]> git.lizzy.rs Git - rust.git/blob - src/libstd/thread/mod.rs
c1e894510b9125ccbbd9e9bf5684dd55a2ecbf57
[rust.git] / src / libstd / thread / mod.rs
1 // Copyright 2014 The Rust Project Developers. See the COPYRIGHT
2 // file at the top-level directory of this distribution and at
3 // http://rust-lang.org/COPYRIGHT.
4 //
5 // Licensed under the Apache License, Version 2.0 <LICENSE-APACHE or
6 // http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0> or the MIT license
7 // <LICENSE-MIT or http://opensource.org/licenses/MIT>, at your
8 // option. This file may not be copied, modified, or distributed
9 // except according to those terms.
10
11 //! Native threads.
12 //!
13 //! ## The threading model
14 //!
15 //! An executing Rust program consists of a collection of native OS threads,
16 //! each with their own stack and local state. Threads can be named, and
17 //! provide some built-in support for low-level synchronization.
18 //!
19 //! Communication between threads can be done through
20 //! [channels], Rust's message-passing types, along with [other forms of thread
21 //! synchronization](../../std/sync/index.html) and shared-memory data
22 //! structures. In particular, types that are guaranteed to be
23 //! threadsafe are easily shared between threads using the
24 //! atomically-reference-counted container, [`Arc`].
25 //!
26 //! Fatal logic errors in Rust cause *thread panic*, during which
27 //! a thread will unwind the stack, running destructors and freeing
28 //! owned resources. Thread panic is unrecoverable from within
29 //! the panicking thread (i.e. there is no 'try/catch' in Rust), but
30 //! the panic may optionally be detected from a different thread. If
31 //! the main thread panics, the application will exit with a non-zero
32 //! exit code.
33 //!
34 //! When the main thread of a Rust program terminates, the entire program shuts
35 //! down, even if other threads are still running. However, this module provides
36 //! convenient facilities for automatically waiting for the termination of a
37 //! child thread (i.e., join).
38 //!
39 //! ## Spawning a thread
40 //!
41 //! A new thread can be spawned using the [`thread::spawn`][`spawn`] function:
42 //!
43 //! ```rust
44 //! use std::thread;
45 //!
46 //! thread::spawn(move || {
47 //!     // some work here
48 //! });
49 //! ```
50 //!
51 //! In this example, the spawned thread is "detached" from the current
52 //! thread. This means that it can outlive its parent (the thread that spawned
53 //! it), unless this parent is the main thread.
54 //!
55 //! The parent thread can also wait on the completion of the child
56 //! thread; a call to [`spawn`] produces a [`JoinHandle`], which provides
57 //! a `join` method for waiting:
58 //!
59 //! ```rust
60 //! use std::thread;
61 //!
62 //! let child = thread::spawn(move || {
63 //!     // some work here
64 //! });
65 //! // some work here
66 //! let res = child.join();
67 //! ```
68 //!
69 //! The [`join`] method returns a [`thread::Result`] containing [`Ok`] of the final
70 //! value produced by the child thread, or [`Err`] of the value given to
71 //! a call to [`panic!`] if the child panicked.
72 //!
73 //! ## Configuring threads
74 //!
75 //! A new thread can be configured before it is spawned via the [`Builder`] type,
76 //! which currently allows you to set the name and stack size for the child thread:
77 //!
78 //! ```rust
79 //! # #![allow(unused_must_use)]
80 //! use std::thread;
81 //!
82 //! thread::Builder::new().name("child1".to_string()).spawn(move || {
83 //!     println!("Hello, world!");
84 //! });
85 //! ```
86 //!
87 //! ## The `Thread` type
88 //!
89 //! Threads are represented via the [`Thread`] type, which you can get in one of
90 //! two ways:
91 //!
92 //! * By spawning a new thread, e.g. using the [`thread::spawn`][`spawn`]
93 //!   function, and calling [`thread`][`JoinHandle::thread`] on the [`JoinHandle`].
94 //! * By requesting the current thread, using the [`thread::current`] function.
95 //!
96 //! The [`thread::current`] function is available even for threads not spawned
97 //! by the APIs of this module.
98 //!
99 //! ## Blocking support: park and unpark
100 //!
101 //! Every thread is equipped with some basic low-level blocking support, via the
102 //! [`thread::park`][`park`] function and [`thread::Thread::unpark()`][`unpark`]
103 //! method. [`park`] blocks the current thread, which can then be resumed from
104 //! another thread by calling the [`unpark`] method on the blocked thread's handle.
105 //!
106 //! Conceptually, each [`Thread`] handle has an associated token, which is
107 //! initially not present:
108 //!
109 //! * The [`thread::park`][`park`] function blocks the current thread unless or until
110 //!   the token is available for its thread handle, at which point it atomically
111 //!   consumes the token. It may also return *spuriously*, without consuming the
112 //!   token. [`thread::park_timeout`] does the same, but allows specifying a
113 //!   maximum time to block the thread for.
114 //!
115 //! * The [`unpark`] method on a [`Thread`] atomically makes the token available
116 //!   if it wasn't already.
117 //!
118 //! In other words, each [`Thread`] acts a bit like a semaphore with initial count
119 //! 0, except that the semaphore is *saturating* (the count cannot go above 1),
120 //! and can return spuriously.
121 //!
122 //! The API is typically used by acquiring a handle to the current thread,
123 //! placing that handle in a shared data structure so that other threads can
124 //! find it, and then `park`ing. When some desired condition is met, another
125 //! thread calls [`unpark`] on the handle.
126 //!
127 //! The motivation for this design is twofold:
128 //!
129 //! * It avoids the need to allocate mutexes and condvars when building new
130 //!   synchronization primitives; the threads already provide basic blocking/signaling.
131 //!
132 //! * It can be implemented very efficiently on many platforms.
133 //!
134 //! ## Thread-local storage
135 //!
136 //! This module also provides an implementation of thread-local storage for Rust
137 //! programs. Thread-local storage is a method of storing data into a global
138 //! variable that each thread in the program will have its own copy of.
139 //! Threads do not share this data, so accesses do not need to be synchronized.
140 //!
141 //! A thread-local key owns the value it contains and will destroy the value when the
142 //! thread exits. It is created with the [`thread_local!`] macro and can contain any
143 //! value that is `'static` (no borrowed pointers). It provides an accessor function,
144 //! [`with`], that yields a shared reference to the value to the specified
145 //! closure. Thread-local keys allow only shared access to values, as there would be no
146 //! way to guarantee uniqueness if mutable borrows were allowed. Most values
147 //! will want to make use of some form of **interior mutability** through the
148 //! [`Cell`] or [`RefCell`] types.
149 //!
150 //! [channels]: ../../std/sync/mpsc/index.html
151 //! [`Arc`]: ../../std/sync/struct.Arc.html
152 //! [`spawn`]: ../../std/thread/fn.spawn.html
153 //! [`JoinHandle`]: ../../std/thread/struct.JoinHandle.html
154 //! [`JoinHandle::thread`]: ../../std/thread/struct.JoinHandle.html#method.thread
155 //! [`join`]: ../../std/thread/struct.JoinHandle.html#method.join
156 //! [`Result`]: ../../std/result/enum.Result.html
157 //! [`Ok`]: ../../std/result/enum.Result.html#variant.Ok
158 //! [`Err`]: ../../std/result/enum.Result.html#variant.Err
159 //! [`panic!`]: ../../std/macro.panic.html
160 //! [`Builder`]: ../../std/thread/struct.Builder.html
161 //! [`thread::current`]: ../../std/thread/fn.current.html
162 //! [`thread::Result`]: ../../std/thread/type.Result.html
163 //! [`Thread`]: ../../std/thread/struct.Thread.html
164 //! [`park`]: ../../std/thread/fn.park.html
165 //! [`unpark`]: ../../std/thread/struct.Thread.html#method.unpark
166 //! [`thread::park_timeout`]: ../../std/thread/fn.park_timeout.html
167 //! [`Cell`]: ../cell/struct.Cell.html
168 //! [`RefCell`]: ../cell/struct.RefCell.html
169 //! [`thread_local!`]: ../macro.thread_local.html
170 //! [`with`]: struct.LocalKey.html#method.with
171
172 #![stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
173
174 use any::Any;
175 use cell::UnsafeCell;
176 use ffi::{CStr, CString};
177 use fmt;
178 use io;
179 use panic;
180 use panicking;
181 use str;
182 use sync::{Mutex, Condvar, Arc};
183 use sys::thread as imp;
184 use sys_common::mutex;
185 use sys_common::thread_info;
186 use sys_common::util;
187 use sys_common::{AsInner, IntoInner};
188 use time::Duration;
189
190 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
191 // Thread-local storage
192 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
193
194 #[macro_use] mod local;
195
196 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
197 pub use self::local::{LocalKey, LocalKeyState};
198
199 // The types used by the thread_local! macro to access TLS keys. Note that there
200 // are two types, the "OS" type and the "fast" type. The OS thread local key
201 // type is accessed via platform-specific API calls and is slow, while the fast
202 // key type is accessed via code generated via LLVM, where TLS keys are set up
203 // by the elf linker. Note that the OS TLS type is always available: on macOS
204 // the standard library is compiled with support for older platform versions
205 // where fast TLS was not available; end-user code is compiled with fast TLS
206 // where available, but both are needed.
207
208 #[unstable(feature = "libstd_thread_internals", issue = "0")]
209 #[cfg(target_thread_local)]
210 #[doc(hidden)] pub use sys::fast_thread_local::Key as __FastLocalKeyInner;
211 #[unstable(feature = "libstd_thread_internals", issue = "0")]
212 #[doc(hidden)] pub use self::local::os::Key as __OsLocalKeyInner;
213
214 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
215 // Builder
216 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
217
218 /// Thread configuration. Provides detailed control over the properties
219 /// and behavior of new threads.
220 ///
221 /// # Examples
222 ///
223 /// ```
224 /// use std::thread;
225 ///
226 /// let builder = thread::Builder::new();
227 ///
228 /// let handler = builder.spawn(|| {
229 ///     // thread code
230 /// }).unwrap();
231 ///
232 /// handler.join().unwrap();
233 /// ```
234 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
235 #[derive(Debug)]
236 pub struct Builder {
237     // A name for the thread-to-be, for identification in panic messages
238     name: Option<String>,
239     // The size of the stack for the spawned thread in bytes
240     stack_size: Option<usize>,
241 }
242
243 impl Builder {
244     /// Generates the base configuration for spawning a thread, from which
245     /// configuration methods can be chained.
246     ///
247     /// # Examples
248     ///
249     /// ```
250     /// use std::thread;
251     ///
252     /// let builder = thread::Builder::new()
253     ///                               .name("foo".into())
254     ///                               .stack_size(10);
255     ///
256     /// let handler = builder.spawn(|| {
257     ///     // thread code
258     /// }).unwrap();
259     ///
260     /// handler.join().unwrap();
261     /// ```
262     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
263     pub fn new() -> Builder {
264         Builder {
265             name: None,
266             stack_size: None,
267         }
268     }
269
270     /// Names the thread-to-be. Currently the name is used for identification
271     /// only in panic messages.
272     ///
273     /// # Examples
274     ///
275     /// ```
276     /// use std::thread;
277     ///
278     /// let builder = thread::Builder::new()
279     ///     .name("foo".into());
280     ///
281     /// let handler = builder.spawn(|| {
282     ///     assert_eq!(thread::current().name(), Some("foo"))
283     /// }).unwrap();
284     ///
285     /// handler.join().unwrap();
286     /// ```
287     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
288     pub fn name(mut self, name: String) -> Builder {
289         self.name = Some(name);
290         self
291     }
292
293     /// Sets the size of the stack (in bytes) for the new thread.
294     ///
295     /// The actual stack size may be greater than this value if
296     /// the platform specifies minimal stack size.
297     ///
298     /// # Examples
299     ///
300     /// ```
301     /// use std::thread;
302     ///
303     /// let builder = thread::Builder::new().stack_size(32 * 1024);
304     /// ```
305     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
306     pub fn stack_size(mut self, size: usize) -> Builder {
307         self.stack_size = Some(size);
308         self
309     }
310
311     /// Spawns a new thread, and returns a join handle for it.
312     ///
313     /// The child thread may outlive the parent (unless the parent thread
314     /// is the main thread; the whole process is terminated when the main
315     /// thread finishes). The join handle can be used to block on
316     /// termination of the child thread, including recovering its panics.
317     ///
318     /// For a more complete documentation see [`thread::spawn`][`spawn`].
319     ///
320     /// # Errors
321     ///
322     /// Unlike the [`spawn`] free function, this method yields an
323     /// [`io::Result`] to capture any failure to create the thread at
324     /// the OS level.
325     ///
326     /// [`spawn`]: ../../std/thread/fn.spawn.html
327     /// [`io::Result`]: ../../std/io/type.Result.html
328     ///
329     /// # Examples
330     ///
331     /// ```
332     /// use std::thread;
333     ///
334     /// let builder = thread::Builder::new();
335     ///
336     /// let handler = builder.spawn(|| {
337     ///     // thread code
338     /// }).unwrap();
339     ///
340     /// handler.join().unwrap();
341     /// ```
342     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
343     pub fn spawn<F, T>(self, f: F) -> io::Result<JoinHandle<T>> where
344         F: FnOnce() -> T, F: Send + 'static, T: Send + 'static
345     {
346         let Builder { name, stack_size } = self;
347
348         let stack_size = stack_size.unwrap_or(util::min_stack());
349
350         let my_thread = Thread::new(name);
351         let their_thread = my_thread.clone();
352
353         let my_packet : Arc<UnsafeCell<Option<Result<T>>>>
354             = Arc::new(UnsafeCell::new(None));
355         let their_packet = my_packet.clone();
356
357         let main = move || {
358             if let Some(name) = their_thread.cname() {
359                 imp::Thread::set_name(name);
360             }
361             unsafe {
362                 thread_info::set(imp::guard::current(), their_thread);
363                 let try_result = panic::catch_unwind(panic::AssertUnwindSafe(f));
364                 *their_packet.get() = Some(try_result);
365             }
366         };
367
368         Ok(JoinHandle(JoinInner {
369             native: unsafe {
370                 Some(imp::Thread::new(stack_size, Box::new(main))?)
371             },
372             thread: my_thread,
373             packet: Packet(my_packet),
374         }))
375     }
376 }
377
378 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
379 // Free functions
380 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
381
382 /// Spawns a new thread, returning a [`JoinHandle`] for it.
383 ///
384 /// The join handle will implicitly *detach* the child thread upon being
385 /// dropped. In this case, the child thread may outlive the parent (unless
386 /// the parent thread is the main thread; the whole process is terminated when
387 /// the main thread finishes). Additionally, the join handle provides a [`join`]
388 /// method that can be used to join the child thread. If the child thread
389 /// panics, [`join`] will return an [`Err`] containing the argument given to
390 /// [`panic`].
391 ///
392 /// # Panics
393 ///
394 /// Panics if the OS fails to create a thread; use [`Builder::spawn`]
395 /// to recover from such errors.
396 ///
397 /// # Examples
398 ///
399 /// Simple thread creation.
400 ///
401 /// ```
402 /// use std::thread;
403 ///
404 /// let handler = thread::spawn(|| {
405 ///     // thread code
406 /// });
407 ///
408 /// handler.join().unwrap();
409 /// ```
410 ///
411 /// As mentionned in the module documentation, threads are usualy made to
412 /// communicate using [`channel`s][`channels`], here is how it usually looks.
413 ///
414 /// This example also shows how to use `move`, in order to give ownership
415 /// of values to a thread.
416 ///
417 /// ```
418 /// use std::thread;
419 /// use std::sync::mpsc::channel;
420 ///
421 /// let (tx, rx) = channel();
422 ///
423 /// let sender = thread::spawn(move || {
424 ///     tx.send("Hello, thread".to_owned());
425 /// });
426 ///
427 /// let receiver = thread::spawn(move || {
428 ///     println!("{}", rx.recv().unwrap());
429 /// });
430 ///
431 /// sender.join();
432 /// receiver.join();
433 /// ```
434 ///
435 /// A thread can also return a value through its [`JoinHandle`], you can use
436 /// this to make asynchronous computations (futures might be more appropriate
437 /// though).
438 ///
439 /// ```
440 /// use std::thread;
441 ///
442 /// let computation = thread::spawn(|| {
443 ///     // Some expensive computation.
444 ///     42
445 /// });
446 ///
447 /// let result = computation.join().unwrap();
448 /// println!("{}", v);
449 /// ```
450 ///
451 /// [`channels`]: ../../std/sync/mpsc/index.html
452 /// [`JoinHandle`]: ../../std/thread/struct.JoinHandle.html
453 /// [`join`]: ../../std/thread/struct.JoinHandle.html#method.join
454 /// [`Err`]: ../../std/result/enum.Result.html#variant.Err
455 /// [`panic`]: ../../std/macro.panic.html
456 /// [`Builder::spawn`]: ../../std/thread/struct.Builder.html#method.spawn
457 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
458 pub fn spawn<F, T>(f: F) -> JoinHandle<T> where
459     F: FnOnce() -> T, F: Send + 'static, T: Send + 'static
460 {
461     Builder::new().spawn(f).unwrap()
462 }
463
464 /// Gets a handle to the thread that invokes it.
465 ///
466 /// # Examples
467 ///
468 /// Getting a handle to the current thread with `thread::current()`:
469 ///
470 /// ```
471 /// use std::thread;
472 ///
473 /// let handler = thread::Builder::new()
474 ///     .name("named thread".into())
475 ///     .spawn(|| {
476 ///         let handle = thread::current();
477 ///         assert_eq!(handle.name(), Some("named thread"));
478 ///     })
479 ///     .unwrap();
480 ///
481 /// handler.join().unwrap();
482 /// ```
483 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
484 pub fn current() -> Thread {
485     thread_info::current_thread().expect("use of std::thread::current() is not \
486                                           possible after the thread's local \
487                                           data has been destroyed")
488 }
489
490 /// Cooperatively gives up a timeslice to the OS scheduler.
491 ///
492 /// # Examples
493 ///
494 /// ```
495 /// use std::thread;
496 ///
497 /// thread::yield_now();
498 /// ```
499 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
500 pub fn yield_now() {
501     imp::Thread::yield_now()
502 }
503
504 /// Determines whether the current thread is unwinding because of panic.
505 ///
506 /// # Examples
507 ///
508 /// ```should_panic
509 /// use std::thread;
510 ///
511 /// struct SomeStruct;
512 ///
513 /// impl Drop for SomeStruct {
514 ///     fn drop(&mut self) {
515 ///         if thread::panicking() {
516 ///             println!("dropped while unwinding");
517 ///         } else {
518 ///             println!("dropped while not unwinding");
519 ///         }
520 ///     }
521 /// }
522 ///
523 /// {
524 ///     print!("a: ");
525 ///     let a = SomeStruct;
526 /// }
527 ///
528 /// {
529 ///     print!("b: ");
530 ///     let b = SomeStruct;
531 ///     panic!()
532 /// }
533 /// ```
534 #[inline]
535 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
536 pub fn panicking() -> bool {
537     panicking::panicking()
538 }
539
540 /// Puts the current thread to sleep for the specified amount of time.
541 ///
542 /// The thread may sleep longer than the duration specified due to scheduling
543 /// specifics or platform-dependent functionality.
544 ///
545 /// # Platform behavior
546 ///
547 /// On Unix platforms this function will not return early due to a
548 /// signal being received or a spurious wakeup.
549 ///
550 /// # Examples
551 ///
552 /// ```no_run
553 /// use std::thread;
554 ///
555 /// // Let's sleep for 2 seconds:
556 /// thread::sleep_ms(2000);
557 /// ```
558 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
559 #[rustc_deprecated(since = "1.6.0", reason = "replaced by `std::thread::sleep`")]
560 pub fn sleep_ms(ms: u32) {
561     sleep(Duration::from_millis(ms as u64))
562 }
563
564 /// Puts the current thread to sleep for the specified amount of time.
565 ///
566 /// The thread may sleep longer than the duration specified due to scheduling
567 /// specifics or platform-dependent functionality.
568 ///
569 /// # Platform behavior
570 ///
571 /// On Unix platforms this function will not return early due to a
572 /// signal being received or a spurious wakeup. Platforms which do not support
573 /// nanosecond precision for sleeping will have `dur` rounded up to the nearest
574 /// granularity of time they can sleep for.
575 ///
576 /// # Examples
577 ///
578 /// ```no_run
579 /// use std::{thread, time};
580 ///
581 /// let ten_millis = time::Duration::from_millis(10);
582 /// let now = time::Instant::now();
583 ///
584 /// thread::sleep(ten_millis);
585 ///
586 /// assert!(now.elapsed() >= ten_millis);
587 /// ```
588 #[stable(feature = "thread_sleep", since = "1.4.0")]
589 pub fn sleep(dur: Duration) {
590     imp::Thread::sleep(dur)
591 }
592
593 /// Blocks unless or until the current thread's token is made available.
594 ///
595 /// Every thread is equipped with some basic low-level blocking support, via
596 /// the `park()` function and the [`unpark`][unpark] method. These can be
597 /// used as a more CPU-efficient implementation of a spinlock.
598 ///
599 /// [unpark]: struct.Thread.html#method.unpark
600 ///
601 /// The API is typically used by acquiring a handle to the current thread,
602 /// placing that handle in a shared data structure so that other threads can
603 /// find it, and then parking (in a loop with a check for the token actually
604 /// being acquired).
605 ///
606 /// A call to `park` does not guarantee that the thread will remain parked
607 /// forever, and callers should be prepared for this possibility.
608 ///
609 /// See the [module documentation][thread] for more detail.
610 ///
611 /// [thread]: index.html
612 //
613 // The implementation currently uses the trivial strategy of a Mutex+Condvar
614 // with wakeup flag, which does not actually allow spurious wakeups. In the
615 // future, this will be implemented in a more efficient way, perhaps along the lines of
616 //   http://cr.openjdk.java.net/~stefank/6989984.1/raw_files/new/src/os/linux/vm/os_linux.cpp
617 // or futuxes, and in either case may allow spurious wakeups.
618 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
619 pub fn park() {
620     let thread = current();
621     let mut guard = thread.inner.lock.lock().unwrap();
622     while !*guard {
623         guard = thread.inner.cvar.wait(guard).unwrap();
624     }
625     *guard = false;
626 }
627
628 /// Use [park_timeout].
629 ///
630 /// Blocks unless or until the current thread's token is made available or
631 /// the specified duration has been reached (may wake spuriously).
632 ///
633 /// The semantics of this function are equivalent to `park()` except that the
634 /// thread will be blocked for roughly no longer than `ms`. This method
635 /// should not be used for precise timing due to anomalies such as
636 /// preemption or platform differences that may not cause the maximum
637 /// amount of time waited to be precisely `ms` long.
638 ///
639 /// See the [module documentation][thread] for more detail.
640 ///
641 /// [thread]: index.html
642 /// [park_timeout]: fn.park_timeout.html
643 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
644 #[rustc_deprecated(since = "1.6.0", reason = "replaced by `std::thread::park_timeout`")]
645 pub fn park_timeout_ms(ms: u32) {
646     park_timeout(Duration::from_millis(ms as u64))
647 }
648
649 /// Blocks unless or until the current thread's token is made available or
650 /// the specified duration has been reached (may wake spuriously).
651 ///
652 /// The semantics of this function are equivalent to `park()` except that the
653 /// thread will be blocked for roughly no longer than `dur`. This method
654 /// should not be used for precise timing due to anomalies such as
655 /// preemption or platform differences that may not cause the maximum
656 /// amount of time waited to be precisely `dur` long.
657 ///
658 /// See the module doc for more detail.
659 ///
660 /// # Platform behavior
661 ///
662 /// Platforms which do not support nanosecond precision for sleeping will have
663 /// `dur` rounded up to the nearest granularity of time they can sleep for.
664 ///
665 /// # Example
666 ///
667 /// Waiting for the complete expiration of the timeout:
668 ///
669 /// ```rust,no_run
670 /// use std::thread::park_timeout;
671 /// use std::time::{Instant, Duration};
672 ///
673 /// let timeout = Duration::from_secs(2);
674 /// let beginning_park = Instant::now();
675 /// park_timeout(timeout);
676 ///
677 /// while beginning_park.elapsed() < timeout {
678 ///     println!("restarting park_timeout after {:?}", beginning_park.elapsed());
679 ///     let timeout = timeout - beginning_park.elapsed();
680 ///     park_timeout(timeout);
681 /// }
682 /// ```
683 #[stable(feature = "park_timeout", since = "1.4.0")]
684 pub fn park_timeout(dur: Duration) {
685     let thread = current();
686     let mut guard = thread.inner.lock.lock().unwrap();
687     if !*guard {
688         let (g, _) = thread.inner.cvar.wait_timeout(guard, dur).unwrap();
689         guard = g;
690     }
691     *guard = false;
692 }
693
694 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
695 // ThreadId
696 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
697
698 /// A unique identifier for a running thread.
699 ///
700 /// A `ThreadId` is an opaque object that has a unique value for each thread
701 /// that creates one. `ThreadId`s are not guaranteed to correspond to a thread's
702 /// system-designated identifier.
703 ///
704 /// # Examples
705 ///
706 /// ```
707 /// #![feature(thread_id)]
708 ///
709 /// use std::thread;
710 ///
711 /// let other_thread = thread::spawn(|| {
712 ///     thread::current().id()
713 /// });
714 ///
715 /// let other_thread_id = other_thread.join().unwrap();
716 /// assert!(thread::current().id() != other_thread_id);
717 /// ```
718 #[unstable(feature = "thread_id", issue = "21507")]
719 #[derive(Eq, PartialEq, Clone, Copy, Hash, Debug)]
720 pub struct ThreadId(u64);
721
722 impl ThreadId {
723     // Generate a new unique thread ID.
724     fn new() -> ThreadId {
725         static GUARD: mutex::Mutex = mutex::Mutex::new();
726         static mut COUNTER: u64 = 0;
727
728         unsafe {
729             GUARD.lock();
730
731             // If we somehow use up all our bits, panic so that we're not
732             // covering up subtle bugs of IDs being reused.
733             if COUNTER == ::u64::MAX {
734                 GUARD.unlock();
735                 panic!("failed to generate unique thread ID: bitspace exhausted");
736             }
737
738             let id = COUNTER;
739             COUNTER += 1;
740
741             GUARD.unlock();
742
743             ThreadId(id)
744         }
745     }
746 }
747
748 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
749 // Thread
750 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
751
752 /// The internal representation of a `Thread` handle
753 struct Inner {
754     name: Option<CString>,      // Guaranteed to be UTF-8
755     id: ThreadId,
756     lock: Mutex<bool>,          // true when there is a buffered unpark
757     cvar: Condvar,
758 }
759
760 #[derive(Clone)]
761 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
762 /// A handle to a thread.
763 ///
764 /// You can use it to identify a thread (by name, for example). Most of the
765 /// time, there is no need to directly create a `Thread` struct using the
766 /// constructor, instead you should use a function like `spawn` to create
767 /// new threads, see the docs of [`Builder`] and [`spawn`] for more.
768 ///
769 /// # Examples
770 ///
771 /// ```no_run
772 /// # // Note that this example isn't executed by default because it causes
773 /// # // deadlocks on Windows unfortunately (see #25824)
774 /// use std::thread::Builder;
775 ///
776 /// for i in 0..5 {
777 ///     let thread_name = format!("thread_{}", i);
778 ///     Builder::new()
779 ///         .name(thread_name) // Now you can identify which thread panicked
780 ///                            // thanks to the handle's name
781 ///         .spawn(move || {
782 ///             if i == 3 {
783 ///                  panic!("I'm scared!!!");
784 ///             }
785 ///         })
786 ///         .unwrap();
787 /// }
788 /// ```
789 /// [`Builder`]: ../../std/thread/struct.Builder.html
790 /// [`spawn`]: ../../std/thread/fn.spawn.html
791
792 pub struct Thread {
793     inner: Arc<Inner>,
794 }
795
796 impl Thread {
797     // Used only internally to construct a thread object without spawning
798     pub(crate) fn new(name: Option<String>) -> Thread {
799         let cname = name.map(|n| {
800             CString::new(n).expect("thread name may not contain interior null bytes")
801         });
802         Thread {
803             inner: Arc::new(Inner {
804                 name: cname,
805                 id: ThreadId::new(),
806                 lock: Mutex::new(false),
807                 cvar: Condvar::new(),
808             })
809         }
810     }
811
812     /// Atomically makes the handle's token available if it is not already.
813     ///
814     /// See the module doc for more detail.
815     ///
816     /// # Examples
817     ///
818     /// ```
819     /// use std::thread;
820     ///
821     /// let handler = thread::Builder::new()
822     ///     .spawn(|| {
823     ///         let thread = thread::current();
824     ///         thread.unpark();
825     ///     })
826     ///     .unwrap();
827     ///
828     /// handler.join().unwrap();
829     /// ```
830     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
831     pub fn unpark(&self) {
832         let mut guard = self.inner.lock.lock().unwrap();
833         if !*guard {
834             *guard = true;
835             self.inner.cvar.notify_one();
836         }
837     }
838
839     /// Gets the thread's unique identifier.
840     ///
841     /// # Examples
842     ///
843     /// ```
844     /// #![feature(thread_id)]
845     ///
846     /// use std::thread;
847     ///
848     /// let other_thread = thread::spawn(|| {
849     ///     thread::current().id()
850     /// });
851     ///
852     /// let other_thread_id = other_thread.join().unwrap();
853     /// assert!(thread::current().id() != other_thread_id);
854     /// ```
855     #[unstable(feature = "thread_id", issue = "21507")]
856     pub fn id(&self) -> ThreadId {
857         self.inner.id
858     }
859
860     /// Gets the thread's name.
861     ///
862     /// # Examples
863     ///
864     /// Threads by default have no name specified:
865     ///
866     /// ```
867     /// use std::thread;
868     ///
869     /// let builder = thread::Builder::new();
870     ///
871     /// let handler = builder.spawn(|| {
872     ///     assert!(thread::current().name().is_none());
873     /// }).unwrap();
874     ///
875     /// handler.join().unwrap();
876     /// ```
877     ///
878     /// Thread with a specified name:
879     ///
880     /// ```
881     /// use std::thread;
882     ///
883     /// let builder = thread::Builder::new()
884     ///     .name("foo".into());
885     ///
886     /// let handler = builder.spawn(|| {
887     ///     assert_eq!(thread::current().name(), Some("foo"))
888     /// }).unwrap();
889     ///
890     /// handler.join().unwrap();
891     /// ```
892     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
893     pub fn name(&self) -> Option<&str> {
894         self.cname().map(|s| unsafe { str::from_utf8_unchecked(s.to_bytes()) } )
895     }
896
897     fn cname(&self) -> Option<&CStr> {
898         self.inner.name.as_ref().map(|s| &**s)
899     }
900 }
901
902 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
903 impl fmt::Debug for Thread {
904     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter) -> fmt::Result {
905         fmt::Debug::fmt(&self.name(), f)
906     }
907 }
908
909 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
910 // JoinHandle
911 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
912
913 /// A specialized [`Result`] type for threads.
914 ///
915 /// Indicates the manner in which a thread exited.
916 ///
917 /// A thread that completes without panicking is considered to exit successfully.
918 ///
919 /// # Examples
920 ///
921 /// ```no_run
922 /// use std::thread;
923 /// use std::fs;
924 ///
925 /// fn copy_in_thread() -> thread::Result<()> {
926 ///     thread::spawn(move || { fs::copy("foo.txt", "bar.txt").unwrap(); }).join()
927 /// }
928 ///
929 /// fn main() {
930 ///     match copy_in_thread() {
931 ///         Ok(_) => println!("this is fine"),
932 ///         Err(_) => println!("thread panicked"),
933 ///     }
934 /// }
935 /// ```
936 ///
937 /// [`Result`]: ../../std/result/enum.Result.html
938 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
939 pub type Result<T> = ::result::Result<T, Box<Any + Send + 'static>>;
940
941 // This packet is used to communicate the return value between the child thread
942 // and the parent thread. Memory is shared through the `Arc` within and there's
943 // no need for a mutex here because synchronization happens with `join()` (the
944 // parent thread never reads this packet until the child has exited).
945 //
946 // This packet itself is then stored into a `JoinInner` which in turns is placed
947 // in `JoinHandle` and `JoinGuard`. Due to the usage of `UnsafeCell` we need to
948 // manually worry about impls like Send and Sync. The type `T` should
949 // already always be Send (otherwise the thread could not have been created) and
950 // this type is inherently Sync because no methods take &self. Regardless,
951 // however, we add inheriting impls for Send/Sync to this type to ensure it's
952 // Send/Sync and that future modifications will still appropriately classify it.
953 struct Packet<T>(Arc<UnsafeCell<Option<Result<T>>>>);
954
955 unsafe impl<T: Send> Send for Packet<T> {}
956 unsafe impl<T: Sync> Sync for Packet<T> {}
957
958 /// Inner representation for JoinHandle
959 struct JoinInner<T> {
960     native: Option<imp::Thread>,
961     thread: Thread,
962     packet: Packet<T>,
963 }
964
965 impl<T> JoinInner<T> {
966     fn join(&mut self) -> Result<T> {
967         self.native.take().unwrap().join();
968         unsafe {
969             (*self.packet.0.get()).take().unwrap()
970         }
971     }
972 }
973
974 /// An owned permission to join on a thread (block on its termination).
975 ///
976 /// A `JoinHandle` *detaches* the child thread when it is dropped.
977 ///
978 /// Due to platform restrictions, it is not possible to [`Clone`] this
979 /// handle: the ability to join a child thread is a uniquely-owned
980 /// permission.
981 ///
982 /// This `struct` is created by the [`thread::spawn`] function and the
983 /// [`thread::Builder::spawn`] method.
984 ///
985 /// # Examples
986 ///
987 /// Creation from [`thread::spawn`]:
988 ///
989 /// ```
990 /// use std::thread;
991 ///
992 /// let join_handle: thread::JoinHandle<_> = thread::spawn(|| {
993 ///     // some work here
994 /// });
995 /// ```
996 ///
997 /// Creation from [`thread::Builder::spawn`]:
998 ///
999 /// ```
1000 /// use std::thread;
1001 ///
1002 /// let builder = thread::Builder::new();
1003 ///
1004 /// let join_handle: thread::JoinHandle<_> = builder.spawn(|| {
1005 ///     // some work here
1006 /// }).unwrap();
1007 /// ```
1008 ///
1009 /// [`Clone`]: ../../std/clone/trait.Clone.html
1010 /// [`thread::spawn`]: fn.spawn.html
1011 /// [`thread::Builder::spawn`]: struct.Builder.html#method.spawn
1012 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1013 pub struct JoinHandle<T>(JoinInner<T>);
1014
1015 impl<T> JoinHandle<T> {
1016     /// Extracts a handle to the underlying thread.
1017     ///
1018     /// # Examples
1019     ///
1020     /// ```
1021     /// #![feature(thread_id)]
1022     ///
1023     /// use std::thread;
1024     ///
1025     /// let builder = thread::Builder::new();
1026     ///
1027     /// let join_handle: thread::JoinHandle<_> = builder.spawn(|| {
1028     ///     // some work here
1029     /// }).unwrap();
1030     ///
1031     /// let thread = join_handle.thread();
1032     /// println!("thread id: {:?}", thread.id());
1033     /// ```
1034     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1035     pub fn thread(&self) -> &Thread {
1036         &self.0.thread
1037     }
1038
1039     /// Waits for the associated thread to finish.
1040     ///
1041     /// If the child thread panics, [`Err`] is returned with the parameter given
1042     /// to [`panic`].
1043     ///
1044     /// [`Err`]: ../../std/result/enum.Result.html#variant.Err
1045     /// [`panic`]: ../../std/macro.panic.html
1046     ///
1047     /// # Examples
1048     ///
1049     /// ```
1050     /// use std::thread;
1051     ///
1052     /// let builder = thread::Builder::new();
1053     ///
1054     /// let join_handle: thread::JoinHandle<_> = builder.spawn(|| {
1055     ///     // some work here
1056     /// }).unwrap();
1057     /// join_handle.join().expect("Couldn't join on the associated thread");
1058     /// ```
1059     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
1060     pub fn join(mut self) -> Result<T> {
1061         self.0.join()
1062     }
1063 }
1064
1065 impl<T> AsInner<imp::Thread> for JoinHandle<T> {
1066     fn as_inner(&self) -> &imp::Thread { self.0.native.as_ref().unwrap() }
1067 }
1068
1069 impl<T> IntoInner<imp::Thread> for JoinHandle<T> {
1070     fn into_inner(self) -> imp::Thread { self.0.native.unwrap() }
1071 }
1072
1073 #[stable(feature = "std_debug", since = "1.16.0")]
1074 impl<T> fmt::Debug for JoinHandle<T> {
1075     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter) -> fmt::Result {
1076         f.pad("JoinHandle { .. }")
1077     }
1078 }
1079
1080 fn _assert_sync_and_send() {
1081     fn _assert_both<T: Send + Sync>() {}
1082     _assert_both::<JoinHandle<()>>();
1083     _assert_both::<Thread>();
1084 }
1085
1086 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
1087 // Tests
1088 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
1089
1090 #[cfg(all(test, not(target_os = "emscripten")))]
1091 mod tests {
1092     use any::Any;
1093     use sync::mpsc::{channel, Sender};
1094     use result;
1095     use super::{Builder};
1096     use thread;
1097     use time::Duration;
1098     use u32;
1099
1100     // !!! These tests are dangerous. If something is buggy, they will hang, !!!
1101     // !!! instead of exiting cleanly. This might wedge the buildbots.       !!!
1102
1103     #[test]
1104     fn test_unnamed_thread() {
1105         thread::spawn(move|| {
1106             assert!(thread::current().name().is_none());
1107         }).join().ok().unwrap();
1108     }
1109
1110     #[test]
1111     fn test_named_thread() {
1112         Builder::new().name("ada lovelace".to_string()).spawn(move|| {
1113             assert!(thread::current().name().unwrap() == "ada lovelace".to_string());
1114         }).unwrap().join().unwrap();
1115     }
1116
1117     #[test]
1118     #[should_panic]
1119     fn test_invalid_named_thread() {
1120         let _ = Builder::new().name("ada l\0velace".to_string()).spawn(|| {});
1121     }
1122
1123     #[test]
1124     fn test_run_basic() {
1125         let (tx, rx) = channel();
1126         thread::spawn(move|| {
1127             tx.send(()).unwrap();
1128         });
1129         rx.recv().unwrap();
1130     }
1131
1132     #[test]
1133     fn test_join_panic() {
1134         match thread::spawn(move|| {
1135             panic!()
1136         }).join() {
1137             result::Result::Err(_) => (),
1138             result::Result::Ok(()) => panic!()
1139         }
1140     }
1141
1142     #[test]
1143     fn test_spawn_sched() {
1144         let (tx, rx) = channel();
1145
1146         fn f(i: i32, tx: Sender<()>) {
1147             let tx = tx.clone();
1148             thread::spawn(move|| {
1149                 if i == 0 {
1150                     tx.send(()).unwrap();
1151                 } else {
1152                     f(i - 1, tx);
1153                 }
1154             });
1155
1156         }
1157         f(10, tx);
1158         rx.recv().unwrap();
1159     }
1160
1161     #[test]
1162     fn test_spawn_sched_childs_on_default_sched() {
1163         let (tx, rx) = channel();
1164
1165         thread::spawn(move|| {
1166             thread::spawn(move|| {
1167                 tx.send(()).unwrap();
1168             });
1169         });
1170
1171         rx.recv().unwrap();
1172     }
1173
1174     fn avoid_copying_the_body<F>(spawnfn: F) where F: FnOnce(Box<Fn() + Send>) {
1175         let (tx, rx) = channel();
1176
1177         let x: Box<_> = box 1;
1178         let x_in_parent = (&*x) as *const i32 as usize;
1179
1180         spawnfn(Box::new(move|| {
1181             let x_in_child = (&*x) as *const i32 as usize;
1182             tx.send(x_in_child).unwrap();
1183         }));
1184
1185         let x_in_child = rx.recv().unwrap();
1186         assert_eq!(x_in_parent, x_in_child);
1187     }
1188
1189     #[test]
1190     fn test_avoid_copying_the_body_spawn() {
1191         avoid_copying_the_body(|v| {
1192             thread::spawn(move || v());
1193         });
1194     }
1195
1196     #[test]
1197     fn test_avoid_copying_the_body_thread_spawn() {
1198         avoid_copying_the_body(|f| {
1199             thread::spawn(move|| {
1200                 f();
1201             });
1202         })
1203     }
1204
1205     #[test]
1206     fn test_avoid_copying_the_body_join() {
1207         avoid_copying_the_body(|f| {
1208             let _ = thread::spawn(move|| {
1209                 f()
1210             }).join();
1211         })
1212     }
1213
1214     #[test]
1215     fn test_child_doesnt_ref_parent() {
1216         // If the child refcounts the parent thread, this will stack overflow when
1217         // climbing the thread tree to dereference each ancestor. (See #1789)
1218         // (well, it would if the constant were 8000+ - I lowered it to be more
1219         // valgrind-friendly. try this at home, instead..!)
1220         const GENERATIONS: u32 = 16;
1221         fn child_no(x: u32) -> Box<Fn() + Send> {
1222             return Box::new(move|| {
1223                 if x < GENERATIONS {
1224                     thread::spawn(move|| child_no(x+1)());
1225                 }
1226             });
1227         }
1228         thread::spawn(|| child_no(0)());
1229     }
1230
1231     #[test]
1232     fn test_simple_newsched_spawn() {
1233         thread::spawn(move || {});
1234     }
1235
1236     #[test]
1237     fn test_try_panic_message_static_str() {
1238         match thread::spawn(move|| {
1239             panic!("static string");
1240         }).join() {
1241             Err(e) => {
1242                 type T = &'static str;
1243                 assert!(e.is::<T>());
1244                 assert_eq!(*e.downcast::<T>().unwrap(), "static string");
1245             }
1246             Ok(()) => panic!()
1247         }
1248     }
1249
1250     #[test]
1251     fn test_try_panic_message_owned_str() {
1252         match thread::spawn(move|| {
1253             panic!("owned string".to_string());
1254         }).join() {
1255             Err(e) => {
1256                 type T = String;
1257                 assert!(e.is::<T>());
1258                 assert_eq!(*e.downcast::<T>().unwrap(), "owned string".to_string());
1259             }
1260             Ok(()) => panic!()
1261         }
1262     }
1263
1264     #[test]
1265     fn test_try_panic_message_any() {
1266         match thread::spawn(move|| {
1267             panic!(box 413u16 as Box<Any + Send>);
1268         }).join() {
1269             Err(e) => {
1270                 type T = Box<Any + Send>;
1271                 assert!(e.is::<T>());
1272                 let any = e.downcast::<T>().unwrap();
1273                 assert!(any.is::<u16>());
1274                 assert_eq!(*any.downcast::<u16>().unwrap(), 413);
1275             }
1276             Ok(()) => panic!()
1277         }
1278     }
1279
1280     #[test]
1281     fn test_try_panic_message_unit_struct() {
1282         struct Juju;
1283
1284         match thread::spawn(move|| {
1285             panic!(Juju)
1286         }).join() {
1287             Err(ref e) if e.is::<Juju>() => {}
1288             Err(_) | Ok(()) => panic!()
1289         }
1290     }
1291
1292     #[test]
1293     fn test_park_timeout_unpark_before() {
1294         for _ in 0..10 {
1295             thread::current().unpark();
1296             thread::park_timeout(Duration::from_millis(u32::MAX as u64));
1297         }
1298     }
1299
1300     #[test]
1301     fn test_park_timeout_unpark_not_called() {
1302         for _ in 0..10 {
1303             thread::park_timeout(Duration::from_millis(10));
1304         }
1305     }
1306
1307     #[test]
1308     fn test_park_timeout_unpark_called_other_thread() {
1309         for _ in 0..10 {
1310             let th = thread::current();
1311
1312             let _guard = thread::spawn(move || {
1313                 super::sleep(Duration::from_millis(50));
1314                 th.unpark();
1315             });
1316
1317             thread::park_timeout(Duration::from_millis(u32::MAX as u64));
1318         }
1319     }
1320
1321     #[test]
1322     fn sleep_ms_smoke() {
1323         thread::sleep(Duration::from_millis(2));
1324     }
1325
1326     #[test]
1327     fn test_thread_id_equal() {
1328         assert!(thread::current().id() == thread::current().id());
1329     }
1330
1331     #[test]
1332     fn test_thread_id_not_equal() {
1333         let spawned_id = thread::spawn(|| thread::current().id()).join().unwrap();
1334         assert!(thread::current().id() != spawned_id);
1335     }
1336
1337     // NOTE: the corresponding test for stderr is in run-pass/thread-stderr, due
1338     // to the test harness apparently interfering with stderr configuration.
1339 }