]> git.lizzy.rs Git - rust.git/blob - src/libstd/thread/mod.rs
Rollup merge of #41249 - GuillaumeGomez:rustdoc-render, r=steveklabnik,frewsxcv
[rust.git] / src / libstd / thread / mod.rs
1 // Copyright 2014 The Rust Project Developers. See the COPYRIGHT
2 // file at the top-level directory of this distribution and at
3 // http://rust-lang.org/COPYRIGHT.
4 //
5 // Licensed under the Apache License, Version 2.0 <LICENSE-APACHE or
6 // http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0> or the MIT license
7 // <LICENSE-MIT or http://opensource.org/licenses/MIT>, at your
8 // option. This file may not be copied, modified, or distributed
9 // except according to those terms.
10
11 //! Native threads.
12 //!
13 //! ## The threading model
14 //!
15 //! An executing Rust program consists of a collection of native OS threads,
16 //! each with their own stack and local state. Threads can be named, and
17 //! provide some built-in support for low-level synchronization.
18 //!
19 //! Communication between threads can be done through
20 //! [channels], Rust's message-passing types, along with [other forms of thread
21 //! synchronization](../../std/sync/index.html) and shared-memory data
22 //! structures. In particular, types that are guaranteed to be
23 //! threadsafe are easily shared between threads using the
24 //! atomically-reference-counted container, [`Arc`].
25 //!
26 //! Fatal logic errors in Rust cause *thread panic*, during which
27 //! a thread will unwind the stack, running destructors and freeing
28 //! owned resources. Thread panic is unrecoverable from within
29 //! the panicking thread (i.e. there is no 'try/catch' in Rust), but
30 //! the panic may optionally be detected from a different thread. If
31 //! the main thread panics, the application will exit with a non-zero
32 //! exit code.
33 //!
34 //! When the main thread of a Rust program terminates, the entire program shuts
35 //! down, even if other threads are still running. However, this module provides
36 //! convenient facilities for automatically waiting for the termination of a
37 //! child thread (i.e., join).
38 //!
39 //! ## Spawning a thread
40 //!
41 //! A new thread can be spawned using the [`thread::spawn`][`spawn`] function:
42 //!
43 //! ```rust
44 //! use std::thread;
45 //!
46 //! thread::spawn(move || {
47 //!     // some work here
48 //! });
49 //! ```
50 //!
51 //! In this example, the spawned thread is "detached" from the current
52 //! thread. This means that it can outlive its parent (the thread that spawned
53 //! it), unless this parent is the main thread.
54 //!
55 //! The parent thread can also wait on the completion of the child
56 //! thread; a call to [`spawn`] produces a [`JoinHandle`], which provides
57 //! a `join` method for waiting:
58 //!
59 //! ```rust
60 //! use std::thread;
61 //!
62 //! let child = thread::spawn(move || {
63 //!     // some work here
64 //! });
65 //! // some work here
66 //! let res = child.join();
67 //! ```
68 //!
69 //! The [`join`] method returns a [`Result`] containing [`Ok`] of the final
70 //! value produced by the child thread, or [`Err`] of the value given to
71 //! a call to [`panic!`] if the child panicked.
72 //!
73 //! ## Configuring threads
74 //!
75 //! A new thread can be configured before it is spawned via the [`Builder`] type,
76 //! which currently allows you to set the name and stack size for the child thread:
77 //!
78 //! ```rust
79 //! # #![allow(unused_must_use)]
80 //! use std::thread;
81 //!
82 //! thread::Builder::new().name("child1".to_string()).spawn(move || {
83 //!     println!("Hello, world!");
84 //! });
85 //! ```
86 //!
87 //! ## The `Thread` type
88 //!
89 //! Threads are represented via the [`Thread`] type, which you can get in one of
90 //! two ways:
91 //!
92 //! * By spawning a new thread, e.g. using the [`thread::spawn`][`spawn`]
93 //!   function, and calling [`thread`][`JoinHandle::thread`] on the [`JoinHandle`].
94 //! * By requesting the current thread, using the [`thread::current`] function.
95 //!
96 //! The [`thread::current`] function is available even for threads not spawned
97 //! by the APIs of this module.
98 //!
99 //! ## Blocking support: park and unpark
100 //!
101 //! Every thread is equipped with some basic low-level blocking support, via the
102 //! [`thread::park`][`park`] function and [`thread::Thread::unpark()`][`unpark`]
103 //! method. [`park`] blocks the current thread, which can then be resumed from
104 //! another thread by calling the [`unpark`] method on the blocked thread's handle.
105 //!
106 //! Conceptually, each [`Thread`] handle has an associated token, which is
107 //! initially not present:
108 //!
109 //! * The [`thread::park`][`park`] function blocks the current thread unless or until
110 //!   the token is available for its thread handle, at which point it atomically
111 //!   consumes the token. It may also return *spuriously*, without consuming the
112 //!   token. [`thread::park_timeout`] does the same, but allows specifying a
113 //!   maximum time to block the thread for.
114 //!
115 //! * The [`unpark`] method on a [`Thread`] atomically makes the token available
116 //!   if it wasn't already.
117 //!
118 //! In other words, each [`Thread`] acts a bit like a semaphore with initial count
119 //! 0, except that the semaphore is *saturating* (the count cannot go above 1),
120 //! and can return spuriously.
121 //!
122 //! The API is typically used by acquiring a handle to the current thread,
123 //! placing that handle in a shared data structure so that other threads can
124 //! find it, and then `park`ing. When some desired condition is met, another
125 //! thread calls [`unpark`] on the handle.
126 //!
127 //! The motivation for this design is twofold:
128 //!
129 //! * It avoids the need to allocate mutexes and condvars when building new
130 //!   synchronization primitives; the threads already provide basic blocking/signaling.
131 //!
132 //! * It can be implemented very efficiently on many platforms.
133 //!
134 //! ## Thread-local storage
135 //!
136 //! This module also provides an implementation of thread-local storage for Rust
137 //! programs. Thread-local storage is a method of storing data into a global
138 //! variable that each thread in the program will have its own copy of.
139 //! Threads do not share this data, so accesses do not need to be synchronized.
140 //!
141 //! A thread-local key owns the value it contains and will destroy the value when the
142 //! thread exits. It is created with the [`thread_local!`] macro and can contain any
143 //! value that is `'static` (no borrowed pointers). It provides an accessor function,
144 //! [`with`], that yields a shared reference to the value to the specified
145 //! closure. Thread-local keys allow only shared access to values, as there would be no
146 //! way to guarantee uniqueness if mutable borrows were allowed. Most values
147 //! will want to make use of some form of **interior mutability** through the
148 //! [`Cell`] or [`RefCell`] types.
149 //!
150 //! [channels]: ../../std/sync/mpsc/index.html
151 //! [`Arc`]: ../../std/sync/struct.Arc.html
152 //! [`spawn`]: ../../std/thread/fn.spawn.html
153 //! [`JoinHandle`]: ../../std/thread/struct.JoinHandle.html
154 //! [`JoinHandle::thread`]: ../../std/thread/struct.JoinHandle.html#method.thread
155 //! [`join`]: ../../std/thread/struct.JoinHandle.html#method.join
156 //! [`Result`]: ../../std/result/enum.Result.html
157 //! [`Ok`]: ../../std/result/enum.Result.html#variant.Ok
158 //! [`Err`]: ../../std/result/enum.Result.html#variant.Err
159 //! [`panic!`]: ../../std/macro.panic.html
160 //! [`Builder`]: ../../std/thread/struct.Builder.html
161 //! [`thread::current`]: ../../std/thread/fn.current.html
162 //! [`Thread`]: ../../std/thread/struct.Thread.html
163 //! [`park`]: ../../std/thread/fn.park.html
164 //! [`unpark`]: ../../std/thread/struct.Thread.html#method.unpark
165 //! [`thread::park_timeout`]: ../../std/thread/fn.park_timeout.html
166 //! [`Cell`]: ../cell/struct.Cell.html
167 //! [`RefCell`]: ../cell/struct.RefCell.html
168 //! [`thread_local!`]: ../macro.thread_local.html
169 //! [`with`]: struct.LocalKey.html#method.with
170
171 #![stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
172
173 use any::Any;
174 use cell::UnsafeCell;
175 use ffi::{CStr, CString};
176 use fmt;
177 use io;
178 use panic;
179 use panicking;
180 use str;
181 use sync::{Mutex, Condvar, Arc};
182 use sys::thread as imp;
183 use sys_common::mutex;
184 use sys_common::thread_info;
185 use sys_common::util;
186 use sys_common::{AsInner, IntoInner};
187 use time::Duration;
188
189 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
190 // Thread-local storage
191 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
192
193 #[macro_use] mod local;
194
195 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
196 pub use self::local::{LocalKey, LocalKeyState};
197
198 // The types used by the thread_local! macro to access TLS keys. Note that there
199 // are two types, the "OS" type and the "fast" type. The OS thread local key
200 // type is accessed via platform-specific API calls and is slow, while the fast
201 // key type is accessed via code generated via LLVM, where TLS keys are set up
202 // by the elf linker. Note that the OS TLS type is always available: on macOS
203 // the standard library is compiled with support for older platform versions
204 // where fast TLS was not available; end-user code is compiled with fast TLS
205 // where available, but both are needed.
206
207 #[unstable(feature = "libstd_thread_internals", issue = "0")]
208 #[cfg(target_thread_local)]
209 #[doc(hidden)] pub use sys::fast_thread_local::Key as __FastLocalKeyInner;
210 #[unstable(feature = "libstd_thread_internals", issue = "0")]
211 #[doc(hidden)] pub use self::local::os::Key as __OsLocalKeyInner;
212
213 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
214 // Builder
215 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
216
217 /// Thread configuration. Provides detailed control over the properties
218 /// and behavior of new threads.
219 ///
220 /// # Examples
221 ///
222 /// ```
223 /// use std::thread;
224 ///
225 /// let builder = thread::Builder::new();
226 ///
227 /// let handler = builder.spawn(|| {
228 ///     // thread code
229 /// }).unwrap();
230 ///
231 /// handler.join().unwrap();
232 /// ```
233 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
234 #[derive(Debug)]
235 pub struct Builder {
236     // A name for the thread-to-be, for identification in panic messages
237     name: Option<String>,
238     // The size of the stack for the spawned thread in bytes
239     stack_size: Option<usize>,
240 }
241
242 impl Builder {
243     /// Generates the base configuration for spawning a thread, from which
244     /// configuration methods can be chained.
245     ///
246     /// # Examples
247     ///
248     /// ```
249     /// use std::thread;
250     ///
251     /// let builder = thread::Builder::new()
252     ///                               .name("foo".into())
253     ///                               .stack_size(10);
254     ///
255     /// let handler = builder.spawn(|| {
256     ///     // thread code
257     /// }).unwrap();
258     ///
259     /// handler.join().unwrap();
260     /// ```
261     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
262     pub fn new() -> Builder {
263         Builder {
264             name: None,
265             stack_size: None,
266         }
267     }
268
269     /// Names the thread-to-be. Currently the name is used for identification
270     /// only in panic messages.
271     ///
272     /// # Examples
273     ///
274     /// ```
275     /// use std::thread;
276     ///
277     /// let builder = thread::Builder::new()
278     ///     .name("foo".into());
279     ///
280     /// let handler = builder.spawn(|| {
281     ///     assert_eq!(thread::current().name(), Some("foo"))
282     /// }).unwrap();
283     ///
284     /// handler.join().unwrap();
285     /// ```
286     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
287     pub fn name(mut self, name: String) -> Builder {
288         self.name = Some(name);
289         self
290     }
291
292     /// Sets the size of the stack (in bytes) for the new thread.
293     ///
294     /// The actual stack size may be greater than this value if
295     /// the platform specifies minimal stack size.
296     ///
297     /// # Examples
298     ///
299     /// ```
300     /// use std::thread;
301     ///
302     /// let builder = thread::Builder::new().stack_size(32 * 1024);
303     /// ```
304     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
305     pub fn stack_size(mut self, size: usize) -> Builder {
306         self.stack_size = Some(size);
307         self
308     }
309
310     /// Spawns a new thread, and returns a join handle for it.
311     ///
312     /// The child thread may outlive the parent (unless the parent thread
313     /// is the main thread; the whole process is terminated when the main
314     /// thread finishes). The join handle can be used to block on
315     /// termination of the child thread, including recovering its panics.
316     ///
317     /// # Errors
318     ///
319     /// Unlike the [`spawn`] free function, this method yields an
320     /// [`io::Result`] to capture any failure to create the thread at
321     /// the OS level.
322     ///
323     /// [`spawn`]: ../../std/thread/fn.spawn.html
324     /// [`io::Result`]: ../../std/io/type.Result.html
325     ///
326     /// # Examples
327     ///
328     /// ```
329     /// use std::thread;
330     ///
331     /// let builder = thread::Builder::new();
332     ///
333     /// let handler = builder.spawn(|| {
334     ///     // thread code
335     /// }).unwrap();
336     ///
337     /// handler.join().unwrap();
338     /// ```
339     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
340     pub fn spawn<F, T>(self, f: F) -> io::Result<JoinHandle<T>> where
341         F: FnOnce() -> T, F: Send + 'static, T: Send + 'static
342     {
343         let Builder { name, stack_size } = self;
344
345         let stack_size = stack_size.unwrap_or(util::min_stack());
346
347         let my_thread = Thread::new(name);
348         let their_thread = my_thread.clone();
349
350         let my_packet : Arc<UnsafeCell<Option<Result<T>>>>
351             = Arc::new(UnsafeCell::new(None));
352         let their_packet = my_packet.clone();
353
354         let main = move || {
355             if let Some(name) = their_thread.cname() {
356                 imp::Thread::set_name(name);
357             }
358             unsafe {
359                 thread_info::set(imp::guard::current(), their_thread);
360                 let try_result = panic::catch_unwind(panic::AssertUnwindSafe(f));
361                 *their_packet.get() = Some(try_result);
362             }
363         };
364
365         Ok(JoinHandle(JoinInner {
366             native: unsafe {
367                 Some(imp::Thread::new(stack_size, Box::new(main))?)
368             },
369             thread: my_thread,
370             packet: Packet(my_packet),
371         }))
372     }
373 }
374
375 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
376 // Free functions
377 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
378
379 /// Spawns a new thread, returning a [`JoinHandle`] for it.
380 ///
381 /// The join handle will implicitly *detach* the child thread upon being
382 /// dropped. In this case, the child thread may outlive the parent (unless
383 /// the parent thread is the main thread; the whole process is terminated when
384 /// the main thread finishes). Additionally, the join handle provides a [`join`]
385 /// method that can be used to join the child thread. If the child thread
386 /// panics, [`join`] will return an [`Err`] containing the argument given to
387 /// [`panic`].
388 ///
389 /// # Panics
390 ///
391 /// Panics if the OS fails to create a thread; use [`Builder::spawn`]
392 /// to recover from such errors.
393 ///
394 /// [`JoinHandle`]: ../../std/thread/struct.JoinHandle.html
395 /// [`join`]: ../../std/thread/struct.JoinHandle.html#method.join
396 /// [`Err`]: ../../std/result/enum.Result.html#variant.Err
397 /// [`panic`]: ../../std/macro.panic.html
398 /// [`Builder::spawn`]: ../../std/thread/struct.Builder.html#method.spawn
399 ///
400 /// # Examples
401 ///
402 /// ```
403 /// use std::thread;
404 ///
405 /// let handler = thread::spawn(|| {
406 ///     // thread code
407 /// });
408 ///
409 /// handler.join().unwrap();
410 /// ```
411 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
412 pub fn spawn<F, T>(f: F) -> JoinHandle<T> where
413     F: FnOnce() -> T, F: Send + 'static, T: Send + 'static
414 {
415     Builder::new().spawn(f).unwrap()
416 }
417
418 /// Gets a handle to the thread that invokes it.
419 ///
420 /// # Examples
421 ///
422 /// Getting a handle to the current thread with `thread::current()`:
423 ///
424 /// ```
425 /// use std::thread;
426 ///
427 /// let handler = thread::Builder::new()
428 ///     .name("named thread".into())
429 ///     .spawn(|| {
430 ///         let handle = thread::current();
431 ///         assert_eq!(handle.name(), Some("named thread"));
432 ///     })
433 ///     .unwrap();
434 ///
435 /// handler.join().unwrap();
436 /// ```
437 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
438 pub fn current() -> Thread {
439     thread_info::current_thread().expect("use of std::thread::current() is not \
440                                           possible after the thread's local \
441                                           data has been destroyed")
442 }
443
444 /// Cooperatively gives up a timeslice to the OS scheduler.
445 ///
446 /// # Examples
447 ///
448 /// ```
449 /// use std::thread;
450 ///
451 /// thread::yield_now();
452 /// ```
453 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
454 pub fn yield_now() {
455     imp::Thread::yield_now()
456 }
457
458 /// Determines whether the current thread is unwinding because of panic.
459 ///
460 /// # Examples
461 ///
462 /// ```should_panic
463 /// use std::thread;
464 ///
465 /// struct SomeStruct;
466 ///
467 /// impl Drop for SomeStruct {
468 ///     fn drop(&mut self) {
469 ///         if thread::panicking() {
470 ///             println!("dropped while unwinding");
471 ///         } else {
472 ///             println!("dropped while not unwinding");
473 ///         }
474 ///     }
475 /// }
476 ///
477 /// {
478 ///     print!("a: ");
479 ///     let a = SomeStruct;
480 /// }
481 ///
482 /// {
483 ///     print!("b: ");
484 ///     let b = SomeStruct;
485 ///     panic!()
486 /// }
487 /// ```
488 #[inline]
489 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
490 pub fn panicking() -> bool {
491     panicking::panicking()
492 }
493
494 /// Puts the current thread to sleep for the specified amount of time.
495 ///
496 /// The thread may sleep longer than the duration specified due to scheduling
497 /// specifics or platform-dependent functionality.
498 ///
499 /// # Platform behavior
500 ///
501 /// On Unix platforms this function will not return early due to a
502 /// signal being received or a spurious wakeup.
503 ///
504 /// # Examples
505 ///
506 /// ```no_run
507 /// use std::thread;
508 ///
509 /// // Let's sleep for 2 seconds:
510 /// thread::sleep_ms(2000);
511 /// ```
512 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
513 #[rustc_deprecated(since = "1.6.0", reason = "replaced by `std::thread::sleep`")]
514 pub fn sleep_ms(ms: u32) {
515     sleep(Duration::from_millis(ms as u64))
516 }
517
518 /// Puts the current thread to sleep for the specified amount of time.
519 ///
520 /// The thread may sleep longer than the duration specified due to scheduling
521 /// specifics or platform-dependent functionality.
522 ///
523 /// # Platform behavior
524 ///
525 /// On Unix platforms this function will not return early due to a
526 /// signal being received or a spurious wakeup. Platforms which do not support
527 /// nanosecond precision for sleeping will have `dur` rounded up to the nearest
528 /// granularity of time they can sleep for.
529 ///
530 /// # Examples
531 ///
532 /// ```no_run
533 /// use std::{thread, time};
534 ///
535 /// let ten_millis = time::Duration::from_millis(10);
536 /// let now = time::Instant::now();
537 ///
538 /// thread::sleep(ten_millis);
539 ///
540 /// assert!(now.elapsed() >= ten_millis);
541 /// ```
542 #[stable(feature = "thread_sleep", since = "1.4.0")]
543 pub fn sleep(dur: Duration) {
544     imp::Thread::sleep(dur)
545 }
546
547 /// Blocks unless or until the current thread's token is made available.
548 ///
549 /// Every thread is equipped with some basic low-level blocking support, via
550 /// the `park()` function and the [`unpark`][unpark] method. These can be
551 /// used as a more CPU-efficient implementation of a spinlock.
552 ///
553 /// [unpark]: struct.Thread.html#method.unpark
554 ///
555 /// The API is typically used by acquiring a handle to the current thread,
556 /// placing that handle in a shared data structure so that other threads can
557 /// find it, and then parking (in a loop with a check for the token actually
558 /// being acquired).
559 ///
560 /// A call to `park` does not guarantee that the thread will remain parked
561 /// forever, and callers should be prepared for this possibility.
562 ///
563 /// See the [module documentation][thread] for more detail.
564 ///
565 /// [thread]: index.html
566 //
567 // The implementation currently uses the trivial strategy of a Mutex+Condvar
568 // with wakeup flag, which does not actually allow spurious wakeups. In the
569 // future, this will be implemented in a more efficient way, perhaps along the lines of
570 //   http://cr.openjdk.java.net/~stefank/6989984.1/raw_files/new/src/os/linux/vm/os_linux.cpp
571 // or futuxes, and in either case may allow spurious wakeups.
572 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
573 pub fn park() {
574     let thread = current();
575     let mut guard = thread.inner.lock.lock().unwrap();
576     while !*guard {
577         guard = thread.inner.cvar.wait(guard).unwrap();
578     }
579     *guard = false;
580 }
581
582 /// Use [park_timeout].
583 ///
584 /// Blocks unless or until the current thread's token is made available or
585 /// the specified duration has been reached (may wake spuriously).
586 ///
587 /// The semantics of this function are equivalent to `park()` except that the
588 /// thread will be blocked for roughly no longer than `ms`. This method
589 /// should not be used for precise timing due to anomalies such as
590 /// preemption or platform differences that may not cause the maximum
591 /// amount of time waited to be precisely `ms` long.
592 ///
593 /// See the [module documentation][thread] for more detail.
594 ///
595 /// [thread]: index.html
596 /// [park_timeout]: fn.park_timeout.html
597 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
598 #[rustc_deprecated(since = "1.6.0", reason = "replaced by `std::thread::park_timeout`")]
599 pub fn park_timeout_ms(ms: u32) {
600     park_timeout(Duration::from_millis(ms as u64))
601 }
602
603 /// Blocks unless or until the current thread's token is made available or
604 /// the specified duration has been reached (may wake spuriously).
605 ///
606 /// The semantics of this function are equivalent to `park()` except that the
607 /// thread will be blocked for roughly no longer than `dur`. This method
608 /// should not be used for precise timing due to anomalies such as
609 /// preemption or platform differences that may not cause the maximum
610 /// amount of time waited to be precisely `dur` long.
611 ///
612 /// See the module doc for more detail.
613 ///
614 /// # Platform behavior
615 ///
616 /// Platforms which do not support nanosecond precision for sleeping will have
617 /// `dur` rounded up to the nearest granularity of time they can sleep for.
618 ///
619 /// # Example
620 ///
621 /// Waiting for the complete expiration of the timeout:
622 ///
623 /// ```rust,no_run
624 /// use std::thread::park_timeout;
625 /// use std::time::{Instant, Duration};
626 ///
627 /// let timeout = Duration::from_secs(2);
628 /// let beginning_park = Instant::now();
629 /// park_timeout(timeout);
630 ///
631 /// while beginning_park.elapsed() < timeout {
632 ///     println!("restarting park_timeout after {:?}", beginning_park.elapsed());
633 ///     let timeout = timeout - beginning_park.elapsed();
634 ///     park_timeout(timeout);
635 /// }
636 /// ```
637 #[stable(feature = "park_timeout", since = "1.4.0")]
638 pub fn park_timeout(dur: Duration) {
639     let thread = current();
640     let mut guard = thread.inner.lock.lock().unwrap();
641     if !*guard {
642         let (g, _) = thread.inner.cvar.wait_timeout(guard, dur).unwrap();
643         guard = g;
644     }
645     *guard = false;
646 }
647
648 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
649 // ThreadId
650 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
651
652 /// A unique identifier for a running thread.
653 ///
654 /// A `ThreadId` is an opaque object that has a unique value for each thread
655 /// that creates one. `ThreadId`s are not guaranteed to correspond to a thread's
656 /// system-designated identifier.
657 ///
658 /// # Examples
659 ///
660 /// ```
661 /// #![feature(thread_id)]
662 ///
663 /// use std::thread;
664 ///
665 /// let other_thread = thread::spawn(|| {
666 ///     thread::current().id()
667 /// });
668 ///
669 /// let other_thread_id = other_thread.join().unwrap();
670 /// assert!(thread::current().id() != other_thread_id);
671 /// ```
672 #[unstable(feature = "thread_id", issue = "21507")]
673 #[derive(Eq, PartialEq, Clone, Copy, Hash, Debug)]
674 pub struct ThreadId(u64);
675
676 impl ThreadId {
677     // Generate a new unique thread ID.
678     fn new() -> ThreadId {
679         static GUARD: mutex::Mutex = mutex::Mutex::new();
680         static mut COUNTER: u64 = 0;
681
682         unsafe {
683             GUARD.lock();
684
685             // If we somehow use up all our bits, panic so that we're not
686             // covering up subtle bugs of IDs being reused.
687             if COUNTER == ::u64::MAX {
688                 GUARD.unlock();
689                 panic!("failed to generate unique thread ID: bitspace exhausted");
690             }
691
692             let id = COUNTER;
693             COUNTER += 1;
694
695             GUARD.unlock();
696
697             ThreadId(id)
698         }
699     }
700 }
701
702 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
703 // Thread
704 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
705
706 /// The internal representation of a `Thread` handle
707 struct Inner {
708     name: Option<CString>,      // Guaranteed to be UTF-8
709     id: ThreadId,
710     lock: Mutex<bool>,          // true when there is a buffered unpark
711     cvar: Condvar,
712 }
713
714 #[derive(Clone)]
715 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
716 /// A handle to a thread.
717 ///
718 /// # Examples
719 ///
720 /// ```
721 /// use std::thread;
722 ///
723 /// let handler = thread::Builder::new()
724 ///     .name("foo".into())
725 ///     .spawn(|| {
726 ///         let thread = thread::current();
727 ///         println!("thread name: {}", thread.name().unwrap());
728 ///     })
729 ///     .unwrap();
730 ///
731 /// handler.join().unwrap();
732 /// ```
733 pub struct Thread {
734     inner: Arc<Inner>,
735 }
736
737 impl Thread {
738     // Used only internally to construct a thread object without spawning
739     pub(crate) fn new(name: Option<String>) -> Thread {
740         let cname = name.map(|n| {
741             CString::new(n).expect("thread name may not contain interior null bytes")
742         });
743         Thread {
744             inner: Arc::new(Inner {
745                 name: cname,
746                 id: ThreadId::new(),
747                 lock: Mutex::new(false),
748                 cvar: Condvar::new(),
749             })
750         }
751     }
752
753     /// Atomically makes the handle's token available if it is not already.
754     ///
755     /// See the module doc for more detail.
756     ///
757     /// # Examples
758     ///
759     /// ```
760     /// use std::thread;
761     ///
762     /// let handler = thread::Builder::new()
763     ///     .spawn(|| {
764     ///         let thread = thread::current();
765     ///         thread.unpark();
766     ///     })
767     ///     .unwrap();
768     ///
769     /// handler.join().unwrap();
770     /// ```
771     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
772     pub fn unpark(&self) {
773         let mut guard = self.inner.lock.lock().unwrap();
774         if !*guard {
775             *guard = true;
776             self.inner.cvar.notify_one();
777         }
778     }
779
780     /// Gets the thread's unique identifier.
781     ///
782     /// # Examples
783     ///
784     /// ```
785     /// #![feature(thread_id)]
786     ///
787     /// use std::thread;
788     ///
789     /// let other_thread = thread::spawn(|| {
790     ///     thread::current().id()
791     /// });
792     ///
793     /// let other_thread_id = other_thread.join().unwrap();
794     /// assert!(thread::current().id() != other_thread_id);
795     /// ```
796     #[unstable(feature = "thread_id", issue = "21507")]
797     pub fn id(&self) -> ThreadId {
798         self.inner.id
799     }
800
801     /// Gets the thread's name.
802     ///
803     /// # Examples
804     ///
805     /// Threads by default have no name specified:
806     ///
807     /// ```
808     /// use std::thread;
809     ///
810     /// let builder = thread::Builder::new();
811     ///
812     /// let handler = builder.spawn(|| {
813     ///     assert!(thread::current().name().is_none());
814     /// }).unwrap();
815     ///
816     /// handler.join().unwrap();
817     /// ```
818     ///
819     /// Thread with a specified name:
820     ///
821     /// ```
822     /// use std::thread;
823     ///
824     /// let builder = thread::Builder::new()
825     ///     .name("foo".into());
826     ///
827     /// let handler = builder.spawn(|| {
828     ///     assert_eq!(thread::current().name(), Some("foo"))
829     /// }).unwrap();
830     ///
831     /// handler.join().unwrap();
832     /// ```
833     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
834     pub fn name(&self) -> Option<&str> {
835         self.cname().map(|s| unsafe { str::from_utf8_unchecked(s.to_bytes()) } )
836     }
837
838     fn cname(&self) -> Option<&CStr> {
839         self.inner.name.as_ref().map(|s| &**s)
840     }
841 }
842
843 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
844 impl fmt::Debug for Thread {
845     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter) -> fmt::Result {
846         fmt::Debug::fmt(&self.name(), f)
847     }
848 }
849
850 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
851 // JoinHandle
852 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
853
854 /// Indicates the manner in which a thread exited.
855 ///
856 /// A thread that completes without panicking is considered to exit successfully.
857 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
858 pub type Result<T> = ::result::Result<T, Box<Any + Send + 'static>>;
859
860 // This packet is used to communicate the return value between the child thread
861 // and the parent thread. Memory is shared through the `Arc` within and there's
862 // no need for a mutex here because synchronization happens with `join()` (the
863 // parent thread never reads this packet until the child has exited).
864 //
865 // This packet itself is then stored into a `JoinInner` which in turns is placed
866 // in `JoinHandle` and `JoinGuard`. Due to the usage of `UnsafeCell` we need to
867 // manually worry about impls like Send and Sync. The type `T` should
868 // already always be Send (otherwise the thread could not have been created) and
869 // this type is inherently Sync because no methods take &self. Regardless,
870 // however, we add inheriting impls for Send/Sync to this type to ensure it's
871 // Send/Sync and that future modifications will still appropriately classify it.
872 struct Packet<T>(Arc<UnsafeCell<Option<Result<T>>>>);
873
874 unsafe impl<T: Send> Send for Packet<T> {}
875 unsafe impl<T: Sync> Sync for Packet<T> {}
876
877 /// Inner representation for JoinHandle
878 struct JoinInner<T> {
879     native: Option<imp::Thread>,
880     thread: Thread,
881     packet: Packet<T>,
882 }
883
884 impl<T> JoinInner<T> {
885     fn join(&mut self) -> Result<T> {
886         self.native.take().unwrap().join();
887         unsafe {
888             (*self.packet.0.get()).take().unwrap()
889         }
890     }
891 }
892
893 /// An owned permission to join on a thread (block on its termination).
894 ///
895 /// A `JoinHandle` *detaches* the child thread when it is dropped.
896 ///
897 /// Due to platform restrictions, it is not possible to [`Clone`] this
898 /// handle: the ability to join a child thread is a uniquely-owned
899 /// permission.
900 ///
901 /// This `struct` is created by the [`thread::spawn`] function and the
902 /// [`thread::Builder::spawn`] method.
903 ///
904 /// # Examples
905 ///
906 /// Creation from [`thread::spawn`]:
907 ///
908 /// ```
909 /// use std::thread;
910 ///
911 /// let join_handle: thread::JoinHandle<_> = thread::spawn(|| {
912 ///     // some work here
913 /// });
914 /// ```
915 ///
916 /// Creation from [`thread::Builder::spawn`]:
917 ///
918 /// ```
919 /// use std::thread;
920 ///
921 /// let builder = thread::Builder::new();
922 ///
923 /// let join_handle: thread::JoinHandle<_> = builder.spawn(|| {
924 ///     // some work here
925 /// }).unwrap();
926 /// ```
927 ///
928 /// [`Clone`]: ../../std/clone/trait.Clone.html
929 /// [`thread::spawn`]: fn.spawn.html
930 /// [`thread::Builder::spawn`]: struct.Builder.html#method.spawn
931 #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
932 pub struct JoinHandle<T>(JoinInner<T>);
933
934 impl<T> JoinHandle<T> {
935     /// Extracts a handle to the underlying thread.
936     ///
937     /// # Examples
938     ///
939     /// ```
940     /// #![feature(thread_id)]
941     ///
942     /// use std::thread;
943     ///
944     /// let builder = thread::Builder::new();
945     ///
946     /// let join_handle: thread::JoinHandle<_> = builder.spawn(|| {
947     ///     // some work here
948     /// }).unwrap();
949     ///
950     /// let thread = join_handle.thread();
951     /// println!("thread id: {:?}", thread.id());
952     /// ```
953     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
954     pub fn thread(&self) -> &Thread {
955         &self.0.thread
956     }
957
958     /// Waits for the associated thread to finish.
959     ///
960     /// If the child thread panics, [`Err`] is returned with the parameter given
961     /// to [`panic`].
962     ///
963     /// [`Err`]: ../../std/result/enum.Result.html#variant.Err
964     /// [`panic`]: ../../std/macro.panic.html
965     ///
966     /// # Examples
967     ///
968     /// ```
969     /// use std::thread;
970     ///
971     /// let builder = thread::Builder::new();
972     ///
973     /// let join_handle: thread::JoinHandle<_> = builder.spawn(|| {
974     ///     // some work here
975     /// }).unwrap();
976     /// join_handle.join().expect("Couldn't join on the associated thread");
977     /// ```
978     #[stable(feature = "rust1", since = "1.0.0")]
979     pub fn join(mut self) -> Result<T> {
980         self.0.join()
981     }
982 }
983
984 impl<T> AsInner<imp::Thread> for JoinHandle<T> {
985     fn as_inner(&self) -> &imp::Thread { self.0.native.as_ref().unwrap() }
986 }
987
988 impl<T> IntoInner<imp::Thread> for JoinHandle<T> {
989     fn into_inner(self) -> imp::Thread { self.0.native.unwrap() }
990 }
991
992 #[stable(feature = "std_debug", since = "1.16.0")]
993 impl<T> fmt::Debug for JoinHandle<T> {
994     fn fmt(&self, f: &mut fmt::Formatter) -> fmt::Result {
995         f.pad("JoinHandle { .. }")
996     }
997 }
998
999 fn _assert_sync_and_send() {
1000     fn _assert_both<T: Send + Sync>() {}
1001     _assert_both::<JoinHandle<()>>();
1002     _assert_both::<Thread>();
1003 }
1004
1005 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
1006 // Tests
1007 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
1008
1009 #[cfg(all(test, not(target_os = "emscripten")))]
1010 mod tests {
1011     use any::Any;
1012     use sync::mpsc::{channel, Sender};
1013     use result;
1014     use super::{Builder};
1015     use thread;
1016     use time::Duration;
1017     use u32;
1018
1019     // !!! These tests are dangerous. If something is buggy, they will hang, !!!
1020     // !!! instead of exiting cleanly. This might wedge the buildbots.       !!!
1021
1022     #[test]
1023     fn test_unnamed_thread() {
1024         thread::spawn(move|| {
1025             assert!(thread::current().name().is_none());
1026         }).join().ok().unwrap();
1027     }
1028
1029     #[test]
1030     fn test_named_thread() {
1031         Builder::new().name("ada lovelace".to_string()).spawn(move|| {
1032             assert!(thread::current().name().unwrap() == "ada lovelace".to_string());
1033         }).unwrap().join().unwrap();
1034     }
1035
1036     #[test]
1037     #[should_panic]
1038     fn test_invalid_named_thread() {
1039         let _ = Builder::new().name("ada l\0velace".to_string()).spawn(|| {});
1040     }
1041
1042     #[test]
1043     fn test_run_basic() {
1044         let (tx, rx) = channel();
1045         thread::spawn(move|| {
1046             tx.send(()).unwrap();
1047         });
1048         rx.recv().unwrap();
1049     }
1050
1051     #[test]
1052     fn test_join_panic() {
1053         match thread::spawn(move|| {
1054             panic!()
1055         }).join() {
1056             result::Result::Err(_) => (),
1057             result::Result::Ok(()) => panic!()
1058         }
1059     }
1060
1061     #[test]
1062     fn test_spawn_sched() {
1063         let (tx, rx) = channel();
1064
1065         fn f(i: i32, tx: Sender<()>) {
1066             let tx = tx.clone();
1067             thread::spawn(move|| {
1068                 if i == 0 {
1069                     tx.send(()).unwrap();
1070                 } else {
1071                     f(i - 1, tx);
1072                 }
1073             });
1074
1075         }
1076         f(10, tx);
1077         rx.recv().unwrap();
1078     }
1079
1080     #[test]
1081     fn test_spawn_sched_childs_on_default_sched() {
1082         let (tx, rx) = channel();
1083
1084         thread::spawn(move|| {
1085             thread::spawn(move|| {
1086                 tx.send(()).unwrap();
1087             });
1088         });
1089
1090         rx.recv().unwrap();
1091     }
1092
1093     fn avoid_copying_the_body<F>(spawnfn: F) where F: FnOnce(Box<Fn() + Send>) {
1094         let (tx, rx) = channel();
1095
1096         let x: Box<_> = box 1;
1097         let x_in_parent = (&*x) as *const i32 as usize;
1098
1099         spawnfn(Box::new(move|| {
1100             let x_in_child = (&*x) as *const i32 as usize;
1101             tx.send(x_in_child).unwrap();
1102         }));
1103
1104         let x_in_child = rx.recv().unwrap();
1105         assert_eq!(x_in_parent, x_in_child);
1106     }
1107
1108     #[test]
1109     fn test_avoid_copying_the_body_spawn() {
1110         avoid_copying_the_body(|v| {
1111             thread::spawn(move || v());
1112         });
1113     }
1114
1115     #[test]
1116     fn test_avoid_copying_the_body_thread_spawn() {
1117         avoid_copying_the_body(|f| {
1118             thread::spawn(move|| {
1119                 f();
1120             });
1121         })
1122     }
1123
1124     #[test]
1125     fn test_avoid_copying_the_body_join() {
1126         avoid_copying_the_body(|f| {
1127             let _ = thread::spawn(move|| {
1128                 f()
1129             }).join();
1130         })
1131     }
1132
1133     #[test]
1134     fn test_child_doesnt_ref_parent() {
1135         // If the child refcounts the parent thread, this will stack overflow when
1136         // climbing the thread tree to dereference each ancestor. (See #1789)
1137         // (well, it would if the constant were 8000+ - I lowered it to be more
1138         // valgrind-friendly. try this at home, instead..!)
1139         const GENERATIONS: u32 = 16;
1140         fn child_no(x: u32) -> Box<Fn() + Send> {
1141             return Box::new(move|| {
1142                 if x < GENERATIONS {
1143                     thread::spawn(move|| child_no(x+1)());
1144                 }
1145             });
1146         }
1147         thread::spawn(|| child_no(0)());
1148     }
1149
1150     #[test]
1151     fn test_simple_newsched_spawn() {
1152         thread::spawn(move || {});
1153     }
1154
1155     #[test]
1156     fn test_try_panic_message_static_str() {
1157         match thread::spawn(move|| {
1158             panic!("static string");
1159         }).join() {
1160             Err(e) => {
1161                 type T = &'static str;
1162                 assert!(e.is::<T>());
1163                 assert_eq!(*e.downcast::<T>().unwrap(), "static string");
1164             }
1165             Ok(()) => panic!()
1166         }
1167     }
1168
1169     #[test]
1170     fn test_try_panic_message_owned_str() {
1171         match thread::spawn(move|| {
1172             panic!("owned string".to_string());
1173         }).join() {
1174             Err(e) => {
1175                 type T = String;
1176                 assert!(e.is::<T>());
1177                 assert_eq!(*e.downcast::<T>().unwrap(), "owned string".to_string());
1178             }
1179             Ok(()) => panic!()
1180         }
1181     }
1182
1183     #[test]
1184     fn test_try_panic_message_any() {
1185         match thread::spawn(move|| {
1186             panic!(box 413u16 as Box<Any + Send>);
1187         }).join() {
1188             Err(e) => {
1189                 type T = Box<Any + Send>;
1190                 assert!(e.is::<T>());
1191                 let any = e.downcast::<T>().unwrap();
1192                 assert!(any.is::<u16>());
1193                 assert_eq!(*any.downcast::<u16>().unwrap(), 413);
1194             }
1195             Ok(()) => panic!()
1196         }
1197     }
1198
1199     #[test]
1200     fn test_try_panic_message_unit_struct() {
1201         struct Juju;
1202
1203         match thread::spawn(move|| {
1204             panic!(Juju)
1205         }).join() {
1206             Err(ref e) if e.is::<Juju>() => {}
1207             Err(_) | Ok(()) => panic!()
1208         }
1209     }
1210
1211     #[test]
1212     fn test_park_timeout_unpark_before() {
1213         for _ in 0..10 {
1214             thread::current().unpark();
1215             thread::park_timeout(Duration::from_millis(u32::MAX as u64));
1216         }
1217     }
1218
1219     #[test]
1220     fn test_park_timeout_unpark_not_called() {
1221         for _ in 0..10 {
1222             thread::park_timeout(Duration::from_millis(10));
1223         }
1224     }
1225
1226     #[test]
1227     fn test_park_timeout_unpark_called_other_thread() {
1228         for _ in 0..10 {
1229             let th = thread::current();
1230
1231             let _guard = thread::spawn(move || {
1232                 super::sleep(Duration::from_millis(50));
1233                 th.unpark();
1234             });
1235
1236             thread::park_timeout(Duration::from_millis(u32::MAX as u64));
1237         }
1238     }
1239
1240     #[test]
1241     fn sleep_ms_smoke() {
1242         thread::sleep(Duration::from_millis(2));
1243     }
1244
1245     #[test]
1246     fn test_thread_id_equal() {
1247         assert!(thread::current().id() == thread::current().id());
1248     }
1249
1250     #[test]
1251     fn test_thread_id_not_equal() {
1252         let spawned_id = thread::spawn(|| thread::current().id()).join().unwrap();
1253         assert!(thread::current().id() != spawned_id);
1254     }
1255
1256     // NOTE: the corresponding test for stderr is in run-pass/thread-stderr, due
1257     // to the test harness apparently interfering with stderr configuration.
1258 }