]> git.lizzy.rs Git - rust.git/blob - src/libstd/thread.rs
doc: remove incomplete sentence
[rust.git] / src / libstd / thread.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.
17 //!
18 //! Communication between threads can be done through
19 //! [channels](../../std/comm/index.html), Rust's message-passing
20 //! 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,
25 //! [`Arc`](../../std/sync/struct.Arc.html).
26 //!
27 //! Fatal logic errors in Rust cause *thread panic*, during which
28 //! a thread will unwind the stack, running destructors and freeing
29 //! owned resources. Thread panic is unrecoverable from within
30 //! the panicking thread (i.e. there is no 'try/catch' in Rust), but
31 //! panic may optionally be detected from a different thread. If
32 //! the main thread panics the application will exit with a non-zero
33 //! exit code.
34 //!
35 //! When the main thread of a Rust program terminates, the entire program shuts
36 //! down, even if other threads are still running. However, this module provides
37 //! convenient facilities for automatically waiting for the termination of a
38 //! child thread (i.e., join), described below.
39 //!
40 //! ## The `Thread` type
41 //!
42 //! Already-running threads are represented via the `Thread` type, which you can
43 //! get in one of two ways:
44 //!
45 //! * By spawning a new thread, e.g. using the `Thread::spawn` constructor;
46 //! * By requesting the current thread, using the `Thread::current` function.
47 //!
48 //! Threads can be named, and provide some built-in support for low-level
49 //! synchronization described below.
50 //!
51 //! The `Thread::current()` function is available even for threads not spawned
52 //! by the APIs of this module.
53 //!
54 //! ## Spawning a thread
55 //!
56 //! A new thread can be spawned using the `Thread::spawn` function:
57 //!
58 //! ```rust
59 //! use std::thread::Thread;
60 //!
61 //! let guard = Thread::spawn(move || {
62 //!     println!("Hello, World!");
63 //!     // some computation here
64 //! });
65 //! let result = guard.join();
66 //! ```
67 //!
68 //! The `spawn` function doesn't return a `Thread` directly; instead, it returns
69 //! a *join guard* from which a `Thread` can be extracted. The join guard is an
70 //! RAII-style guard that will automatically join the child thread (block until
71 //! it terminates) when it is dropped. You can join the child thread in advance
72 //! by calling the `join` method on the guard, which will also return the result
73 //! produced by the thread.
74 //!
75 //! If you instead wish to *detach* the child thread, allowing it to outlive its
76 //! parent, you can use the `detach` method on the guard,
77 //!
78 //! A handle to the thread itself is available via the `thread` method on the
79 //! join guard.
80 //!
81 //! ## Configuring threads
82 //!
83 //! A new thread can be configured before it is spawned via the `Builder` type,
84 //! which currently allows you to set the name, stack size, and writers for
85 //! `println!` and `panic!` for the child thread:
86 //!
87 //! ```rust
88 //! use std::thread;
89 //!
90 //! thread::Builder::new().name("child1".to_string()).spawn(move || {
91 //!     println!("Hello, world!")
92 //! }).detach();
93 //! ```
94 //!
95 //! ## Blocking support: park and unpark
96 //!
97 //! Every thread is equipped with some basic low-level blocking support, via the
98 //! `park` and `unpark` functions.
99 //!
100 //! Conceptually, each `Thread` handle has an associated token, which is
101 //! initially not present:
102 //!
103 //! * The `Thread::park()` function blocks the current thread unless or until
104 //!   the token is available for its thread handle, at which point It atomically
105 //!   consumes the token. It may also return *spuriously*, without consuming the
106 //!   token.
107 //!
108 //! * The `unpark()` method on a `Thread` atomically makes the token available
109 //!   if it wasn't already.
110 //!
111 //! In other words, each `Thread` acts a bit like a semaphore with initial count
112 //! 0, except that the semaphore is *saturating* (the count cannot go above 1),
113 //! and can return spuriously.
114 //!
115 //! The API is typically used by acquiring a handle to the current thread,
116 //! placing that handle in a shared data structure so that other threads can
117 //! find it, and then `park`ing. When some desired condition is met, another
118 //! thread calls `unpark` on the handle.
119 //!
120 //! The motivation for this design is twofold:
121 //!
122 //! * It avoids the need to allocate mutexes and condvars when building new
123 //!   synchronization primitives; the threads already provide basic blocking/signaling.
124 //!
125 //! * It can be implemented highly efficiently on many platforms.
126
127 use any::Any;
128 use borrow::IntoCow;
129 use boxed::Box;
130 use cell::UnsafeCell;
131 use clone::Clone;
132 use kinds::{Send, Sync};
133 use ops::{Drop, FnOnce};
134 use option::Option::{mod, Some, None};
135 use result::Result::{Err, Ok};
136 use sync::{Mutex, Condvar, Arc};
137 use str::Str;
138 use string::String;
139 use rt::{mod, unwind};
140 use io::{Writer, stdio};
141 use thunk::Thunk;
142
143 use sys::thread as imp;
144 use sys_common::{stack, thread_info};
145
146 /// Thread configuation. Provides detailed control over the properties
147 /// and behavior of new threads.
148 pub struct Builder {
149     // A name for the thread-to-be, for identification in panic messages
150     name: Option<String>,
151     // The size of the stack for the spawned thread
152     stack_size: Option<uint>,
153     // Thread-local stdout
154     stdout: Option<Box<Writer + Send>>,
155     // Thread-local stderr
156     stderr: Option<Box<Writer + Send>>,
157 }
158
159 impl Builder {
160     /// Generate the base configuration for spawning a thread, from which
161     /// configuration methods can be chained.
162     pub fn new() -> Builder {
163         Builder {
164             name: None,
165             stack_size: None,
166             stdout: None,
167             stderr: None,
168         }
169     }
170
171     /// Name the thread-to-be. Currently the name is used for identification
172     /// only in panic messages.
173     pub fn name(mut self, name: String) -> Builder {
174         self.name = Some(name);
175         self
176     }
177
178     /// Deprecated: use `name` instead
179     #[deprecated = "use name instead"]
180     pub fn named<T: IntoCow<'static, String, str>>(self, name: T) -> Builder {
181         self.name(name.into_cow().into_owned())
182     }
183
184     /// Set the size of the stack for the new thread.
185     pub fn stack_size(mut self, size: uint) -> Builder {
186         self.stack_size = Some(size);
187         self
188     }
189
190     /// Redirect thread-local stdout.
191     #[experimental = "Will likely go away after proc removal"]
192     pub fn stdout(mut self, stdout: Box<Writer + Send>) -> Builder {
193         self.stdout = Some(stdout);
194         self
195     }
196
197     /// Redirect thread-local stderr.
198     #[experimental = "Will likely go away after proc removal"]
199     pub fn stderr(mut self, stderr: Box<Writer + Send>) -> Builder {
200         self.stderr = Some(stderr);
201         self
202     }
203
204     /// Spawn a new joinable thread, and return a JoinGuard guard for it.
205     ///
206     /// See `Thead::spawn` and the module doc for more details.
207     pub fn spawn<T, F>(self, f: F) -> JoinGuard<T> where
208         T: Send, F: FnOnce() -> T, F: Send
209     {
210         self.spawn_inner(Thunk::new(f))
211     }
212
213     fn spawn_inner<T: Send>(self, f: Thunk<(), T>) -> JoinGuard<T> {
214         let my_packet = Packet(Arc::new(UnsafeCell::new(None)));
215         let their_packet = Packet(my_packet.0.clone());
216
217         let Builder { name, stack_size, stdout, stderr } = self;
218
219         let stack_size = stack_size.unwrap_or(rt::min_stack());
220         let my_thread = Thread::new(name);
221         let their_thread = my_thread.clone();
222
223         // Spawning a new OS thread guarantees that __morestack will never get
224         // triggered, but we must manually set up the actual stack bounds once
225         // this function starts executing. This raises the lower limit by a bit
226         // because by the time that this function is executing we've already
227         // consumed at least a little bit of stack (we don't know the exact byte
228         // address at which our stack started).
229         let main = move |:| {
230             let something_around_the_top_of_the_stack = 1;
231             let addr = &something_around_the_top_of_the_stack as *const int;
232             let my_stack_top = addr as uint;
233             let my_stack_bottom = my_stack_top - stack_size + 1024;
234             unsafe {
235                 stack::record_os_managed_stack_bounds(my_stack_bottom, my_stack_top);
236             }
237             thread_info::set(
238                 (my_stack_bottom, my_stack_top),
239                 unsafe { imp::guard::current() },
240                 their_thread
241             );
242
243             let mut output = None;
244             let f: Thunk<(), T> = if stdout.is_some() || stderr.is_some() {
245                 Thunk::new(move |:| {
246                     let _ = stdout.map(stdio::set_stdout);
247                     let _ = stderr.map(stdio::set_stderr);
248                     f.invoke(())
249                 })
250             } else {
251                 f
252             };
253
254             let try_result = {
255                 let ptr = &mut output;
256
257                 // There are two primary reasons that general try/catch is
258                 // unsafe. The first is that we do not support nested
259                 // try/catch. The fact that this is happening in a newly-spawned
260                 // thread suffices. The second is that unwinding while unwinding
261                 // is not defined.  We take care of that by having an
262                 // 'unwinding' flag in the thread itself. For these reasons,
263                 // this unsafety should be ok.
264                 unsafe {
265                     unwind::try(move || *ptr = Some(f.invoke(())))
266                 }
267             };
268             unsafe {
269                 *their_packet.0.get() = Some(match (output, try_result) {
270                     (Some(data), Ok(_)) => Ok(data),
271                     (None, Err(cause)) => Err(cause),
272                     _ => unreachable!()
273                 });
274             }
275         };
276
277         JoinGuard {
278             native: unsafe { imp::create(stack_size, Thunk::new(main)) },
279             joined: false,
280             packet: my_packet,
281             thread: my_thread,
282         }
283     }
284 }
285
286 struct Inner {
287     name: Option<String>,
288     lock: Mutex<bool>,          // true when there is a buffered unpark
289     cvar: Condvar,
290 }
291
292 unsafe impl Sync for Inner {}
293
294 #[deriving(Clone)]
295 /// A handle to a thread.
296 pub struct Thread {
297     inner: Arc<Inner>,
298 }
299
300 unsafe impl Sync for Thread {}
301
302 impl Thread {
303     // Used only internally to construct a thread object without spawning
304     fn new(name: Option<String>) -> Thread {
305         Thread {
306             inner: Arc::new(Inner {
307                 name: name,
308                 lock: Mutex::new(false),
309                 cvar: Condvar::new(),
310             })
311         }
312     }
313
314     /// Spawn a new joinable thread, returning a `JoinGuard` for it.
315     ///
316     /// The join guard can be used to explicitly join the child thread (via
317     /// `join`), returning `Result<T>`, or it will implicitly join the child
318     /// upon being dropped. To detach the child, allowing it to outlive the
319     /// current thread, use `detach`.  See the module documentation for additional details.
320     pub fn spawn<T, F>(f: F) -> JoinGuard<T> where
321         T: Send, F: FnOnce() -> T, F: Send
322     {
323         Builder::new().spawn(f)
324     }
325
326     /// Gets a handle to the thread that invokes it.
327     pub fn current() -> Thread {
328         thread_info::current_thread()
329     }
330
331     /// Cooperatively give up a timeslice to the OS scheduler.
332     pub fn yield_now() {
333         unsafe { imp::yield_now() }
334     }
335
336     /// Determines whether the current thread is panicking.
337     #[inline]
338     pub fn panicking() -> bool {
339         unwind::panicking()
340     }
341
342     /// Block unless or until the current thread's token is made available (may wake spuriously).
343     ///
344     /// See the module doc for more detail.
345     //
346     // The implementation currently uses the trivial strategy of a Mutex+Condvar
347     // with wakeup flag, which does not actually allow spurious wakeups. In the
348     // future, this will be implemented in a more efficient way, perhaps along the lines of
349     //   http://cr.openjdk.java.net/~stefank/6989984.1/raw_files/new/src/os/linux/vm/os_linux.cpp
350     // or futuxes, and in either case may allow spurious wakeups.
351     pub fn park() {
352         let thread = Thread::current();
353         let mut guard = thread.inner.lock.lock().unwrap();
354         while !*guard {
355             guard = thread.inner.cvar.wait(guard).unwrap();
356         }
357         *guard = false;
358     }
359
360     /// Atomically makes the handle's token available if it is not already.
361     ///
362     /// See the module doc for more detail.
363     pub fn unpark(&self) {
364         let mut guard = self.inner.lock.lock().unwrap();
365         if !*guard {
366             *guard = true;
367             self.inner.cvar.notify_one();
368         }
369     }
370
371     /// Get the thread's name.
372     pub fn name(&self) -> Option<&str> {
373         self.inner.name.as_ref().map(|s| s.as_slice())
374     }
375 }
376
377 // a hack to get around privacy restrictions
378 impl thread_info::NewThread for Thread {
379     fn new(name: Option<String>) -> Thread { Thread::new(name) }
380 }
381
382 /// Indicates the manner in which a thread exited.
383 ///
384 /// A thread that completes without panicking is considered to exit successfully.
385 pub type Result<T> = ::result::Result<T, Box<Any + Send>>;
386
387 struct Packet<T>(Arc<UnsafeCell<Option<Result<T>>>>);
388
389 unsafe impl<T:'static+Send> Send for Packet<T> {}
390 unsafe impl<T> Sync for Packet<T> {}
391
392 #[must_use]
393 /// An RAII-style guard that will block until thread termination when dropped.
394 ///
395 /// The type `T` is the return type for the thread's main function.
396 pub struct JoinGuard<T> {
397     native: imp::rust_thread,
398     thread: Thread,
399     joined: bool,
400     packet: Packet<T>,
401 }
402
403 unsafe impl<T: Send> Sync for JoinGuard<T> {}
404
405 impl<T: Send> JoinGuard<T> {
406     /// Extract a handle to the thread this guard will join on.
407     pub fn thread(&self) -> &Thread {
408         &self.thread
409     }
410
411     /// Wait for the associated thread to finish, returning the result of the thread's
412     /// calculation.
413     ///
414     /// If the child thread panics, `Err` is returned with the parameter given
415     /// to `panic`.
416     pub fn join(mut self) -> Result<T> {
417         assert!(!self.joined);
418         unsafe { imp::join(self.native) };
419         self.joined = true;
420         unsafe {
421             (*self.packet.0.get()).take().unwrap()
422         }
423     }
424
425     /// Detaches the child thread, allowing it to outlive its parent.
426     pub fn detach(mut self) {
427         unsafe { imp::detach(self.native) };
428         self.joined = true; // avoid joining in the destructor
429     }
430 }
431
432 #[unsafe_destructor]
433 impl<T: Send> Drop for JoinGuard<T> {
434     fn drop(&mut self) {
435         if !self.joined {
436             unsafe { imp::join(self.native) };
437         }
438     }
439 }
440
441 #[cfg(test)]
442 mod test {
443     use prelude::v1::*;
444
445     use any::{Any, AnyRefExt};
446     use sync::mpsc::{channel, Sender};
447     use boxed::BoxAny;
448     use result;
449     use std::io::{ChanReader, ChanWriter};
450     use super::{Thread, Builder};
451     use thunk::Thunk;
452
453     // !!! These tests are dangerous. If something is buggy, they will hang, !!!
454     // !!! instead of exiting cleanly. This might wedge the buildbots.       !!!
455
456     #[test]
457     fn test_unnamed_thread() {
458         Thread::spawn(move|| {
459             assert!(Thread::current().name().is_none());
460         }).join().map_err(|_| ()).unwrap();
461     }
462
463     #[test]
464     fn test_named_thread() {
465         Builder::new().name("ada lovelace".to_string()).spawn(move|| {
466             assert!(Thread::current().name().unwrap() == "ada lovelace".to_string());
467         }).join().map_err(|_| ()).unwrap();
468     }
469
470     #[test]
471     fn test_run_basic() {
472         let (tx, rx) = channel();
473         Thread::spawn(move|| {
474             tx.send(()).unwrap();
475         }).detach();
476         rx.recv().unwrap();
477     }
478
479     #[test]
480     fn test_join_success() {
481         match Thread::spawn(move|| -> String {
482             "Success!".to_string()
483         }).join().as_ref().map(|s| s.as_slice()) {
484             result::Result::Ok("Success!") => (),
485             _ => panic!()
486         }
487     }
488
489     #[test]
490     fn test_join_panic() {
491         match Thread::spawn(move|| {
492             panic!()
493         }).join() {
494             result::Result::Err(_) => (),
495             result::Result::Ok(()) => panic!()
496         }
497     }
498
499     #[test]
500     fn test_spawn_sched() {
501         use clone::Clone;
502
503         let (tx, rx) = channel();
504
505         fn f(i: int, tx: Sender<()>) {
506             let tx = tx.clone();
507             Thread::spawn(move|| {
508                 if i == 0 {
509                     tx.send(()).unwrap();
510                 } else {
511                     f(i - 1, tx);
512                 }
513             }).detach();
514
515         }
516         f(10, tx);
517         rx.recv().unwrap();
518     }
519
520     #[test]
521     fn test_spawn_sched_childs_on_default_sched() {
522         let (tx, rx) = channel();
523
524         Thread::spawn(move|| {
525             Thread::spawn(move|| {
526                 tx.send(()).unwrap();
527             }).detach();
528         }).detach();
529
530         rx.recv().unwrap();
531     }
532
533     fn avoid_copying_the_body<F>(spawnfn: F) where F: FnOnce(Thunk) {
534         let (tx, rx) = channel::<uint>();
535
536         let x = box 1;
537         let x_in_parent = (&*x) as *const int as uint;
538
539         spawnfn(Thunk::new(move|| {
540             let x_in_child = (&*x) as *const int as uint;
541             tx.send(x_in_child).unwrap();
542         }));
543
544         let x_in_child = rx.recv().unwrap();
545         assert_eq!(x_in_parent, x_in_child);
546     }
547
548     #[test]
549     fn test_avoid_copying_the_body_spawn() {
550         avoid_copying_the_body(|v| {
551             Thread::spawn(move || v.invoke(())).detach();
552         });
553     }
554
555     #[test]
556     fn test_avoid_copying_the_body_thread_spawn() {
557         avoid_copying_the_body(|f| {
558             Thread::spawn(move|| {
559                 f.invoke(());
560             }).detach();
561         })
562     }
563
564     #[test]
565     fn test_avoid_copying_the_body_join() {
566         avoid_copying_the_body(|f| {
567             let _ = Thread::spawn(move|| {
568                 f.invoke(())
569             }).join();
570         })
571     }
572
573     #[test]
574     fn test_child_doesnt_ref_parent() {
575         // If the child refcounts the parent task, this will stack overflow when
576         // climbing the task tree to dereference each ancestor. (See #1789)
577         // (well, it would if the constant were 8000+ - I lowered it to be more
578         // valgrind-friendly. try this at home, instead..!)
579         static GENERATIONS: uint = 16;
580         fn child_no(x: uint) -> Thunk {
581             return Thunk::new(move|| {
582                 if x < GENERATIONS {
583                     Thread::spawn(move|| child_no(x+1).invoke(())).detach();
584                 }
585             });
586         }
587         Thread::spawn(|| child_no(0).invoke(())).detach();
588     }
589
590     #[test]
591     fn test_simple_newsched_spawn() {
592         Thread::spawn(move || {}).detach();
593     }
594
595     #[test]
596     fn test_try_panic_message_static_str() {
597         match Thread::spawn(move|| {
598             panic!("static string");
599         }).join() {
600             Err(e) => {
601                 type T = &'static str;
602                 assert!(e.is::<T>());
603                 assert_eq!(*e.downcast::<T>().unwrap(), "static string");
604             }
605             Ok(()) => panic!()
606         }
607     }
608
609     #[test]
610     fn test_try_panic_message_owned_str() {
611         match Thread::spawn(move|| {
612             panic!("owned string".to_string());
613         }).join() {
614             Err(e) => {
615                 type T = String;
616                 assert!(e.is::<T>());
617                 assert_eq!(*e.downcast::<T>().unwrap(), "owned string".to_string());
618             }
619             Ok(()) => panic!()
620         }
621     }
622
623     #[test]
624     fn test_try_panic_message_any() {
625         match Thread::spawn(move|| {
626             panic!(box 413u16 as Box<Any + Send>);
627         }).join() {
628             Err(e) => {
629                 type T = Box<Any + Send>;
630                 assert!(e.is::<T>());
631                 let any = e.downcast::<T>().unwrap();
632                 assert!(any.is::<u16>());
633                 assert_eq!(*any.downcast::<u16>().unwrap(), 413u16);
634             }
635             Ok(()) => panic!()
636         }
637     }
638
639     #[test]
640     fn test_try_panic_message_unit_struct() {
641         struct Juju;
642
643         match Thread::spawn(move|| {
644             panic!(Juju)
645         }).join() {
646             Err(ref e) if e.is::<Juju>() => {}
647             Err(_) | Ok(()) => panic!()
648         }
649     }
650
651     #[test]
652     fn test_stdout() {
653         let (tx, rx) = channel();
654         let mut reader = ChanReader::new(rx);
655         let stdout = ChanWriter::new(tx);
656
657         let r = Builder::new().stdout(box stdout as Box<Writer + Send>).spawn(move|| {
658             print!("Hello, world!");
659         }).join();
660         assert!(r.is_ok());
661
662         let output = reader.read_to_string().unwrap();
663         assert_eq!(output, "Hello, world!".to_string());
664     }
665
666     // NOTE: the corresponding test for stderr is in run-pass/task-stderr, due
667     // to the test harness apparently interfering with stderr configuration.
668 }