on macOS
203 // the standard library is compiled with support for older platform versions
204 // where fast TLS was not available; end-user code is compiled with fast TLS
205 // where available, but both are needed.
206
207 #[unstable(feature = "libstd_thread_internals", issue = "0")]
208 #[cfg(target_thread_local)]
209 #[doc(hidden)] pub use sys::fast_thread_local::Key as __FastLocalKeyInner;
210 #[unstable(feature = "libstd_thread_internals", issue = "0")]
211 #[doc(hidden)] pub use self::local::os::Key as __OsLocalKeyInner;
212
213 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
214 // Builder
215 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
216
217 /// Thread configuration. Provides detailed control over the properties
218 /// and behavior of new threads.
219 ///
220 /// # Examples
221 ///
222 /// ```
223 /// use std::thread;
224 ///
225 /// let builder = thread::Builder::new();
226 ///
227 /// let handler = builder.spawn(|| {
228 ///     // thread code
229 /// }).unwrap();
230 ///
231 /// handler.join().unwrap();
232 /// ```
233 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
234 #[derive(Debug)]
235 pub struct Builder {
236     // A name for the thread-to-be, for identification in panic messages
237     name: Option<String>,
238     // The size of the stack for the spawned thread in bytes
239     stack_size: Option<usize>,
240 }
241
242 impl Builder {
243     /// Generates the base configuration for spawning a thread, from which
244     /// configuration methods can be chained.
245     ///
246     /// # Examples
247     ///
248     /// ```
249     /// use std::thread;
250     ///
251     /// let builder = thread::Builder::new()
252     ///                               .name("foo".into())
253     ///                               .stack_size(10);
254     ///
255     /// let handler = builder.spawn(|| {
256     ///     // thread code
257     /// }).unwrap();
258     ///
259     /// handler.join().unwrap();
260     /// ```
261     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
262     pub fn new() -> Builder {
263         Builder {
264             name: None,
265             stack_size: None,
266         }
267     }
268
269     /// Names the thread-to-be. Currently the name is used for identification
270     /// only in panic messages.
271     ///
272     /// # Examples
273     ///
274     /// ```
275     /// use std::thread;
276     ///
277     /// let builder = thread::Builder::new()
278     ///     .name("foo".into());
279     ///
280     /// let handler = builder.spawn(|| {
281     ///     assert_eq!(thread::current().name(), Some("foo"))
282     /// }).unwrap();
283     ///
284     /// handler.join().unwrap();
285     /// ```
286     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
287     pub fn name(mut self, name: String) -> Builder {
288         self.name = Some(name);
289         self
290     }
291
292     /// Sets the size of the stack (in bytes) for the new thread.
293     ///
294     /// The actual stack size may be greater than this value if
295     /// the platform specifies minimal stack size.
296     ///
297     /// # Examples
298     ///
299     /// ```
300     /// use std::thread;
301     ///
302     /// let builder = thread::Builder::new().stack_size(32 * 1024);
303     /// ```
304     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
305     pub fn stack_size(mut self, size: usize) -> Builder {
306         self.stack_size = Some(size);
307         self
308     }
309
310     /// Spawns a new thread, and returns a join handle for it.
311     ///
312     /// The child thread may outlive the parent (unless the parent thread
313     /// is the main thread; the whole process is terminated when the main
314     /// thread finishes). The join handle can be used to block on
315     /// termination of the child thread, including recovering its panics.
316     ///
317     /// # Errors
318     ///
319     /// Unlike the [`spawn`] free function, this method yields an
320     /// [`io::Result`] to capture any failure to create the thread at
321     /// the OS level.
322     ///
323     /// [`spawn`]: ../../std/thread/fn.spawn.html
324     /// [`io::Result`]: ../../std/io/type.Result.html
325     ///
326     /// # Examples
327     ///
328     /// ```
329     /// use std::thread;
330     ///
331     /// let builder = thread::Builder::new();
332     ///
333     /// let handler = builder.spawn(|| {
334     ///     // thread code
335     /// }).unwrap();
336     ///
337     /// handler.join().unwrap();
338     /// ```
339     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
340     pub fn spawn<F, T>(self, f: F) -> io::Result<JoinHandle<T>> where
341         F: FnOnce() -> T, F: Send + 'static, T: Send + 'static
342     {
343         let Builder { name, stack_size } = self;
344
345         let stack_size = stack_size.unwrap_or(util::min_stack());
346
347         let my_thread = Thread::new(name);
348         let their_thread = my_thread.clone();
349
350         let my_packet : Arc<UnsafeCell<Option<Result<T>>>>
351             = Arc::new(UnsafeCell::new(None));
352         let their_packet = my_packet.clone();
353
354         let main = move || {
355             if let Some(name) = their_thread.cname() {
356                 imp::Thread::set_name(name);
357             }
358             unsafe {
359                 thread_info::set(imp::guard::current(), their_thread);
360                 let try_result = panic::catch_unwind(panic::AssertUnwindSafe(f));
361                 *their_packet.get() = Some(try_result);
362             }
363         };
364
365         Ok(JoinHandle(JoinInner {
366             native: unsafe {
367                 Some(imp::Thread::new(stack_size, Box::new(main))?)
368             },
369             thread: my_thread,
370             packet: Packet(my_packet),
371         }))
372     }
373 }
374
375 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
376 // Free functions
377 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
378
379 /// Spawns a new thread, returning a [`JoinHandle`] for it.
380 ///
381 /// The join handle will implicitly *detach* the child thread upon being
382 /// dropped. In this case, the child thread may outlive the parent (unless
383 /// the parent thread is the main thread; the whole process is terminated when
384 /// the main thread finishes). Additionally, the join handle provides a [`join`]
385 /// method that can be used to join the child thread. If the child thread
386 /// panics, [`join`] will return an [`Err`] containing the argument given to
387 /// [`panic`].
388 ///
389 /// # Panics
390 ///
391 /// Panics if the OS fails to create a thread; use [`Builder::spawn`]
392 /// to recover from such errors.
393 ///
394 /// [`JoinHandle`]: ../../std/thread/struct.JoinHandle.html
395 /// [`join`]: ../../std/thread/struct.JoinHandle.html#method.join
396 /// [`Err`]: ../../std/result/enum.Result.html#variant.Err
397 /// [`panic`]: ../../std/macro.panic.html
398 /// [`Builder::spawn`]: ../../std/thread/struct.Builder.html#method.spawn
399 ///
400 /// # Examples
401 ///
402 /// ```
403 /// use std::thread;
404 ///
405 /// let handler = thread::spawn(|| {
406 ///     // thread code
407 /// });
408 ///
409 /// handler.join().unwrap();
410 /// ```
411 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
412 pub fn spawn<F, T>(f: F) -> JoinHandle<T> where
413     F: FnOnce() -> T, F: Send + 'static, T: Send + 'static
414 {
415     Builder::new().spawn(f).unwrap()
416 }
417
418 /// Gets a handle to the thread that invokes it.
419 ///
420 /// # Examples
421 ///
422 /// Getting a handle to the current thread with `thread::current()`:
423 ///
424 /// ```
425 /// use std::thread;
426 ///
427 /// let handler = thread::Builder::new()
428 ///     .name("named thread".into())
429 ///     .spawn(|| {
430 ///         let handle = thread::current();
431 ///         assert_eq!(handle.name(), Some("named thread"));
432 ///     })
433 ///     .unwrap();
434 ///
435 /// handler.join().unwrap();
436 /// ```
437 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
438 pub fn current() -> Thread {
439     thread_info::current_thread().expect("use of std::thread::current() is not \
440                                           possible after the thread's local \
441                                           data has been destroyed")
442 }
443
444 /// Cooperatively gives up a timeslice to the OS scheduler.
445 ///
446 /// # Examples
447 ///
448 /// ```
449 /// use std::thread;
450 ///
451 /// thread::yield_now();
452 /// ```
453 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
454 pub fn yield_now() {
455     imp::Thread::yield_now()
456 }
457
458 /// Determines whether the current thread is unwinding because of panic.
459 ///
460 /// # Examples
461 ///
462 /// ```should_panic
463 /// use std::thread;
464 ///
465 /// struct SomeStruct;
466 ///
467 /// impl Drop for SomeStruct {
468 ///     fn drop(&mut self) {
469 ///         if thread::panicking() {
470 ///             println!("dropped while unwinding");
471 ///         } else {
472 ///             println!("dropped while not unwinding");
473 ///         }
474 ///     }
475 /// }
476 ///
477 /// {
478 ///     print!("a: ");
479 ///     let a = SomeStruct;
480 /// }
481 ///
482 /// {
483 ///     print!("b: ");
484 ///     let b = SomeStruct;
485 ///     panic!()
486 /// }
487 /// ```
488 #[inline]
489 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
490 pub fn panicking() -> bool {
491     panicking::panicking()
492 }
493
494 /// Puts the current thread to sleep for the specified amount of time.
495 ///
496 /// The thread may sleep longer than the duration specified due to scheduling
497 /// specifics or platform-dependent functionality.
498 ///
499 /// # Platform behavior
500 ///
501 /// On Unix platforms this function will not return early due to a
502 /// signal being received or a spurious wakeup.
503 ///
504 /// # Examples
505 ///
506 /// ```no_run
507 /// use std::thread;
508 ///
509 /// // Let's sleep for 2 seconds:
510 /// thread::sleep_ms(2000);
511 /// ```
512 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
513 #[rustc_deprecated(since = "1.6.0", reason = "replaced by `std::thread::sleep`")]
514 pub fn sleep_ms(ms: u32) {
515     sleep(Duration::from_millis(ms as u64))
516 }
517
518 /// Puts the current thread to sleep for the specified amount of time.
519 ///
520 /// The thread may sleep longer than the duration specified due to scheduling
521 /// specifics or platform-dependent functionality.
522 ///
523 /// # Platform behavior
524 ///
525 /// On Unix platforms this function will not return early due to a
526 /// signal being received or a spurious wakeup. Platforms which do not support
527 /// nanosecond precision for sleeping will have `dur` rounded up to the nearest
528 /// granularity of time they can sleep for.
529 ///
530 /// # Examples
531 ///
532 /// ```no_run
533 /// use std::{thread, time};
534 ///
535 /// let ten_millis = time::Duration::from_millis(10);
536 /// let now = time::Instant::now();
537 ///
538 /// thread::sleep(ten_millis);
539 ///
540 /// assert!(now.elapsed() >= ten_millis);
541 /// ```
542 #[stable(feature = "thread_sleep", since = "1.4.0")]
543 pub fn sleep(dur: Duration) {
544     imp::Thread::sleep(dur)
545 }
546
547 /// Blocks unless or until the current thread's token is made available.
548 ///
549 /// Every thread is equipped with some basic low-level blocking support, via
550 /// the `park()` function and the [`unpark`][unpark] method. These can be
551 /// used as a more CPU-efficient implementation of a spinlock.
552 ///
553 /// [unpark]: struct.Thread.html#method.unpark
554 ///
555 /// The API is typically used by acquiring a handle to the current thread,
556 /// placing that handle in a shared data structure so that other threads can
557 /// find it, and then parking (in a loop with a check for the token actually
558 /// being acquired).
559 ///
560 /// A call to `park` does not guarantee that the thread will remain parked
561 /// forever, and callers should be prepared for this possibility.
562 ///
563 /// See the [module documentation][thread] for more detail.
564 ///
565 /// [thread]: index.html
566 //
567 // The implementation currently uses the trivial strategy of a Mutex+Condvar
568 // with wakeup flag, which does not actually allow spurious wakeups. In the
569 // future, this will be implemented in a more efficient way, perhaps along the lines of
570 //   http://cr.openjdk.java.net/~stefank/6989984.1/raw_files/new/src/os/linux/vm/os_linux.cpp
571 // or futuxes, and in either case may allow spurious wakeups.
572 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
573 pub fn park() {
574     let thread = current();
575     let mut guard = thread.inner.lock.lock().unwrap();
576     while !*guard {
577         guard = thread.inner.cvar.wait(guard).unwrap();
578     }
579     *guard = false;
580 }
581
582 /// Use [park_timeout].
583 ///
584 /// Blocks unless or until the current thread's token is made available or
585 /// the specified duration has been reached (may wake spuriously).
586 ///
587 /// The semantics of this function are equivalent to `park()` except that the
588 /// thread will be blocked for roughly no longer than `ms`. This method
589 /// should not be used for precise timing due to anomalies such as
590 /// preemption or platform differences that may not cause the maximum
591 /// amount of time waited to be precisely `ms` long.
592 ///
593 /// See the [module documentation][thread] for more detail.
594 ///
595 /// [thread]: index.html
596 /// [park_timeout]: fn.park_timeout.html
597 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
598 #[rustc_deprecated(since = "1.6.0", reason = "replaced by `std::thread::park_timeout`")]
599 pub fn park_timeout_ms(ms: u32) {
600     park_timeout(Duration::from_millis(ms as u64))
601 }
602
603 /// Blocks unless or until the current thread's token is made available or
604 /// the specified duration has been reached (may wake spuriously).
605 ///
606 /// The semantics of this function are equivalent to `park()` except that the
607 /// thread will be blocked for roughly no longer than `dur`. This method
608 /// should not be used for precise timing due to anomalies such as
609 /// preemption or platform differences that may not cause the maximum
610 /// amount of time waited to be precisely `dur` long.
611 ///
612 /// See the module doc for more detail.
613 ///
614 /// # Platform behavior
615 ///
616 /// Platforms which do not support nanosecond precision for sleeping will have
617 /// `dur` rounded up to the nearest granularity of time they can sleep for.
618 ///
619 /// # Example
620 ///
621 /// Waiting for the complete expiration of the timeout:
622 ///
623 /// ```rust,no_run
624 /// use std::thread::park_timeout;
625 /// use std::time::{Instant, Duration};
626 ///
627 /// let timeout = Duration::from_secs(2);
628 /// let beginning_park = Instant::now();
629 /// park_timeout(timeout);
630 ///
631 /// while beginning_park.elapsed() < timeout {
632 ///     println!("restarting park_timeout after {:?}", beginning_park.elapsed());
633 ///     let timeout = timeout - beginning_park.elapsed();
634 ///     park_timeout(timeout);
635 /// }
636 /// ```
637 #[stable(feature = "park_timeout", since = "1.4.0")]
638 pub fn park_timeout(dur: Duration) {
639     let thread = current();
640     let mut guard = thread.inner.lock.lock().unwrap();
641     if !*guard {
642         let (g, _) = thread.inner.cvar.wait_timeout(guard, dur).unwrap();
643         guard = g;
644     }
645     *guard = false;
646 }
647
648 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
649 // ThreadId
650 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
651
652 /// A unique identifier for a running thread.
653 ///
654 /// A `ThreadId` is an opaque object that has a unique value for each thread
655 /// that creates one. `ThreadId`s do not correspond to a thread's system-
656 /// designated identifier.
657 ///
658 /// # Examples
659 ///
660 /// ```
661 /// #![feature(thread_id)]
662 ///
663 /// use std::thread;
664 ///
665 /// let handler = thread::Builder::new()
666 ///     .spawn(|| {
667 ///         let thread = thread::current();
668 ///         let thread_id = thread.id();
669 ///     })
670 ///     .unwrap();
671 ///
672 /// handler.join().unwrap();
673 /// ```
674 #[unstable(feature = "thread_id", issue = "21507")]
675 #[derive(Eq, PartialEq, Copy, Clone)]
676 pub struct ThreadId(u64);
677
678 impl ThreadId {
679     // Generate a new unique thread ID.
680     fn new() -> ThreadId {
681         static GUARD: mutex::Mutex = mutex::Mutex::new();
682         static mut COUNTER: u64 = 0;
683
684         unsafe {
685             GUARD.lock();
686
687             // If we somehow use up all our bits, panic so that we're not
688             // covering up subtle bugs of IDs being reused.
689             if COUNTER == ::u64::MAX {
690                 GUARD.unlock();
691                 panic!("failed to generate unique thread ID: bitspace exhausted");
692             }
693
694             let id = COUNTER;
695             COUNTER += 1;
696
697             GUARD.unlock();
698
699             ThreadId(id)
700         }
701     }
702 }
703
704 #[unstable(feature = "thread_id", issue = "21507")]
705 impl fmt::Debug for ThreadId {
706     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter) -> fmt::Result {
707         f.pad("ThreadId { .. }")
708     }
709 }
710
711 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
712 // Thread
713 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
714
715 /// The internal representation of a `Thread` handle
716 struct Inner {
717     name: Option<CString>,      // Guaranteed to be UTF-8
718     id: ThreadId,
719     lock: Mutex<bool>,          // true when there is a buffered unpark
720     cvar: Condvar,
721 }
722
723 #[derive(Clone)]
724 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
725 /// A handle to a thread.
726 ///
727 /// # Examples
728 ///
729 /// ```
730 /// use std::thread;
731 ///
732 /// let handler = thread::Builder::new()
733 ///     .name("foo".into())
734 ///     .spawn(|| {
735 ///         let thread = thread::current();
736 ///         println!("thread name: {}", thread.name().unwrap());
737 ///     })
738 ///     .unwrap();
739 ///
740 /// handler.join().unwrap();
741 /// ```
742 pub struct Thread {
743     inner: Arc<Inner>,
744 }
745
746 impl Thread {
747     // Used only internally to construct a thread object without spawning
748     pub(crate) fn new(name: Option<String>) -> Thread {
749         let cname = name.map(|n| {
750             CString::new(n).expect("thread name may not contain interior null bytes")
751         });
752         Thread {
753             inner: Arc::new(Inner {
754                 name: cname,
755                 id: ThreadId::new(),
756                 lock: Mutex::new(false),
757                 cvar: Condvar::new(),
758             })
759         }
760     }
761
762     /// Atomically makes the handle's token available if it is not already.
763     ///
764     /// See the module doc for more detail.
765     ///
766     /// # Examples
767     ///
768     /// ```
769     /// use std::thread;
770     ///
771     /// let handler = thread::Builder::new()
772     ///     .spawn(|| {
773     ///         let thread = thread::current();
774     ///         thread.unpark();
775     ///     })
776     ///     .unwrap();
777     ///
778     /// handler.join().unwrap();
779     /// ```
780     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
781     pub fn unpark(&self) {
782         let mut guard = self.inner.lock.lock().unwrap();
783         if !*guard {
784             *guard = true;
785             self.inner.cvar.notify_one();
786         }
787     }
788
789     /// Gets the thread's unique identifier.
790     ///
791     /// # Examples
792     ///
793     /// ```
794     /// #![feature(thread_id)]
795     ///
796     /// use std::thread;
797     ///
798     /// let handler = thread::Builder::new()
799     ///     .spawn(|| {
800     ///         let thread = thread::current();
801     ///         println!("thread id: {:?}", thread.id());
802     ///     })
803     ///     .unwrap();
804     ///
805     /// handler.join().unwrap();
806     /// ```
807     #[unstable(feature = "thread_id", issue = "21507")]
808     pub fn id(&self) -> ThreadId {
809         self.inner.id
810     }
811
812     /// Gets the thread's name.
813     ///
814     /// # Examples
815     ///
816     /// Threads by default have no name specified:
817     ///
818     /// ```
819     /// use std::thread;
820     ///
821     /// let builder = thread::Builder::new();
822     ///
823     /// let handler = builder.spawn(|| {
824     ///     assert!(thread::current().name().is_none());
825     /// }).unwrap();
826     ///
827     /// handler.join().unwrap();
828     /// ```
829     ///
830     /// Thread with a specified name:
831     ///
832     /// ```
833     /// use std::thread;
834     ///
835     /// let builder = thread::Builder::new()
836     ///     .name("foo".into());
837     ///
838     /// let handler = builder.spawn(|| {
839     ///     assert_eq!(thread::current().name(), Some("foo"))
840     /// }).unwrap();
841     ///
842     /// handler.join().unwrap();
843     /// ```
844     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
845     pub fn name(&self) -> Option<&str> {
846         self.cname().map(|s| unsafe { str::from_utf8_unchecked(s.to_bytes()) } )
847     }
848
849     fn cname(&self) -> Option<&CStr> {
850         self.inner.name.as_ref().map(|s| &**s)
851     }
852 }
853
854 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
855 impl fmt::Debug for Thread {
856     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter) -> fmt::Result {
857         fmt::Debug::fmt(&self.name(), f)
858     }
859 }
860
861 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
862 // JoinHandle
863 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
864
865 /// Indicates the manner in which a thread exited.
866 ///
867 /// A thread that completes without panicking is considered to exit successfully.
868 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
869 pub type Result<T> = ::result::Result<T, Box<Any + Send + 'static>>;
870
871 // This packet is used to communicate the return value between the child thread
872 // and the parent thread. Memory is shared through the `Arc` within and there's
873 // no need for a mutex here because synchronization happens with `join()` (the
874 // parent thread never reads this packet until the child has exited).
875 //
876 // This packet itself is then stored into a `JoinInner` which in turns is placed
877 // in `JoinHandle` and `JoinGuard`. Due to the usage of `UnsafeCell` we need to
878 // manually worry about impls like Send and Sync. The type `T` should
879 // already always be Send (otherwise the thread could not have been created) and
880 // this type is inherently Sync because no methods take &self. Regardless,
881 // however, we add inheriting impls for Send/Sync to this type to ensure it's
882 // Send/Sync and that future modifications will still appropriately classify it.
883 struct Packet<T>(Arc<UnsafeCell<Option<Result<T>>>>);
884
885 unsafe impl<T: Send> Send for Packet<T> {}
886 unsafe impl<T: Sync> Sync for Packet<T> {}
887
888 /// Inner representation for JoinHandle
889 struct JoinInner<T> {
890     native: Option<imp::Thread>,
891     thread: Thread,
892     packet: Packet<T>,
893 }
894
895 impl<T> JoinInner<T> {
896     fn join(&mut self) -> Result<T> {
897         self.native.take().unwrap().join();
898         unsafe {
899             (*self.packet.0.get()).take().unwrap()
900         }
901     }
902 }
903
904 /// An owned permission to join on a thread (block on its termination).
905 ///
906 /// A `JoinHandle` *detaches* the child thread when it is dropped.
907 ///
908 /// Due to platform restrictions, it is not possible to [`Clone`] this
909 /// handle: the ability to join a child thread is a uniquely-owned
910 /// permission.
911 ///
912 /// This `struct` is created by the [`thread::spawn`] function and the
913 /// [`thread::Builder::spawn`] method.
914 ///
915 /// # Examples
916 ///
917 /// Creation from [`thread::spawn`]:
918 ///
919 /// ```
920 /// use std::thread;
921 ///
922 /// let join_handle: thread::JoinHandle<_> = thread::spawn(|| {
923 ///     // some work here
924 /// });
925 /// ```
926 ///
927 /// Creation from [`thread::Builder::spawn`]:
928 ///
929 /// ```
930 /// use std::thread;
931 ///
932 /// let builder = thread::Builder::new();
933 ///
934 /// let join_handle: thread::JoinHandle<_> = builder.spawn(|| {
935 ///     // some work here
936 /// }).unwrap();
937 /// ```
938 ///
939 /// [`Clone`]: ../../std/clone/trait.Clone.html
940 /// [`thread::spawn`]: fn.spawn.html
941 /// [`thread::Builder::spawn`]: struct.Builder.html#method.spawn
942 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
943 pub struct JoinHandle<T>(JoinInner<T>);
944
945 impl<T> JoinHandle<T> {
946     /// Extracts a handle to the underlying thread.
947     ///
948     /// # Examples
949     ///
950     /// ```
951     /// #![feature(thread_id)]
952     ///
953     /// use std::thread;
954     ///
955     /// let builder = thread::Builder::new();
956     ///
957     /// let join_handle: thread::JoinHandle<_> = builder.spawn(|| {
958     ///     // some work here
959     /// }).unwrap();
960     ///
961     /// let thread = join_handle.thread();
962     /// println!("thread id: {:?}", thread.id());
963     /// ```
964     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
965     pub fn thread(&self) -> &Thread {
966         &self.0.thread
967     }
968
969     /// Waits for the associated thread to finish.
970     ///
971     /// If the child thread panics, [`Err`] is returned with the parameter given
972     /// to [`panic`].
973     ///
974     /// [`Err`]: ../../std/result/enum.Result.html#variant.Err
975     /// [`panic`]: ../../std/macro.panic.html
976     ///
977     /// # Examples
978     ///
979     /// ```
980     /// use std::thread;
981     ///
982     /// let builder = thread::Builder::new();
983     ///
984     /// let join_handle: thread::JoinHandle<_> = builder.spawn(|| {
985     ///     // some work here
986     /// }).unwrap();
987     /// join_handle.join().expect("Couldn't join on the associated thread");
988     /// ```
989     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
990     pub fn join(mut self) -> Result<T> {
991         self.0.join()
992     }
993 }
994
995 impl<T> AsInner<imp::Thread> for JoinHandle<T> {
996     fn as_inner(&self) -> &imp::Thread { self.0.native.as_ref().unwrap() }
997 }
998
999 impl<T> IntoInner<imp::Thread> for JoinHandle<T> {
1000     fn into_inner(self) -> imp::Thread { self.0.native.unwrap() }
1001 }
1002
1003 #[stable(feature = "std_debug", since = "1.16.0")]
1004 impl<T> fmt::Debug for JoinHandle<T> {
1005     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter) -> fmt::Result {
1006         f.pad("JoinHandle { .. }")
1007     }
1008 }
1009
1010 fn _assert_sync_and_send() {
1011     fn _assert_both<T: Send + Sync>() {}
1012     _assert_both::<JoinHandle<()>>();
1013     _assert_both::<Thread>();
1014 }
1015
1016 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
1017 // Tests
1018 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
1019
1020 #[cfg(all(test, not(target_os = "emscripten")))]
1021 mod tests {
1022     use any::Any;
1023     use sync::mpsc::{channel, Sender};
1024     use result;
1025     use super::{Builder};
1026     use thread;
1027     use time::Duration;
1028     use u32;
1029
1030     // !!! These tests are dangerous. If something is buggy, they will hang, !!!
1031     // !!! instead of exiting cleanly. This might wedge the buildbots.       !!!
1032
1033     #[test]
1034     fn test_unnamed_thread() {
1035         thread::spawn(move|| {
1036             assert!(thread::current().name().is_none());
1037         }).join().ok().unwrap();
1038     }
1039
1040     #[test]
1041     fn test_named_thread() {
1042         Builder::new().name("ada lovelace".to_string()).spawn(move|| {
1043             assert!(thread::current().name().unwrap() == "ada lovelace".to_string());
1044         }).unwrap().join().unwrap();
1045     }
1046
1047     #[test]
1048     #[should_panic]
1049     fn test_invalid_named_thread() {
1050         let _ = Builder::new().name("ada l\0velace".to_string()).spawn(|| {});
1051     }
1052
1053     #[test]
1054     fn test_run_basic() {
1055         let (tx, rx) = channel();
1056         thread::spawn(move|| {
1057             tx.send(()).unwrap();
1058         });
1059         rx.recv().unwrap();
1060     }
1061
1062     #[test]
1063     fn test_join_panic() {
1064         match thread::spawn(move|| {
1065             panic!()
1066         }).join() {
1067             result::Result::Err(_) => (),
1068             result::Result::Ok(()) => panic!()
1069         }
1070     }
1071
1072     #[test]
1073     fn test_spawn_sched() {
1074         let (tx, rx) = channel();
1075
1076         fn f(i: i32, tx: Sender<()>) {
1077             let tx = tx.clone();
1078             thread::spawn(move|| {
1079                 if i == 0 {
1080                     tx.send(()).unwrap();
1081                 } else {
1082                     f(i - 1, tx);
1083                 }
1084             });
1085
1086         }
1087         f(10, tx);
1088         rx.recv().unwrap();
1089     }
1090
1091     #[test]
1092     fn test_spawn_sched_childs_on_default_sched() {
1093         let (tx, rx) = channel();
1094
1095         thread::spawn(move|| {
1096             thread::spawn(move|| {
1097                 tx.send(()).unwrap();
1098             });
1099         });
1100
1101         rx.recv().unwrap();
1102     }
1103
1104     fn avoid_copying_the_body<F>(spawnfn: F) where F: FnOnce(Box<Fn() + Send>) {
1105         let (tx, rx) = channel();
1106
1107         let x: Box<_> = box 1;
1108         let x_in_parent = (&*x) as *const i32 as usize;
1109
1110         spawnfn(Box::new(move|| {
1111             let x_in_child = (&*x) as *const i32 as usize;
1112             tx.send(x_in_child).unwrap();
1113         }));
1114
1115         let x_in_child = rx.recv().unwrap();
1116         assert_eq!(x_in_parent, x_in_child);
1117     }
1118
1119     #[test]
1120     fn test_avoid_copying_the_body_spawn() {
1121         avoid_copying_the_body(|v| {
1122             thread::spawn(move || v());
1123         });
1124     }
1125
1126     #[test]
1127     fn test_avoid_copying_the_body_thread_spawn() {
1128         avoid_copying_the_body(|f| {
1129             thread::spawn(move|| {
1130                 f();
1131             });
1132         })
1133     }
1134
1135     #[test]
1136     fn test_avoid_copying_the_body_join() {
1137         avoid_copying_the_body(|f| {
1138             let _ = thread::spawn(move|| {
1139                 f()
1140             }).join();
1141         })
1142     }
1143
1144     #[test]
1145     fn test_child_doesnt_ref_parent() {
1146         // If the child refcounts the parent thread, this will stack overflow when
1147         // climbing the thread tree to dereference each ancestor. (See #1789)
1148         // (well, it would if the constant were 8000+ - I lowered it to be more
1149         // valgrind-friendly. try this at home, instead..!)
1150         const GENERATIONS: u32 = 16;
1151         fn child_no(x: u32) -> Box<Fn() + Send> {
1152             return Box::new(move|| {
1153                 if x < GENERATIONS {
1154                     thread::spawn(move|| child_no(x+1)());
1155                 }
1156             });
1157         }
1158         thread::spawn(|| child_no(0)());
1159     }
1160
1161     #[test]
1162     fn test_simple_newsched_spawn() {
1163         thread::spawn(move || {});
1164     }
1165
1166     #[test]
1167     fn test_try_panic_message_static_str() {
1168         match thread::spawn(move|| {
1169             panic!("static string");
1170         }).join() {
1171             Err(e) => {
1172                 type T = &'static str;
1173                 assert!(e.is::<T>());
1174                 assert_eq!(*e.downcast::<T>().unwrap(), "static string");
1175             }
1176             Ok(()) => panic!()
1177         }
1178     }
1179
1180     #[test]
1181     fn test_try_panic_message_owned_str() {
1182         match thread::spawn(move|| {
1183             panic!("owned string".to_string());
1184         }).join() {
1185             Err(e) => {
1186                 type T = String;
1187                 assert!(e.is::<T>());
1188                 assert_eq!(*e.downcast::<T>().unwrap(), "owned string".to_string());
1189             }
1190             Ok(()) => panic!()
1191         }
1192     }
1193
1194     #[test]
1195     fn test_try_panic_message_any() {
1196         match thread::spawn(move|| {
1197             panic!(box 413u16 as Box<Any + Send>);
1198         }).join() {
1199             Err(e) => {
1200                 type T = Box<Any + Send>;
1201                 assert!(e.is::<T>());
1202                 let any = e.downcast::<T>().unwrap();
1203                 assert!(any.is::<u16>());
1204                 assert_eq!(*any.downcast::<u16>().unwrap(), 413);
1205             }
1206             Ok(()) => panic!()
1207         }
1208     }
1209
1210     #[test]
1211     fn test_try_panic_message_unit_struct() {
1212         struct Juju;
1213
1214         match thread::spawn(move|| {
1215             panic!(Juju)
1216         }).join() {
1217             Err(ref e) if e.is::<Juju>() => {}
1218             Err(_) | Ok(()) => panic!()
1219         }
1220     }
1221
1222     #[test]
1223     fn test_park_timeout_unpark_before() {
1224         for _ in 0..10 {
1225             thread::current().unpark();
1226             thread::park_timeout(Duration::from_millis(u32::MAX as u64));
1227         }
1228     }
1229
1230     #[test]
1231     fn test_park_timeout_unpark_not_called() {
1232         for _ in 0..10 {
1233             thread::park_timeout(Duration::from_millis(10));
1234         }
1235     }
1236
1237     #[test]
1238     fn test_park_timeout_unpark_called_other_thread() {
1239         for _ in 0..10 {
1240             let th = thread::current();
1241
1242             let _guard = thread::spawn(move || {
1243                 super::sleep(Duration::from_millis(50));
1244                 th.unpark();
1245             });
1246
1247             thread::park_timeout(Duration::from_millis(u32::MAX as u64));
1248         }
1249     }
1250
1251     #[test]
1252     fn sleep_ms_smoke() {
1253         thread::sleep(Duration::from_millis(2));
1254     }
1255
1256     #[test]
1257     fn test_thread_id_equal() {
1258         assert!(thread::current().id() == thread::current().id());
1259     }
1260
1261     #[test]
1262     fn test_thread_id_not_equal() {
1263         let spawned_id = thread::spawn(|| thread::current().id()).join().unwrap();
1264         assert!(thread::current().id() != spawned_id);
1265     }
1266
1267     // NOTE: the corresponding test for stderr is in run-pass/thread-stderr, due
1268     // to the test harness apparently interfering with stderr configuration.
1269 }