]> git.lizzy.rs Git - rust.git/blob - src/libstd/thread/mod.rs
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[rust.git] / src / libstd / thread / mod.rs
1 //! Native threads.
2 //!
3 //! ## The threading model
4 //!
5 //! An executing Rust program consists of a collection of native OS threads,
6 //! each with their own stack and local state. Threads can be named, and
7 //! provide some built-in support for low-level synchronization.
8 //!
9 //! Communication between threads can be done through
10 //! [channels], Rust's message-passing types, along with [other forms of thread
11 //! synchronization](../../std/sync/index.html) and shared-memory data
12 //! structures. In particular, types that are guaranteed to be
13 //! threadsafe are easily shared between threads using the
14 //! atomically-reference-counted container, [`Arc`].
15 //!
16 //! Fatal logic errors in Rust cause *thread panic*, during which
17 //! a thread will unwind the stack, running destructors and freeing
18 //! owned resources. While not meant as a 'try/catch' mechanism, panics
19 //! in Rust can nonetheless be caught (unless compiling with `panic=abort`) with
20 //! [`catch_unwind`](../../std/panic/fn.catch_unwind.html) and recovered
21 //! from, or alternatively be resumed with
22 //! [`resume_unwind`](../../std/panic/fn.resume_unwind.html). If the panic
23 //! is not caught the thread will exit, but the panic may optionally be
24 //! detected from a different thread with [`join`]. If the main thread panics
25 //! without the panic being caught, the application will exit with a
26 //! non-zero exit code.
27 //!
28 //! When the main thread of a Rust program terminates, the entire program shuts
29 //! down, even if other threads are still running. However, this module provides
30 //! convenient facilities for automatically waiting for the termination of a
31 //! child thread (i.e., join).
32 //!
33 //! ## Spawning a thread
34 //!
35 //! A new thread can be spawned using the [`thread::spawn`][`spawn`] function:
36 //!
37 //! ```rust
38 //! use std::thread;
39 //!
40 //! thread::spawn(move || {
41 //!     // some work here
42 //! });
43 //! ```
44 //!
45 //! In this example, the spawned thread is "detached" from the current
46 //! thread. This means that it can outlive its parent (the thread that spawned
47 //! it), unless this parent is the main thread.
48 //!
49 //! The parent thread can also wait on the completion of the child
50 //! thread; a call to [`spawn`] produces a [`JoinHandle`], which provides
51 //! a `join` method for waiting:
52 //!
53 //! ```rust
54 //! use std::thread;
55 //!
56 //! let child = thread::spawn(move || {
57 //!     // some work here
58 //! });
59 //! // some work here
60 //! let res = child.join();
61 //! ```
62 //!
63 //! The [`join`] method returns a [`thread::Result`] containing [`Ok`] of the final
64 //! value produced by the child thread, or [`Err`] of the value given to
65 //! a call to [`panic!`] if the child panicked.
66 //!
67 //! ## Configuring threads
68 //!
69 //! A new thread can be configured before it is spawned via the [`Builder`] type,
70 //! which currently allows you to set the name and stack size for the child thread:
71 //!
72 //! ```rust
73 //! # #![allow(unused_must_use)]
74 //! use std::thread;
75 //!
76 //! thread::Builder::new().name("child1".to_string()).spawn(move || {
77 //!     println!("Hello, world!");
78 //! });
79 //! ```
80 //!
81 //! ## The `Thread` type
82 //!
83 //! Threads are represented via the [`Thread`] type, which you can get in one of
84 //! two ways:
85 //!
86 //! * By spawning a new thread, e.g., using the [`thread::spawn`][`spawn`]
87 //!   function, and calling [`thread`][`JoinHandle::thread`] on the [`JoinHandle`].
88 //! * By requesting the current thread, using the [`thread::current`] function.
89 //!
90 //! The [`thread::current`] function is available even for threads not spawned
91 //! by the APIs of this module.
92 //!
93 //! ## Thread-local storage
94 //!
95 //! This module also provides an implementation of thread-local storage for Rust
96 //! programs. Thread-local storage is a method of storing data into a global
97 //! variable that each thread in the program will have its own copy of.
98 //! Threads do not share this data, so accesses do not need to be synchronized.
99 //!
100 //! A thread-local key owns the value it contains and will destroy the value when the
101 //! thread exits. It is created with the [`thread_local!`] macro and can contain any
102 //! value that is `'static` (no borrowed pointers). It provides an accessor function,
103 //! [`with`], that yields a shared reference to the value to the specified
104 //! closure. Thread-local keys allow only shared access to values, as there would be no
105 //! way to guarantee uniqueness if mutable borrows were allowed. Most values
106 //! will want to make use of some form of **interior mutability** through the
107 //! [`Cell`] or [`RefCell`] types.
108 //!
109 //! ## Naming threads
110 //!
111 //! Threads are able to have associated names for identification purposes. By default, spawned
112 //! threads are unnamed. To specify a name for a thread, build the thread with [`Builder`] and pass
113 //! the desired thread name to [`Builder::name`]. To retrieve the thread name from within the
114 //! thread, use [`Thread::name`]. A couple examples of where the name of a thread gets used:
115 //!
116 //! * If a panic occurs in a named thread, the thread name will be printed in the panic message.
117 //! * The thread name is provided to the OS where applicable (e.g., `pthread_setname_np` in
118 //!   unix-like platforms).
119 //!
120 //! ## Stack size
121 //!
122 //! The default stack size for spawned threads is 2 MiB, though this particular stack size is
123 //! subject to change in the future. There are two ways to manually specify the stack size for
124 //! spawned threads:
125 //!
126 //! * Build the thread with [`Builder`] and pass the desired stack size to [`Builder::stack_size`].
127 //! * Set the `RUST_MIN_STACK` environment variable to an integer representing the desired stack
128 //!   size (in bytes). Note that setting [`Builder::stack_size`] will override this.
129 //!
130 //! Note that the stack size of the main thread is *not* determined by Rust.
131 //!
132 //! [channels]: ../../std/sync/mpsc/index.html
133 //! [`Arc`]: ../../std/sync/struct.Arc.html
134 //! [`spawn`]: ../../std/thread/fn.spawn.html
135 //! [`JoinHandle`]: ../../std/thread/struct.JoinHandle.html
136 //! [`JoinHandle::thread`]: ../../std/thread/struct.JoinHandle.html#method.thread
137 //! [`join`]: ../../std/thread/struct.JoinHandle.html#method.join
138 //! [`Result`]: ../../std/result/enum.Result.html
139 //! [`Ok`]: ../../std/result/enum.Result.html#variant.Ok
140 //! [`Err`]: ../../std/result/enum.Result.html#variant.Err
141 //! [`panic!`]: ../../std/macro.panic.html
142 //! [`Builder`]: ../../std/thread/struct.Builder.html
143 //! [`Builder::stack_size`]: ../../std/thread/struct.Builder.html#method.stack_size
144 //! [`Builder::name`]: ../../std/thread/struct.Builder.html#method.name
145 //! [`thread::current`]: ../../std/thread/fn.current.html
146 //! [`thread::Result`]: ../../std/thread/type.Result.html
147 //! [`Thread`]: ../../std/thread/struct.Thread.html
148 //! [`park`]: ../../std/thread/fn.park.html
149 //! [`unpark`]: ../../std/thread/struct.Thread.html#method.unpark
150 //! [`Thread::name`]: ../../std/thread/struct.Thread.html#method.name
151 //! [`thread::park_timeout`]: ../../std/thread/fn.park_timeout.html
152 //! [`Cell`]: ../cell/struct.Cell.html
153 //! [`RefCell`]: ../cell/struct.RefCell.html
154 //! [`thread_local!`]: ../macro.thread_local.html
155 //! [`with`]: struct.LocalKey.html#method.with
156
157 #![stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
158
159 use crate::any::Any;
160 use crate::cell::UnsafeCell;
161 use crate::ffi::{CStr, CString};
162 use crate::fmt;
163 use crate::io;
164 use crate::mem;
165 use crate::num::NonZeroU64;
166 use crate::panic;
167 use crate::panicking;
168 use crate::str;
169 use crate::sync::atomic::AtomicUsize;
170 use crate::sync::atomic::Ordering::SeqCst;
171 use crate::sync::{Arc, Condvar, Mutex};
172 use crate::sys::thread as imp;
173 use crate::sys_common::mutex;
174 use crate::sys_common::thread;
175 use crate::sys_common::thread_info;
176 use crate::sys_common::{AsInner, IntoInner};
177 use crate::time::Duration;
178
179 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
180 // Thread-local storage
181 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
182
183 #[macro_use]
184 mod local;
185
186 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
187 pub use self::local::{AccessError, LocalKey};
188
189 // The types used by the thread_local! macro to access TLS keys. Note that there
190 // are two types, the "OS" type and the "fast" type. The OS thread local key
191 // type is accessed via platform-specific API calls and is slow, while the fast
192 // key type is accessed via code generated via LLVM, where TLS keys are set up
193 // by the elf linker. Note that the OS TLS type is always available: on macOS
194 // the standard library is compiled with support for older platform versions
195 // where fast TLS was not available; end-user code is compiled with fast TLS
196 // where available, but both are needed.
197
198 #[unstable(feature = "libstd_thread_internals", issue = "none")]
199 #[cfg(target_thread_local)]
200 #[doc(hidden)]
201 pub use self::local::fast::Key as __FastLocalKeyInner;
202 #[unstable(feature = "libstd_thread_internals", issue = "none")]
203 #[doc(hidden)]
204 pub use self::local::os::Key as __OsLocalKeyInner;
205 #[unstable(feature = "libstd_thread_internals", issue = "none")]
206 #[cfg(all(target_arch = "wasm32", not(target_feature = "atomics")))]
207 #[doc(hidden)]
208 pub use self::local::statik::Key as __StaticLocalKeyInner;
209
210 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
211 // Builder
212 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
213
214 /// Thread factory, which can be used in order to configure the properties of
215 /// a new thread.
216 ///
217 /// Methods can be chained on it in order to configure it.
218 ///
219 /// The two configurations available are:
220 ///
221 /// - [`name`]: specifies an [associated name for the thread][naming-threads]
222 /// - [`stack_size`]: specifies the [desired stack size for the thread][stack-size]
223 ///
224 /// The [`spawn`] method will take ownership of the builder and create an
225 /// [`io::Result`] to the thread handle with the given configuration.
226 ///
227 /// The [`thread::spawn`] free function uses a `Builder` with default
228 /// configuration and [`unwrap`]s its return value.
229 ///
230 /// You may want to use [`spawn`] instead of [`thread::spawn`], when you want
231 /// to recover from a failure to launch a thread, indeed the free function will
232 /// panic where the `Builder` method will return a [`io::Result`].
233 ///
234 /// # Examples
235 ///
236 /// ```
237 /// use std::thread;
238 ///
239 /// let builder = thread::Builder::new();
240 ///
241 /// let handler = builder.spawn(|| {
242 ///     // thread code
243 /// }).unwrap();
244 ///
245 /// handler.join().unwrap();
246 /// ```
247 ///
248 /// [`thread::spawn`]: ../../std/thread/fn.spawn.html
249 /// [`stack_size`]: ../../std/thread/struct.Builder.html#method.stack_size
250 /// [`name`]: ../../std/thread/struct.Builder.html#method.name
251 /// [`spawn`]: ../../std/thread/struct.Builder.html#method.spawn
252 /// [`io::Result`]: ../../std/io/type.Result.html
253 /// [`unwrap`]: ../../std/result/enum.Result.html#method.unwrap
254 /// [naming-threads]: ./index.html#naming-threads
255 /// [stack-size]: ./index.html#stack-size
256 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
257 #[derive(Debug)]
258 pub struct Builder {
259     // A name for the thread-to-be, for identification in panic messages
260     name: Option<String>,
261     // The size of the stack for the spawned thread in bytes
262     stack_size: Option<usize>,
263 }
264
265 impl Builder {
266     /// Generates the base configuration for spawning a thread, from which
267     /// configuration methods can be chained.
268     ///
269     /// # Examples
270     ///
271     /// ```
272     /// use std::thread;
273     ///
274     /// let builder = thread::Builder::new()
275     ///                               .name("foo".into())
276     ///                               .stack_size(32 * 1024);
277     ///
278     /// let handler = builder.spawn(|| {
279     ///     // thread code
280     /// }).unwrap();
281     ///
282     /// handler.join().unwrap();
283     /// ```
284     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
285     pub fn new() -> Builder {
286         Builder { name: None, stack_size: None }
287     }
288
289     /// Names the thread-to-be. Currently the name is used for identification
290     /// only in panic messages.
291     ///
292     /// The name must not contain null bytes (`\0`).
293     ///
294     /// For more information about named threads, see
295     /// [this module-level documentation][naming-threads].
296     ///
297     /// # Examples
298     ///
299     /// ```
300     /// use std::thread;
301     ///
302     /// let builder = thread::Builder::new()
303     ///     .name("foo".into());
304     ///
305     /// let handler = builder.spawn(|| {
306     ///     assert_eq!(thread::current().name(), Some("foo"))
307     /// }).unwrap();
308     ///
309     /// handler.join().unwrap();
310     /// ```
311     ///
312     /// [naming-threads]: ./index.html#naming-threads
313     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
314     pub fn name(mut self, name: String) -> Builder {
315         self.name = Some(name);
316         self
317     }
318
319     /// Sets the size of the stack (in bytes) for the new thread.
320     ///
321     /// The actual stack size may be greater than this value if
322     /// the platform specifies a minimal stack size.
323     ///
324     /// For more information about the stack size for threads, see
325     /// [this module-level documentation][stack-size].
326     ///
327     /// # Examples
328     ///
329     /// ```
330     /// use std::thread;
331     ///
332     /// let builder = thread::Builder::new().stack_size(32 * 1024);
333     /// ```
334     ///
335     /// [stack-size]: ./index.html#stack-size
336     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
337     pub fn stack_size(mut self, size: usize) -> Builder {
338         self.stack_size = Some(size);
339         self
340     }
341
342     /// Spawns a new thread by taking ownership of the `Builder`, and returns an
343     /// [`io::Result`] to its [`JoinHandle`].
344     ///
345     /// The spawned thread may outlive the caller (unless the caller thread
346     /// is the main thread; the whole process is terminated when the main
347     /// thread finishes). The join handle can be used to block on
348     /// termination of the child thread, including recovering its panics.
349     ///
350     /// For a more complete documentation see [`thread::spawn`][`spawn`].
351     ///
352     /// # Errors
353     ///
354     /// Unlike the [`spawn`] free function, this method yields an
355     /// [`io::Result`] to capture any failure to create the thread at
356     /// the OS level.
357     ///
358     /// [`spawn`]: ../../std/thread/fn.spawn.html
359     /// [`io::Result`]: ../../std/io/type.Result.html
360     /// [`JoinHandle`]: ../../std/thread/struct.JoinHandle.html
361     ///
362     /// # Panics
363     ///
364     /// Panics if a thread name was set and it contained null bytes.
365     ///
366     /// # Examples
367     ///
368     /// ```
369     /// use std::thread;
370     ///
371     /// let builder = thread::Builder::new();
372     ///
373     /// let handler = builder.spawn(|| {
374     ///     // thread code
375     /// }).unwrap();
376     ///
377     /// handler.join().unwrap();
378     /// ```
379     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
380     pub fn spawn<F, T>(self, f: F) -> io::Result<JoinHandle<T>>
381     where
382         F: FnOnce() -> T,
383         F: Send + 'static,
384         T: Send + 'static,
385     {
386         unsafe { self.spawn_unchecked(f) }
387     }
388
389     /// Spawns a new thread without any lifetime restrictions by taking ownership
390     /// of the `Builder`, and returns an [`io::Result`] to its [`JoinHandle`].
391     ///
392     /// The spawned thread may outlive the caller (unless the caller thread
393     /// is the main thread; the whole process is terminated when the main
394     /// thread finishes). The join handle can be used to block on
395     /// termination of the child thread, including recovering its panics.
396     ///
397     /// This method is identical to [`thread::Builder::spawn`][`Builder::spawn`],
398     /// except for the relaxed lifetime bounds, which render it unsafe.
399     /// For a more complete documentation see [`thread::spawn`][`spawn`].
400     ///
401     /// # Errors
402     ///
403     /// Unlike the [`spawn`] free function, this method yields an
404     /// [`io::Result`] to capture any failure to create the thread at
405     /// the OS level.
406     ///
407     /// # Panics
408     ///
409     /// Panics if a thread name was set and it contained null bytes.
410     ///
411     /// # Safety
412     ///
413     /// The caller has to ensure that no references in the supplied thread closure
414     /// or its return type can outlive the spawned thread's lifetime. This can be
415     /// guaranteed in two ways:
416     ///
417     /// - ensure that [`join`][`JoinHandle::join`] is called before any referenced
418     /// data is dropped
419     /// - use only types with `'static` lifetime bounds, i.e., those with no or only
420     /// `'static` references (both [`thread::Builder::spawn`][`Builder::spawn`]
421     /// and [`thread::spawn`][`spawn`] enforce this property statically)
422     ///
423     /// # Examples
424     ///
425     /// ```
426     /// #![feature(thread_spawn_unchecked)]
427     /// use std::thread;
428     ///
429     /// let builder = thread::Builder::new();
430     ///
431     /// let x = 1;
432     /// let thread_x = &x;
433     ///
434     /// let handler = unsafe {
435     ///     builder.spawn_unchecked(move || {
436     ///         println!("x = {}", *thread_x);
437     ///     }).unwrap()
438     /// };
439     ///
440     /// // caller has to ensure `join()` is called, otherwise
441     /// // it is possible to access freed memory if `x` gets
442     /// // dropped before the thread closure is executed!
443     /// handler.join().unwrap();
444     /// ```
445     ///
446     /// [`spawn`]: ../../std/thread/fn.spawn.html
447     /// [`Builder::spawn`]: ../../std/thread/struct.Builder.html#method.spawn
448     /// [`io::Result`]: ../../std/io/type.Result.html
449     /// [`JoinHandle`]: ../../std/thread/struct.JoinHandle.html
450     /// [`JoinHandle::join`]: ../../std/thread/struct.JoinHandle.html#method.join
451     #[unstable(feature = "thread_spawn_unchecked", issue = "55132")]
452     pub unsafe fn spawn_unchecked<'a, F, T>(self, f: F) -> io::Result<JoinHandle<T>>
453     where
454         F: FnOnce() -> T,
455         F: Send + 'a,
456         T: Send + 'a,
457     {
458         let Builder { name, stack_size } = self;
459
460         let stack_size = stack_size.unwrap_or_else(thread::min_stack);
461
462         let my_thread = Thread::new(name);
463         let their_thread = my_thread.clone();
464
465         let my_packet: Arc<UnsafeCell<Option<Result<T>>>> = Arc::new(UnsafeCell::new(None));
466         let their_packet = my_packet.clone();
467
468         let main = move || {
469             if let Some(name) = their_thread.cname() {
470                 imp::Thread::set_name(name);
471             }
472
473             thread_info::set(imp::guard::current(), their_thread);
474             let try_result = panic::catch_unwind(panic::AssertUnwindSafe(|| {
475                 crate::sys_common::backtrace::__rust_begin_short_backtrace(f)
476             }));
477             *their_packet.get() = Some(try_result);
478         };
479
480         Ok(JoinHandle(JoinInner {
481             // `imp::Thread::new` takes a closure with a `'static` lifetime, since it's passed
482             // through FFI or otherwise used with low-level threading primitives that have no
483             // notion of or way to enforce lifetimes.
484             //
485             // As mentioned in the `Safety` section of this function's documentation, the caller of
486             // this function needs to guarantee that the passed-in lifetime is sufficiently long
487             // for the lifetime of the thread.
488             //
489             // Similarly, the `sys` implementation must guarantee that no references to the closure
490             // exist after the thread has terminated, which is signaled by `Thread::join`
491             // returning.
492             native: Some(imp::Thread::new(
493                 stack_size,
494                 mem::transmute::<Box<dyn FnOnce() + 'a>, Box<dyn FnOnce() + 'static>>(Box::new(
495                     main,
496                 )),
497             )?),
498             thread: my_thread,
499             packet: Packet(my_packet),
500         }))
501     }
502 }
503
504 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
505 // Free functions
506 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
507
508 /// Spawns a new thread, returning a [`JoinHandle`] for it.
509 ///
510 /// The join handle will implicitly *detach* the child thread upon being
511 /// dropped. In this case, the child thread may outlive the parent (unless
512 /// the parent thread is the main thread; the whole process is terminated when
513 /// the main thread finishes). Additionally, the join handle provides a [`join`]
514 /// method that can be used to join the child thread. If the child thread
515 /// panics, [`join`] will return an [`Err`] containing the argument given to
516 /// [`panic`].
517 ///
518 /// This will create a thread using default parameters of [`Builder`], if you
519 /// want to specify the stack size or the name of the thread, use this API
520 /// instead.
521 ///
522 /// As you can see in the signature of `spawn` there are two constraints on
523 /// both the closure given to `spawn` and its return value, let's explain them:
524 ///
525 /// - The `'static` constraint means that the closure and its return value
526 ///   must have a lifetime of the whole program execution. The reason for this
527 ///   is that threads can `detach` and outlive the lifetime they have been
528 ///   created in.
529 ///   Indeed if the thread, and by extension its return value, can outlive their
530 ///   caller, we need to make sure that they will be valid afterwards, and since
531 ///   we *can't* know when it will return we need to have them valid as long as
532 ///   possible, that is until the end of the program, hence the `'static`
533 ///   lifetime.
534 /// - The [`Send`] constraint is because the closure will need to be passed
535 ///   *by value* from the thread where it is spawned to the new thread. Its
536 ///   return value will need to be passed from the new thread to the thread
537 ///   where it is `join`ed.
538 ///   As a reminder, the [`Send`] marker trait expresses that it is safe to be
539 ///   passed from thread to thread. [`Sync`] expresses that it is safe to have a
540 ///   reference be passed from thread to thread.
541 ///
542 /// # Panics
543 ///
544 /// Panics if the OS fails to create a thread; use [`Builder::spawn`]
545 /// to recover from such errors.
546 ///
547 /// # Examples
548 ///
549 /// Creating a thread.
550 ///
551 /// ```
552 /// use std::thread;
553 ///
554 /// let handler = thread::spawn(|| {
555 ///     // thread code
556 /// });
557 ///
558 /// handler.join().unwrap();
559 /// ```
560 ///
561 /// As mentioned in the module documentation, threads are usually made to
562 /// communicate using [`channels`], here is how it usually looks.
563 ///
564 /// This example also shows how to use `move`, in order to give ownership
565 /// of values to a thread.
566 ///
567 /// ```
568 /// use std::thread;
569 /// use std::sync::mpsc::channel;
570 ///
571 /// let (tx, rx) = channel();
572 ///
573 /// let sender = thread::spawn(move || {
574 ///     tx.send("Hello, thread".to_owned())
575 ///         .expect("Unable to send on channel");
576 /// });
577 ///
578 /// let receiver = thread::spawn(move || {
579 ///     let value = rx.recv().expect("Unable to receive from channel");
580 ///     println!("{}", value);
581 /// });
582 ///
583 /// sender.join().expect("The sender thread has panicked");
584 /// receiver.join().expect("The receiver thread has panicked");
585 /// ```
586 ///
587 /// A thread can also return a value through its [`JoinHandle`], you can use
588 /// this to make asynchronous computations (futures might be more appropriate
589 /// though).
590 ///
591 /// ```
592 /// use std::thread;
593 ///
594 /// let computation = thread::spawn(|| {
595 ///     // Some expensive computation.
596 ///     42
597 /// });
598 ///
599 /// let result = computation.join().unwrap();
600 /// println!("{}", result);
601 /// ```
602 ///
603 /// [`channels`]: ../../std/sync/mpsc/index.html
604 /// [`JoinHandle`]: ../../std/thread/struct.JoinHandle.html
605 /// [`join`]: ../../std/thread/struct.JoinHandle.html#method.join
606 /// [`Err`]: ../../std/result/enum.Result.html#variant.Err
607 /// [`panic`]: ../../std/macro.panic.html
608 /// [`Builder::spawn`]: ../../std/thread/struct.Builder.html#method.spawn
609 /// [`Builder`]: ../../std/thread/struct.Builder.html
610 /// [`Send`]: ../../std/marker/trait.Send.html
611 /// [`Sync`]: ../../std/marker/trait.Sync.html
612 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
613 pub fn spawn<F, T>(f: F) -> JoinHandle<T>
614 where
615     F: FnOnce() -> T,
616     F: Send + 'static,
617     T: Send + 'static,
618 {
619     Builder::new().spawn(f).expect("failed to spawn thread")
620 }
621
622 /// Gets a handle to the thread that invokes it.
623 ///
624 /// # Examples
625 ///
626 /// Getting a handle to the current thread with `thread::current()`:
627 ///
628 /// ```
629 /// use std::thread;
630 ///
631 /// let handler = thread::Builder::new()
632 ///     .name("named thread".into())
633 ///     .spawn(|| {
634 ///         let handle = thread::current();
635 ///         assert_eq!(handle.name(), Some("named thread"));
636 ///     })
637 ///     .unwrap();
638 ///
639 /// handler.join().unwrap();
640 /// ```
641 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
642 pub fn current() -> Thread {
643     thread_info::current_thread().expect(
644         "use of std::thread::current() is not \
645                                           possible after the thread's local \
646                                           data has been destroyed",
647     )
648 }
649
650 /// Cooperatively gives up a timeslice to the OS scheduler.
651 ///
652 /// This is used when the programmer knows that the thread will have nothing
653 /// to do for some time, and thus avoid wasting computing time.
654 ///
655 /// For example when polling on a resource, it is common to check that it is
656 /// available, and if not to yield in order to avoid busy waiting.
657 ///
658 /// Thus the pattern of `yield`ing after a failed poll is rather common when
659 /// implementing low-level shared resources or synchronization primitives.
660 ///
661 /// However programmers will usually prefer to use [`channel`]s, [`Condvar`]s,
662 /// [`Mutex`]es or [`join`] for their synchronization routines, as they avoid
663 /// thinking about thread scheduling.
664 ///
665 /// Note that [`channel`]s for example are implemented using this primitive.
666 /// Indeed when you call `send` or `recv`, which are blocking, they will yield
667 /// if the channel is not available.
668 ///
669 /// # Examples
670 ///
671 /// ```
672 /// use std::thread;
673 ///
674 /// thread::yield_now();
675 /// ```
676 ///
677 /// [`channel`]: ../../std/sync/mpsc/index.html
678 /// [`spawn`]: ../../std/thread/fn.spawn.html
679 /// [`join`]: ../../std/thread/struct.JoinHandle.html#method.join
680 /// [`Mutex`]: ../../std/sync/struct.Mutex.html
681 /// [`Condvar`]: ../../std/sync/struct.Condvar.html
682 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
683 pub fn yield_now() {
684     imp::Thread::yield_now()
685 }
686
687 /// Determines whether the current thread is unwinding because of panic.
688 ///
689 /// A common use of this feature is to poison shared resources when writing
690 /// unsafe code, by checking `panicking` when the `drop` is called.
691 ///
692 /// This is usually not needed when writing safe code, as [`Mutex`es][Mutex]
693 /// already poison themselves when a thread panics while holding the lock.
694 ///
695 /// This can also be used in multithreaded applications, in order to send a
696 /// message to other threads warning that a thread has panicked (e.g., for
697 /// monitoring purposes).
698 ///
699 /// # Examples
700 ///
701 /// ```should_panic
702 /// use std::thread;
703 ///
704 /// struct SomeStruct;
705 ///
706 /// impl Drop for SomeStruct {
707 ///     fn drop(&mut self) {
708 ///         if thread::panicking() {
709 ///             println!("dropped while unwinding");
710 ///         } else {
711 ///             println!("dropped while not unwinding");
712 ///         }
713 ///     }
714 /// }
715 ///
716 /// {
717 ///     print!("a: ");
718 ///     let a = SomeStruct;
719 /// }
720 ///
721 /// {
722 ///     print!("b: ");
723 ///     let b = SomeStruct;
724 ///     panic!()
725 /// }
726 /// ```
727 ///
728 /// [Mutex]: ../../std/sync/struct.Mutex.html
729 #[inline]
730 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
731 pub fn panicking() -> bool {
732     panicking::panicking()
733 }
734
735 /// Puts the current thread to sleep for at least the specified amount of time.
736 ///
737 /// The thread may sleep longer than the duration specified due to scheduling
738 /// specifics or platform-dependent functionality. It will never sleep less.
739 ///
740 /// # Platform-specific behavior
741 ///
742 /// On Unix platforms, the underlying syscall may be interrupted by a
743 /// spurious wakeup or signal handler. To ensure the sleep occurs for at least
744 /// the specified duration, this function may invoke that system call multiple
745 /// times.
746 ///
747 /// # Examples
748 ///
749 /// ```no_run
750 /// use std::thread;
751 ///
752 /// // Let's sleep for 2 seconds:
753 /// thread::sleep_ms(2000);
754 /// ```
755 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
756 #[rustc_deprecated(since = "1.6.0", reason = "replaced by `std::thread::sleep`")]
757 pub fn sleep_ms(ms: u32) {
758     sleep(Duration::from_millis(ms as u64))
759 }
760
761 /// Puts the current thread to sleep for at least the specified amount of time.
762 ///
763 /// The thread may sleep longer than the duration specified due to scheduling
764 /// specifics or platform-dependent functionality. It will never sleep less.
765 ///
766 /// # Platform-specific behavior
767 ///
768 /// On Unix platforms, the underlying syscall may be interrupted by a
769 /// spurious wakeup or signal handler. To ensure the sleep occurs for at least
770 /// the specified duration, this function may invoke that system call multiple
771 /// times.
772 /// Platforms which do not support nanosecond precision for sleeping will
773 /// have `dur` rounded up to the nearest granularity of time they can sleep for.
774 ///
775 /// # Examples
776 ///
777 /// ```no_run
778 /// use std::{thread, time};
779 ///
780 /// let ten_millis = time::Duration::from_millis(10);
781 /// let now = time::Instant::now();
782 ///
783 /// thread::sleep(ten_millis);
784 ///
785 /// assert!(now.elapsed() >= ten_millis);
786 /// ```
787 #[stable(feature = "thread_sleep", since = "1.4.0")]
788 pub fn sleep(dur: Duration) {
789     imp::Thread::sleep(dur)
790 }
791
792 // constants for park/unpark
793 const EMPTY: usize = 0;
794 const PARKED: usize = 1;
795 const NOTIFIED: usize = 2;
796
797 /// Blocks unless or until the current thread's token is made available.
798 ///
799 /// A call to `park` does not guarantee that the thread will remain parked
800 /// forever, and callers should be prepared for this possibility.
801 ///
802 /// # park and unpark
803 ///
804 /// Every thread is equipped with some basic low-level blocking support, via the
805 /// [`thread::park`][`park`] function and [`thread::Thread::unpark`][`unpark`]
806 /// method. [`park`] blocks the current thread, which can then be resumed from
807 /// another thread by calling the [`unpark`] method on the blocked thread's
808 /// handle.
809 ///
810 /// Conceptually, each [`Thread`] handle has an associated token, which is
811 /// initially not present:
812 ///
813 /// * The [`thread::park`][`park`] function blocks the current thread unless or
814 ///   until the token is available for its thread handle, at which point it
815 ///   atomically consumes the token. It may also return *spuriously*, without
816 ///   consuming the token. [`thread::park_timeout`] does the same, but allows
817 ///   specifying a maximum time to block the thread for.
818 ///
819 /// * The [`unpark`] method on a [`Thread`] atomically makes the token available
820 ///   if it wasn't already. Because the token is initially absent, [`unpark`]
821 ///   followed by [`park`] will result in the second call returning immediately.
822 ///
823 /// In other words, each [`Thread`] acts a bit like a spinlock that can be
824 /// locked and unlocked using `park` and `unpark`.
825 ///
826 /// Notice that being unblocked does not imply any synchronization with someone
827 /// that unparked this thread, it could also be spurious.
828 /// For example, it would be a valid, but inefficient, implementation to make both [`park`] and
829 /// [`unpark`] return immediately without doing anything.
830 ///
831 /// The API is typically used by acquiring a handle to the current thread,
832 /// placing that handle in a shared data structure so that other threads can
833 /// find it, and then `park`ing in a loop. When some desired condition is met, another
834 /// thread calls [`unpark`] on the handle.
835 ///
836 /// The motivation for this design is twofold:
837 ///
838 /// * It avoids the need to allocate mutexes and condvars when building new
839 ///   synchronization primitives; the threads already provide basic
840 ///   blocking/signaling.
841 ///
842 /// * It can be implemented very efficiently on many platforms.
843 ///
844 /// # Examples
845 ///
846 /// ```
847 /// use std::thread;
848 /// use std::sync::{Arc, atomic::{Ordering, AtomicBool}};
849 /// use std::time::Duration;
850 ///
851 /// let flag = Arc::new(AtomicBool::new(false));
852 /// let flag2 = Arc::clone(&flag);
853 ///
854 /// let parked_thread = thread::spawn(move || {
855 ///     // We want to wait until the flag is set. We *could* just spin, but using
856 ///     // park/unpark is more efficient.
857 ///     while !flag2.load(Ordering::Acquire) {
858 ///         println!("Parking thread");
859 ///         thread::park();
860 ///         // We *could* get here spuriously, i.e., way before the 10ms below are over!
861 ///         // But that is no problem, we are in a loop until the flag is set anyway.
862 ///         println!("Thread unparked");
863 ///     }
864 ///     println!("Flag received");
865 /// });
866 ///
867 /// // Let some time pass for the thread to be spawned.
868 /// thread::sleep(Duration::from_millis(10));
869 ///
870 /// // Set the flag, and let the thread wake up.
871 /// // There is no race condition here, if `unpark`
872 /// // happens first, `park` will return immediately.
873 /// // Hence there is no risk of a deadlock.
874 /// flag.store(true, Ordering::Release);
875 /// println!("Unpark the thread");
876 /// parked_thread.thread().unpark();
877 ///
878 /// parked_thread.join().unwrap();
879 /// ```
880 ///
881 /// [`Thread`]: ../../std/thread/struct.Thread.html
882 /// [`park`]: ../../std/thread/fn.park.html
883 /// [`unpark`]: ../../std/thread/struct.Thread.html#method.unpark
884 /// [`thread::park_timeout`]: ../../std/thread/fn.park_timeout.html
885 //
886 // The implementation currently uses the trivial strategy of a Mutex+Condvar
887 // with wakeup flag, which does not actually allow spurious wakeups. In the
888 // future, this will be implemented in a more efficient way, perhaps along the lines of
889 //   http://cr.openjdk.java.net/~stefank/6989984.1/raw_files/new/src/os/linux/vm/os_linux.cpp
890 // or futuxes, and in either case may allow spurious wakeups.
891 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
892 pub fn park() {
893     let thread = current();
894
895     // If we were previously notified then we consume this notification and
896     // return quickly.
897     if thread.inner.state.compare_exchange(NOTIFIED, EMPTY, SeqCst, SeqCst).is_ok() {
898         return;
899     }
900
901     // Otherwise we need to coordinate going to sleep
902     let mut m = thread.inner.lock.lock().unwrap();
903     match thread.inner.state.compare_exchange(EMPTY, PARKED, SeqCst, SeqCst) {
904         Ok(_) => {}
905         Err(NOTIFIED) => {
906             // We must read here, even though we know it will be `NOTIFIED`.
907             // This is because `unpark` may have been called again since we read
908             // `NOTIFIED` in the `compare_exchange` above. We must perform an
909             // acquire operation that synchronizes with that `unpark` to observe
910             // any writes it made before the call to unpark. To do that we must
911             // read from the write it made to `state`.
912             let old = thread.inner.state.swap(EMPTY, SeqCst);
913             assert_eq!(old, NOTIFIED, "park state changed unexpectedly");
914             return;
915         } // should consume this notification, so prohibit spurious wakeups in next park.
916         Err(_) => panic!("inconsistent park state"),
917     }
918     loop {
919         m = thread.inner.cvar.wait(m).unwrap();
920         match thread.inner.state.compare_exchange(NOTIFIED, EMPTY, SeqCst, SeqCst) {
921             Ok(_) => return, // got a notification
922             Err(_) => {}     // spurious wakeup, go back to sleep
923         }
924     }
925 }
926
927 /// Use [`park_timeout`].
928 ///
929 /// Blocks unless or until the current thread's token is made available or
930 /// the specified duration has been reached (may wake spuriously).
931 ///
932 /// The semantics of this function are equivalent to [`park`] except
933 /// that the thread will be blocked for roughly no longer than `dur`. This
934 /// method should not be used for precise timing due to anomalies such as
935 /// preemption or platform differences that may not cause the maximum
936 /// amount of time waited to be precisely `ms` long.
937 ///
938 /// See the [park documentation][`park`] for more detail.
939 ///
940 /// [`park_timeout`]: fn.park_timeout.html
941 /// [`park`]: ../../std/thread/fn.park.html
942 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
943 #[rustc_deprecated(since = "1.6.0", reason = "replaced by `std::thread::park_timeout`")]
944 pub fn park_timeout_ms(ms: u32) {
945     park_timeout(Duration::from_millis(ms as u64))
946 }
947
948 /// Blocks unless or until the current thread's token is made available or
949 /// the specified duration has been reached (may wake spuriously).
950 ///
951 /// The semantics of this function are equivalent to [`park`][park] except
952 /// that the thread will be blocked for roughly no longer than `dur`. This
953 /// method should not be used for precise timing due to anomalies such as
954 /// preemption or platform differences that may not cause the maximum
955 /// amount of time waited to be precisely `dur` long.
956 ///
957 /// See the [park documentation][park] for more details.
958 ///
959 /// # Platform-specific behavior
960 ///
961 /// Platforms which do not support nanosecond precision for sleeping will have
962 /// `dur` rounded up to the nearest granularity of time they can sleep for.
963 ///
964 /// # Examples
965 ///
966 /// Waiting for the complete expiration of the timeout:
967 ///
968 /// ```rust,no_run
969 /// use std::thread::park_timeout;
970 /// use std::time::{Instant, Duration};
971 ///
972 /// let timeout = Duration::from_secs(2);
973 /// let beginning_park = Instant::now();
974 ///
975 /// let mut timeout_remaining = timeout;
976 /// loop {
977 ///     park_timeout(timeout_remaining);
978 ///     let elapsed = beginning_park.elapsed();
979 ///     if elapsed >= timeout {
980 ///         break;
981 ///     }
982 ///     println!("restarting park_timeout after {:?}", elapsed);
983 ///     timeout_remaining = timeout - elapsed;
984 /// }
985 /// ```
986 ///
987 /// [park]: fn.park.html
988 #[stable(feature = "park_timeout", since = "1.4.0")]
989 pub fn park_timeout(dur: Duration) {
990     let thread = current();
991
992     // Like `park` above we have a fast path for an already-notified thread, and
993     // afterwards we start coordinating for a sleep.
994     // return quickly.
995     if thread.inner.state.compare_exchange(NOTIFIED, EMPTY, SeqCst, SeqCst).is_ok() {
996         return;
997     }
998     let m = thread.inner.lock.lock().unwrap();
999     match thread.inner.state.compare_exchange(EMPTY, PARKED, SeqCst, SeqCst) {
1000         Ok(_) => {}
1001         Err(NOTIFIED) => {
1002             // We must read again here, see `park`.
1003             let old = thread.inner.state.swap(EMPTY, SeqCst);
1004             assert_eq!(old, NOTIFIED, "park state changed unexpectedly");
1005             return;
1006         } // should consume this notification, so prohibit spurious wakeups in next park.
1007         Err(_) => panic!("inconsistent park_timeout state"),
1008     }
1009
1010     // Wait with a timeout, and if we spuriously wake up or otherwise wake up
1011     // from a notification we just want to unconditionally set the state back to
1012     // empty, either consuming a notification or un-flagging ourselves as
1013     // parked.
1014     let (_m, _result) = thread.inner.cvar.wait_timeout(m, dur).unwrap();
1015     match thread.inner.state.swap(EMPTY, SeqCst) {
1016         NOTIFIED => {} // got a notification, hurray!
1017         PARKED => {}   // no notification, alas
1018         n => panic!("inconsistent park_timeout state: {}", n),
1019     }
1020 }
1021
1022 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
1023 // ThreadId
1024 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
1025
1026 /// A unique identifier for a running thread.
1027 ///
1028 /// A `ThreadId` is an opaque object that has a unique value for each thread
1029 /// that creates one. `ThreadId`s are not guaranteed to correspond to a thread's
1030 /// system-designated identifier. A `ThreadId` can be retrieved from the [`id`]
1031 /// method on a [`Thread`].
1032 ///
1033 /// # Examples
1034 ///
1035 /// ```
1036 /// use std::thread;
1037 ///
1038 /// let other_thread = thread::spawn(|| {
1039 ///     thread::current().id()
1040 /// });
1041 ///
1042 /// let other_thread_id = other_thread.join().unwrap();
1043 /// assert!(thread::current().id() != other_thread_id);
1044 /// ```
1045 ///
1046 /// [`id`]: ../../std/thread/struct.Thread.html#method.id
1047 /// [`Thread`]: ../../std/thread/struct.Thread.html
1048 #[stable(feature = "thread_id", since = "1.19.0")]
1049 #[derive(Eq, PartialEq, Clone, Copy, Hash, Debug)]
1050 pub struct ThreadId(NonZeroU64);
1051
1052 impl ThreadId {
1053     // Generate a new unique thread ID.
1054     fn new() -> ThreadId {
1055         // We never call `GUARD.init()`, so it is UB to attempt to
1056         // acquire this mutex reentrantly!
1057         static GUARD: mutex::Mutex = mutex::Mutex::new();
1058         static mut COUNTER: u64 = 1;
1059
1060         unsafe {
1061             let _guard = GUARD.lock();
1062
1063             // If we somehow use up all our bits, panic so that we're not
1064             // covering up subtle bugs of IDs being reused.
1065             if COUNTER == crate::u64::MAX {
1066                 panic!("failed to generate unique thread ID: bitspace exhausted");
1067             }
1068
1069             let id = COUNTER;
1070             COUNTER += 1;
1071
1072             ThreadId(NonZeroU64::new(id).unwrap())
1073         }
1074     }
1075 }
1076
1077 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
1078 // Thread
1079 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
1080
1081 /// The internal representation of a `Thread` handle
1082 struct Inner {
1083     name: Option<CString>, // Guaranteed to be UTF-8
1084     id: ThreadId,
1085
1086     // state for thread park/unpark
1087     state: AtomicUsize,
1088     lock: Mutex<()>,
1089     cvar: Condvar,
1090 }
1091
1092 #[derive(Clone)]
1093 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1094 /// A handle to a thread.
1095 ///
1096 /// Threads are represented via the `Thread` type, which you can get in one of
1097 /// two ways:
1098 ///
1099 /// * By spawning a new thread, e.g., using the [`thread::spawn`][`spawn`]
1100 ///   function, and calling [`thread`][`JoinHandle::thread`] on the
1101 ///   [`JoinHandle`].
1102 /// * By requesting the current thread, using the [`thread::current`] function.
1103 ///
1104 /// The [`thread::current`] function is available even for threads not spawned
1105 /// by the APIs of this module.
1106 ///
1107 /// There is usually no need to create a `Thread` struct yourself, one
1108 /// should instead use a function like `spawn` to create new threads, see the
1109 /// docs of [`Builder`] and [`spawn`] for more details.
1110 ///
1111 /// [`Builder`]: ../../std/thread/struct.Builder.html
1112 /// [`JoinHandle::thread`]: ../../std/thread/struct.JoinHandle.html#method.thread
1113 /// [`JoinHandle`]: ../../std/thread/struct.JoinHandle.html
1114 /// [`thread::current`]: ../../std/thread/fn.current.html
1115 /// [`spawn`]: ../../std/thread/fn.spawn.html
1116
1117 pub struct Thread {
1118     inner: Arc<Inner>,
1119 }
1120
1121 impl Thread {
1122     // Used only internally to construct a thread object without spawning
1123     // Panics if the name contains nuls.
1124     pub(crate) fn new(name: Option<String>) -> Thread {
1125         let cname =
1126             name.map(|n| CString::new(n).expect("thread name may not contain interior null bytes"));
1127         Thread {
1128             inner: Arc::new(Inner {
1129                 name: cname,
1130                 id: ThreadId::new(),
1131                 state: AtomicUsize::new(EMPTY),
1132                 lock: Mutex::new(()),
1133                 cvar: Condvar::new(),
1134             }),
1135         }
1136     }
1137
1138     /// Atomically makes the handle's token available if it is not already.
1139     ///
1140     /// Every thread is equipped with some basic low-level blocking support, via
1141     /// the [`park`][park] function and the `unpark()` method. These can be
1142     /// used as a more CPU-efficient implementation of a spinlock.
1143     ///
1144     /// See the [park documentation][park] for more details.
1145     ///
1146     /// # Examples
1147     ///
1148     /// ```
1149     /// use std::thread;
1150     /// use std::time::Duration;
1151     ///
1152     /// let parked_thread = thread::Builder::new()
1153     ///     .spawn(|| {
1154     ///         println!("Parking thread");
1155     ///         thread::park();
1156     ///         println!("Thread unparked");
1157     ///     })
1158     ///     .unwrap();
1159     ///
1160     /// // Let some time pass for the thread to be spawned.
1161     /// thread::sleep(Duration::from_millis(10));
1162     ///
1163     /// println!("Unpark the thread");
1164     /// parked_thread.thread().unpark();
1165     ///
1166     /// parked_thread.join().unwrap();
1167     /// ```
1168     ///
1169     /// [park]: fn.park.html
1170     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1171     pub fn unpark(&self) {
1172         // To ensure the unparked thread will observe any writes we made
1173         // before this call, we must perform a release operation that `park`
1174         // can synchronize with. To do that we must write `NOTIFIED` even if
1175         // `state` is already `NOTIFIED`. That is why this must be a swap
1176         // rather than a compare-and-swap that returns if it reads `NOTIFIED`
1177         // on failure.
1178         match self.inner.state.swap(NOTIFIED, SeqCst) {
1179             EMPTY => return,    // no one was waiting
1180             NOTIFIED => return, // already unparked
1181             PARKED => {}        // gotta go wake someone up
1182             _ => panic!("inconsistent state in unpark"),
1183         }
1184
1185         // There is a period between when the parked thread sets `state` to
1186         // `PARKED` (or last checked `state` in the case of a spurious wake
1187         // up) and when it actually waits on `cvar`. If we were to notify
1188         // during this period it would be ignored and then when the parked
1189         // thread went to sleep it would never wake up. Fortunately, it has
1190         // `lock` locked at this stage so we can acquire `lock` to wait until
1191         // it is ready to receive the notification.
1192         //
1193         // Releasing `lock` before the call to `notify_one` means that when the
1194         // parked thread wakes it doesn't get woken only to have to wait for us
1195         // to release `lock`.
1196         drop(self.inner.lock.lock().unwrap());
1197         self.inner.cvar.notify_one()
1198     }
1199
1200     /// Gets the thread's unique identifier.
1201     ///
1202     /// # Examples
1203     ///
1204     /// ```
1205     /// use std::thread;
1206     ///
1207     /// let other_thread = thread::spawn(|| {
1208     ///     thread::current().id()
1209     /// });
1210     ///
1211     /// let other_thread_id = other_thread.join().unwrap();
1212     /// assert!(thread::current().id() != other_thread_id);
1213     /// ```
1214     #[stable(feature = "thread_id", since = "1.19.0")]
1215     pub fn id(&self) -> ThreadId {
1216         self.inner.id
1217     }
1218
1219     /// Gets the thread's name.
1220     ///
1221     /// For more information about named threads, see
1222     /// [this module-level documentation][naming-threads].
1223     ///
1224     /// # Examples
1225     ///
1226     /// Threads by default have no name specified:
1227     ///
1228     /// ```
1229     /// use std::thread;
1230     ///
1231     /// let builder = thread::Builder::new();
1232     ///
1233     /// let handler = builder.spawn(|| {
1234     ///     assert!(thread::current().name().is_none());
1235     /// }).unwrap();
1236     ///
1237     /// handler.join().unwrap();
1238     /// ```
1239     ///
1240     /// Thread with a specified name:
1241     ///
1242     /// ```
1243     /// use std::thread;
1244     ///
1245     /// let builder = thread::Builder::new()
1246     ///     .name("foo".into());
1247     ///
1248     /// let handler = builder.spawn(|| {
1249     ///     assert_eq!(thread::current().name(), Some("foo"))
1250     /// }).unwrap();
1251     ///
1252     /// handler.join().unwrap();
1253     /// ```
1254     ///
1255     /// [naming-threads]: ./index.html#naming-threads
1256     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1257     pub fn name(&self) -> Option<&str> {
1258         self.cname().map(|s| unsafe { str::from_utf8_unchecked(s.to_bytes()) })
1259     }
1260
1261     fn cname(&self) -> Option<&CStr> {
1262         self.inner.name.as_ref().map(|s| &**s)
1263     }
1264 }
1265
1266 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1267 impl fmt::Debug for Thread {
1268     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
1269         f.debug_struct("Thread").field("id", &self.id()).field("name", &self.name()).finish()
1270     }
1271 }
1272
1273 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
1274 // JoinHandle
1275 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
1276
1277 /// A specialized [`Result`] type for threads.
1278 ///
1279 /// Indicates the manner in which a thread exited.
1280 ///
1281 /// The value contained in the `Result::Err` variant
1282 /// is the value the thread panicked with;
1283 /// that is, the argument the `panic!` macro was called with.
1284 /// Unlike with normal errors, this value doesn't implement
1285 /// the [`Error`](crate::error::Error) trait.
1286 ///
1287 /// Thus, a sensible way to handle a thread panic is to either:
1288 /// 1. `unwrap` the `Result<T>`, propagating the panic
1289 /// 2. or in case the thread is intended to be a subsystem boundary
1290 /// that is supposed to isolate system-level failures,
1291 /// match on the `Err` variant and handle the panic in an appropriate way.
1292 ///
1293 /// A thread that completes without panicking is considered to exit successfully.
1294 ///
1295 /// # Examples
1296 ///
1297 /// ```no_run
1298 /// use std::thread;
1299 /// use std::fs;
1300 ///
1301 /// fn copy_in_thread() -> thread::Result<()> {
1302 ///     thread::spawn(move || { fs::copy("foo.txt", "bar.txt").unwrap(); }).join()
1303 /// }
1304 ///
1305 /// fn main() {
1306 ///     match copy_in_thread() {
1307 ///         Ok(_) => println!("this is fine"),
1308 ///         Err(_) => println!("thread panicked"),
1309 ///     }
1310 /// }
1311 /// ```
1312 ///
1313 /// [`Result`]: ../../std/result/enum.Result.html
1314 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1315 pub type Result<T> = crate::result::Result<T, Box<dyn Any + Send + 'static>>;
1316
1317 // This packet is used to communicate the return value between the child thread
1318 // and the parent thread. Memory is shared through the `Arc` within and there's
1319 // no need for a mutex here because synchronization happens with `join()` (the
1320 // parent thread never reads this packet until the child has exited).
1321 //
1322 // This packet itself is then stored into a `JoinInner` which in turns is placed
1323 // in `JoinHandle` and `JoinGuard`. Due to the usage of `UnsafeCell` we need to
1324 // manually worry about impls like Send and Sync. The type `T` should
1325 // already always be Send (otherwise the thread could not have been created) and
1326 // this type is inherently Sync because no methods take &self. Regardless,
1327 // however, we add inheriting impls for Send/Sync to this type to ensure it's
1328 // Send/Sync and that future modifications will still appropriately classify it.
1329 struct Packet<T>(Arc<UnsafeCell<Option<Result<T>>>>);
1330
1331 unsafe impl<T: Send> Send for Packet<T> {}
1332 unsafe impl<T: Sync> Sync for Packet<T> {}
1333
1334 /// Inner representation for JoinHandle
1335 struct JoinInner<T> {
1336     native: Option<imp::Thread>,
1337     thread: Thread,
1338     packet: Packet<T>,
1339 }
1340
1341 impl<T> JoinInner<T> {
1342     fn join(&mut self) -> Result<T> {
1343         self.native.take().unwrap().join();
1344         unsafe { (*self.packet.0.get()).take().unwrap() }
1345     }
1346 }
1347
1348 /// An owned permission to join on a thread (block on its termination).
1349 ///
1350 /// A `JoinHandle` *detaches* the associated thread when it is dropped, which
1351 /// means that there is no longer any handle to thread and no way to `join`
1352 /// on it.
1353 ///
1354 /// Due to platform restrictions, it is not possible to [`Clone`] this
1355 /// handle: the ability to join a thread is a uniquely-owned permission.
1356 ///
1357 /// This `struct` is created by the [`thread::spawn`] function and the
1358 /// [`thread::Builder::spawn`] method.
1359 ///
1360 /// # Examples
1361 ///
1362 /// Creation from [`thread::spawn`]:
1363 ///
1364 /// ```
1365 /// use std::thread;
1366 ///
1367 /// let join_handle: thread::JoinHandle<_> = thread::spawn(|| {
1368 ///     // some work here
1369 /// });
1370 /// ```
1371 ///
1372 /// Creation from [`thread::Builder::spawn`]:
1373 ///
1374 /// ```
1375 /// use std::thread;
1376 ///
1377 /// let builder = thread::Builder::new();
1378 ///
1379 /// let join_handle: thread::JoinHandle<_> = builder.spawn(|| {
1380 ///     // some work here
1381 /// }).unwrap();
1382 /// ```
1383 ///
1384 /// Child being detached and outliving its parent:
1385 ///
1386 /// ```no_run
1387 /// use std::thread;
1388 /// use std::time::Duration;
1389 ///
1390 /// let original_thread = thread::spawn(|| {
1391 ///     let _detached_thread = thread::spawn(|| {
1392 ///         // Here we sleep to make sure that the first thread returns before.
1393 ///         thread::sleep(Duration::from_millis(10));
1394 ///         // This will be called, even though the JoinHandle is dropped.
1395 ///         println!("♫ Still alive â™«");
1396 ///     });
1397 /// });
1398 ///
1399 /// original_thread.join().expect("The thread being joined has panicked");
1400 /// println!("Original thread is joined.");
1401 ///
1402 /// // We make sure that the new thread has time to run, before the main
1403 /// // thread returns.
1404 ///
1405 /// thread::sleep(Duration::from_millis(1000));
1406 /// ```
1407 ///
1408 /// [`Clone`]: ../../std/clone/trait.Clone.html
1409 /// [`thread::spawn`]: fn.spawn.html
1410 /// [`thread::Builder::spawn`]: struct.Builder.html#method.spawn
1411 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1412 pub struct JoinHandle<T>(JoinInner<T>);
1413
1414 #[stable(feature = "joinhandle_impl_send_sync", since = "1.29.0")]
1415 unsafe impl<T> Send for JoinHandle<T> {}
1416 #[stable(feature = "joinhandle_impl_send_sync", since = "1.29.0")]
1417 unsafe impl<T> Sync for JoinHandle<T> {}
1418
1419 impl<T> JoinHandle<T> {
1420     /// Extracts a handle to the underlying thread.
1421     ///
1422     /// # Examples
1423     ///
1424     /// ```
1425     /// use std::thread;
1426     ///
1427     /// let builder = thread::Builder::new();
1428     ///
1429     /// let join_handle: thread::JoinHandle<_> = builder.spawn(|| {
1430     ///     // some work here
1431     /// }).unwrap();
1432     ///
1433     /// let thread = join_handle.thread();
1434     /// println!("thread id: {:?}", thread.id());
1435     /// ```
1436     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1437     pub fn thread(&self) -> &Thread {
1438         &self.0.thread
1439     }
1440
1441     /// Waits for the associated thread to finish.
1442     ///
1443     /// In terms of [atomic memory orderings],  the completion of the associated
1444     /// thread synchronizes with this function returning. In other words, all
1445     /// operations performed by that thread are ordered before all
1446     /// operations that happen after `join` returns.
1447     ///
1448     /// If the child thread panics, [`Err`] is returned with the parameter given
1449     /// to [`panic`].
1450     ///
1451     /// [`Err`]: ../../std/result/enum.Result.html#variant.Err
1452     /// [`panic`]: ../../std/macro.panic.html
1453     /// [atomic memory orderings]: ../../std/sync/atomic/index.html
1454     ///
1455     /// # Panics
1456     ///
1457     /// This function may panic on some platforms if a thread attempts to join
1458     /// itself or otherwise may create a deadlock with joining threads.
1459     ///
1460     /// # Examples
1461     ///
1462     /// ```
1463     /// use std::thread;
1464     ///
1465     /// let builder = thread::Builder::new();
1466     ///
1467     /// let join_handle: thread::JoinHandle<_> = builder.spawn(|| {
1468     ///     // some work here
1469     /// }).unwrap();
1470     /// join_handle.join().expect("Couldn't join on the associated thread");
1471     /// ```
1472     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1473     pub fn join(mut self) -> Result<T> {
1474         self.0.join()
1475     }
1476 }
1477
1478 impl<T> AsInner<imp::Thread> for JoinHandle<T> {
1479     fn as_inner(&self) -> &imp::Thread {
1480         self.0.native.as_ref().unwrap()
1481     }
1482 }
1483
1484 impl<T> IntoInner<imp::Thread> for JoinHandle<T> {
1485     fn into_inner(self) -> imp::Thread {
1486         self.0.native.unwrap()
1487     }
1488 }
1489
1490 #[stable(feature = "std_debug", since = "1.16.0")]
1491 impl<T> fmt::Debug for JoinHandle<T> {
1492     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter<'_>) -> fmt::Result {
1493         f.pad("JoinHandle { .. }")
1494     }
1495 }
1496
1497 fn _assert_sync_and_send() {
1498     fn _assert_both<T: Send + Sync>() {}
1499     _assert_both::<JoinHandle<()>>();
1500     _assert_both::<Thread>();
1501 }
1502
1503 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
1504 // Tests
1505 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
1506
1507 #[cfg(all(test, not(target_os = "emscripten")))]
1508 mod tests {
1509     use super::Builder;
1510     use crate::any::Any;
1511     use crate::mem;
1512     use crate::result;
1513     use crate::sync::mpsc::{channel, Sender};
1514     use crate::thread::{self, ThreadId};
1515     use crate::time::Duration;
1516     use crate::u32;
1517
1518     // !!! These tests are dangerous. If something is buggy, they will hang, !!!
1519     // !!! instead of exiting cleanly. This might wedge the buildbots.       !!!
1520
1521     #[test]
1522     fn test_unnamed_thread() {
1523         thread::spawn(move || {
1524             assert!(thread::current().name().is_none());
1525         })
1526         .join()
1527         .ok()
1528         .expect("thread panicked");
1529     }
1530
1531     #[test]
1532     fn test_named_thread() {
1533         Builder::new()
1534             .name("ada lovelace".to_string())
1535             .spawn(move || {
1536                 assert!(thread::current().name().unwrap() == "ada lovelace".to_string());
1537             })
1538             .unwrap()
1539             .join()
1540             .unwrap();
1541     }
1542
1543     #[test]
1544     #[should_panic]
1545     fn test_invalid_named_thread() {
1546         let _ = Builder::new().name("ada l\0velace".to_string()).spawn(|| {});
1547     }
1548
1549     #[test]
1550     fn test_run_basic() {
1551         let (tx, rx) = channel();
1552         thread::spawn(move || {
1553             tx.send(()).unwrap();
1554         });
1555         rx.recv().unwrap();
1556     }
1557
1558     #[test]
1559     fn test_join_panic() {
1560         match thread::spawn(move || panic!()).join() {
1561             result::Result::Err(_) => (),
1562             result::Result::Ok(()) => panic!(),
1563         }
1564     }
1565
1566     #[test]
1567     fn test_spawn_sched() {
1568         let (tx, rx) = channel();
1569
1570         fn f(i: i32, tx: Sender<()>) {
1571             let tx = tx.clone();
1572             thread::spawn(move || {
1573                 if i == 0 {
1574                     tx.send(()).unwrap();
1575                 } else {
1576                     f(i - 1, tx);
1577                 }
1578             });
1579         }
1580         f(10, tx);
1581         rx.recv().unwrap();
1582     }
1583
1584     #[test]
1585     fn test_spawn_sched_childs_on_default_sched() {
1586         let (tx, rx) = channel();
1587
1588         thread::spawn(move || {
1589             thread::spawn(move || {
1590                 tx.send(()).unwrap();
1591             });
1592         });
1593
1594         rx.recv().unwrap();
1595     }
1596
1597     fn avoid_copying_the_body<F>(spawnfn: F)
1598     where
1599         F: FnOnce(Box<dyn Fn() + Send>),
1600     {
1601         let (tx, rx) = channel();
1602
1603         let x: Box<_> = box 1;
1604         let x_in_parent = (&*x) as *const i32 as usize;
1605
1606         spawnfn(Box::new(move || {
1607             let x_in_child = (&*x) as *const i32 as usize;
1608             tx.send(x_in_child).unwrap();
1609         }));
1610
1611         let x_in_child = rx.recv().unwrap();
1612         assert_eq!(x_in_parent, x_in_child);
1613     }
1614
1615     #[test]
1616     fn test_avoid_copying_the_body_spawn() {
1617         avoid_copying_the_body(|v| {
1618             thread::spawn(move || v());
1619         });
1620     }
1621
1622     #[test]
1623     fn test_avoid_copying_the_body_thread_spawn() {
1624         avoid_copying_the_body(|f| {
1625             thread::spawn(move || {
1626                 f();
1627             });
1628         })
1629     }
1630
1631     #[test]
1632     fn test_avoid_copying_the_body_join() {
1633         avoid_copying_the_body(|f| {
1634             let _ = thread::spawn(move || f()).join();
1635         })
1636     }
1637
1638     #[test]
1639     fn test_child_doesnt_ref_parent() {
1640         // If the child refcounts the parent thread, this will stack overflow when
1641         // climbing the thread tree to dereference each ancestor. (See #1789)
1642         // (well, it would if the constant were 8000+ - I lowered it to be more
1643         // valgrind-friendly. try this at home, instead..!)
1644         const GENERATIONS: u32 = 16;
1645         fn child_no(x: u32) -> Box<dyn Fn() + Send> {
1646             return Box::new(move || {
1647                 if x < GENERATIONS {
1648                     thread::spawn(move || child_no(x + 1)());
1649                 }
1650             });
1651         }
1652         thread::spawn(|| child_no(0)());
1653     }
1654
1655     #[test]
1656     fn test_simple_newsched_spawn() {
1657         thread::spawn(move || {});
1658     }
1659
1660     #[test]
1661     fn test_try_panic_message_static_str() {
1662         match thread::spawn(move || {
1663             panic!("static string");
1664         })
1665         .join()
1666         {
1667             Err(e) => {
1668                 type T = &'static str;
1669                 assert!(e.is::<T>());
1670                 assert_eq!(*e.downcast::<T>().unwrap(), "static string");
1671             }
1672             Ok(()) => panic!(),
1673         }
1674     }
1675
1676     #[test]
1677     fn test_try_panic_message_owned_str() {
1678         match thread::spawn(move || {
1679             panic!("owned string".to_string());
1680         })
1681         .join()
1682         {
1683             Err(e) => {
1684                 type T = String;
1685                 assert!(e.is::<T>());
1686                 assert_eq!(*e.downcast::<T>().unwrap(), "owned string".to_string());
1687             }
1688             Ok(()) => panic!(),
1689         }
1690     }
1691
1692     #[test]
1693     fn test_try_panic_message_any() {
1694         match thread::spawn(move || {
1695             panic!(box 413u16 as Box<dyn Any + Send>);
1696         })
1697         .join()
1698         {
1699             Err(e) => {
1700                 type T = Box<dyn Any + Send>;
1701                 assert!(e.is::<T>());
1702                 let any = e.downcast::<T>().unwrap();
1703                 assert!(any.is::<u16>());
1704                 assert_eq!(*any.downcast::<u16>().unwrap(), 413);
1705             }
1706             Ok(()) => panic!(),
1707         }
1708     }
1709
1710     #[test]
1711     fn test_try_panic_message_unit_struct() {
1712         struct Juju;
1713
1714         match thread::spawn(move || panic!(Juju)).join() {
1715             Err(ref e) if e.is::<Juju>() => {}
1716             Err(_) | Ok(()) => panic!(),
1717         }
1718     }
1719
1720     #[test]
1721     fn test_park_timeout_unpark_before() {
1722         for _ in 0..10 {
1723             thread::current().unpark();
1724             thread::park_timeout(Duration::from_millis(u32::MAX as u64));
1725         }
1726     }
1727
1728     #[test]
1729     #[cfg_attr(target_env = "sgx", ignore)] // FIXME: https://github.com/fortanix/rust-sgx/issues/31
1730     fn test_park_timeout_unpark_not_called() {
1731         for _ in 0..10 {
1732             thread::park_timeout(Duration::from_millis(10));
1733         }
1734     }
1735
1736     #[test]
1737     #[cfg_attr(target_env = "sgx", ignore)] // FIXME: https://github.com/fortanix/rust-sgx/issues/31
1738     fn test_park_timeout_unpark_called_other_thread() {
1739         for _ in 0..10 {
1740             let th = thread::current();
1741
1742             let _guard = thread::spawn(move || {
1743                 super::sleep(Duration::from_millis(50));
1744                 th.unpark();
1745             });
1746
1747             thread::park_timeout(Duration::from_millis(u32::MAX as u64));
1748         }
1749     }
1750
1751     #[test]
1752     #[cfg_attr(target_env = "sgx", ignore)] // FIXME: https://github.com/fortanix/rust-sgx/issues/31
1753     fn sleep_ms_smoke() {
1754         thread::sleep(Duration::from_millis(2));
1755     }
1756
1757     #[test]
1758     fn test_size_of_option_thread_id() {
1759         assert_eq!(mem::size_of::<Option<ThreadId>>(), mem::size_of::<ThreadId>());
1760     }
1761
1762     #[test]
1763     fn test_thread_id_equal() {
1764         assert!(thread::current().id() == thread::current().id());
1765     }
1766
1767     #[test]
1768     fn test_thread_id_not_equal() {
1769         let spawned_id = thread::spawn(|| thread::current().id()).join().unwrap();
1770         assert!(thread::current().id() != spawned_id);
1771     }
1772
1773     // NOTE: the corresponding test for stderr is in ui/thread-stderr, due
1774     // to the test harness apparently interfering with stderr configuration.
1775 }