Integrate mainline
[p5sagit/p5-mst-13.2.git] / pod / perlthrtut.pod
1 =head1 NAME
2
3 perlthrtut - tutorial on threads in Perl
4
5 =head1 DESCRIPTION
6
7 B<NOTE>: this tutorial describes the new Perl threading flavour
8 introduced in Perl 5.6.0 called interpreter threads, or ithreads
9 for short.  There is another older perl threading flavour called
10 the 5.005 model, unsurprisingly for 5.005 versions of Perl.
11
12 You can see which (or neither) threading flavour you have by
13 running C<perl -V> and looking at the C<Platform> section.
14 If you have C<useithreads=define> you have ithreads, if you
15 have C<use5005threads=define> you have 5.005 threads.
16 If you have neither, you don't have any thread support built in.
17 If you have both, you are in trouble.
18
19
20 =head1 What Is A Thread Anyway?
21
22 A thread is a flow of control through a program with a single
23 execution point.
24
25 Sounds an awful lot like a process, doesn't it? Well, it should.
26 Threads are one of the pieces of a process.  Every process has at least
27 one thread and, up until now, every process running Perl had only one
28 thread.  With 5.8, though, you can create extra threads.  We're going
29 to show you how, when, and why.
30
31 =head1 Threaded Program Models
32
33 There are three basic ways that you can structure a threaded
34 program.  Which model you choose depends on what you need your program
35 to do.  For many non-trivial threaded programs you'll need to choose
36 different models for different pieces of your program.
37
38 =head2 Boss/Worker
39
40 The boss/worker model usually has one `boss' thread and one or more
41 `worker' threads.  The boss thread gathers or generates tasks that need
42 to be done, then parcels those tasks out to the appropriate worker
43 thread.
44
45 This model is common in GUI and server programs, where a main thread
46 waits for some event and then passes that event to the appropriate
47 worker threads for processing.  Once the event has been passed on, the
48 boss thread goes back to waiting for another event.
49
50 The boss thread does relatively little work.  While tasks aren't
51 necessarily performed faster than with any other method, it tends to
52 have the best user-response times.
53
54 =head2 Work Crew
55
56 In the work crew model, several threads are created that do
57 essentially the same thing to different pieces of data.  It closely
58 mirrors classical parallel processing and vector processors, where a
59 large array of processors do the exact same thing to many pieces of
60 data.
61
62 This model is particularly useful if the system running the program
63 will distribute multiple threads across different processors.  It can
64 also be useful in ray tracing or rendering engines, where the
65 individual threads can pass on interim results to give the user visual
66 feedback.
67
68 =head2 Pipeline
69
70 The pipeline model divides up a task into a series of steps, and
71 passes the results of one step on to the thread processing the
72 next.  Each thread does one thing to each piece of data and passes the
73 results to the next thread in line.
74
75 This model makes the most sense if you have multiple processors so two
76 or more threads will be executing in parallel, though it can often
77 make sense in other contexts as well.  It tends to keep the individual
78 tasks small and simple, as well as allowing some parts of the pipeline
79 to block (on I/O or system calls, for example) while other parts keep
80 going.  If you're running different parts of the pipeline on different
81 processors you may also take advantage of the caches on each
82 processor.
83
84 This model is also handy for a form of recursive programming where,
85 rather than having a subroutine call itself, it instead creates
86 another thread.  Prime and Fibonacci generators both map well to this
87 form of the pipeline model. (A version of a prime number generator is
88 presented later on.)
89
90 =head1 Native threads
91
92 There are several different ways to implement threads on a system.  How
93 threads are implemented depends both on the vendor and, in some cases,
94 the version of the operating system.  Often the first implementation
95 will be relatively simple, but later versions of the OS will be more
96 sophisticated.
97
98 While the information in this section is useful, it's not necessary,
99 so you can skip it if you don't feel up to it.
100
101 There are three basic categories of threads: user-mode threads, kernel
102 threads, and multiprocessor kernel threads.
103
104 User-mode threads are threads that live entirely within a program and
105 its libraries.  In this model, the OS knows nothing about threads.  As
106 far as it's concerned, your process is just a process.
107
108 This is the easiest way to implement threads, and the way most OSes
109 start.  The big disadvantage is that, since the OS knows nothing about
110 threads, if one thread blocks they all do.  Typical blocking activities
111 include most system calls, most I/O, and things like sleep().
112
113 Kernel threads are the next step in thread evolution.  The OS knows
114 about kernel threads, and makes allowances for them.  The main
115 difference between a kernel thread and a user-mode thread is
116 blocking.  With kernel threads, things that block a single thread don't
117 block other threads.  This is not the case with user-mode threads,
118 where the kernel blocks at the process level and not the thread level.
119
120 This is a big step forward, and can give a threaded program quite a
121 performance boost over non-threaded programs.  Threads that block
122 performing I/O, for example, won't block threads that are doing other
123 things.  Each process still has only one thread running at once,
124 though, regardless of how many CPUs a system might have.
125
126 Since kernel threading can interrupt a thread at any time, they will
127 uncover some of the implicit locking assumptions you may make in your
128 program.  For example, something as simple as C<$a = $a + 2> can behave
129 unpredictably with kernel threads if $a is visible to other
130 threads, as another thread may have changed $a between the time it
131 was fetched on the right hand side and the time the new value is
132 stored.
133
134 Multiprocessor kernel threads are the final step in thread
135 support.  With multiprocessor kernel threads on a machine with multiple
136 CPUs, the OS may schedule two or more threads to run simultaneously on
137 different CPUs.
138
139 This can give a serious performance boost to your threaded program,
140 since more than one thread will be executing at the same time.  As a
141 tradeoff, though, any of those nagging synchronization issues that
142 might not have shown with basic kernel threads will appear with a
143 vengeance.
144
145 In addition to the different levels of OS involvement in threads,
146 different OSes (and different thread implementations for a particular
147 OS) allocate CPU cycles to threads in different ways.
148
149 Cooperative multitasking systems have running threads give up control
150 if one of two things happen.  If a thread calls a yield function, it
151 gives up control.  It also gives up control if the thread does
152 something that would cause it to block, such as perform I/O.  In a
153 cooperative multitasking implementation, one thread can starve all the
154 others for CPU time if it so chooses.
155
156 Preemptive multitasking systems interrupt threads at regular intervals
157 while the system decides which thread should run next.  In a preemptive
158 multitasking system, one thread usually won't monopolize the CPU.
159
160 On some systems, there can be cooperative and preemptive threads
161 running simultaneously. (Threads running with realtime priorities
162 often behave cooperatively, for example, while threads running at
163 normal priorities behave preemptively.)
164
165 =head1 What kind of threads are perl threads?
166
167 If you have experience with other thread implementations, you might
168 find that things aren't quite what you expect.  It's very important to
169 remember when dealing with Perl threads that Perl Threads Are Not X
170 Threads, for all values of X.  They aren't POSIX threads, or
171 DecThreads, or Java's Green threads, or Win32 threads.  There are
172 similarities, and the broad concepts are the same, but if you start
173 looking for implementation details you're going to be either
174 disappointed or confused.  Possibly both.
175
176 This is not to say that Perl threads are completely different from
177 everything that's ever come before--they're not.  Perl's threading
178 model owes a lot to other thread models, especially POSIX.  Just as
179 Perl is not C, though, Perl threads are not POSIX threads.  So if you
180 find yourself looking for mutexes, or thread priorities, it's time to
181 step back a bit and think about what you want to do and how Perl can
182 do it.
183
184 However it is important to remember that Perl threads cannot magically
185 do things unless your operating systems threads allows it. So if your
186 system blocks the entire process on sleep(), perl usually will as well.
187
188 =head1 Threadsafe Modules
189
190 The addition of threads has changed Perl's internals 
191 substantially. There are implications for people who write
192 modules with XS code or external libraries. However, since the threads
193 do not share data, pure Perl modules that don't interact with external
194 systems should be safe. Modules that are not tagged as thread-safe should
195 be tested or code reviewed before being used in production code.
196
197 Not all modules that you might use are thread-safe, and you should
198 always assume a module is unsafe unless the documentation says
199 otherwise.  This includes modules that are distributed as part of the
200 core.  Threads are a new feature, and even some of the standard
201 modules aren't thread-safe. (*** I think ActiveState checked this for
202 psuedofork, check with GSAR)
203
204 Even if a module is threadsafe, it doesn't mean that the module is optimized
205 to work well with threads. A module could possibly be rewritten to utilize
206 the new features in threaded Perl to increase performance in a threaded
207 environment.
208
209 If you're using a module that's not thread-safe for some reason, you
210 can protect yourself by using semaphores and lots of programming
211 discipline to control access to the module.  Semaphores are covered
212 later in the article.  Perl Threads Are Different
213
214 =head1 Thread Basics
215
216 The core L<threads> module provides the basic functions you need to write
217 threaded programs.  In the following sections we'll cover the basics,
218 showing you what you need to do to create a threaded program.   After
219 that, we'll go over some of the features of the L<threads> module that
220 make threaded programming easier.
221
222 =head2 Basic Thread Support
223
224 Thread support is a Perl compile-time option - it's something that's
225 turned on or off when Perl is built at your site, rather than when
226 your programs are compiled. If your Perl wasn't compiled with thread
227 support enabled, then any attempt to use threads will fail.
228
229 Your programs can use the Config module to check whether threads are
230 enabled. If your program can't run without them, you can say something
231 like:
232
233   $Config{useithreads} or die "Recompile Perl with threads to run this program.";
234
235 A possibly-threaded program using a possibly-threaded module might
236 have code like this:
237
238     use Config; 
239     use MyMod; 
240
241     if ($Config{useithreads}) { 
242         # We have threads 
243         require MyMod_threaded; 
244         import MyMod_threaded; 
245     } else { 
246         require MyMod_unthreaded; 
247         import MyMod_unthreaded; 
248     } 
249
250 Since code that runs both with and without threads is usually pretty
251 messy, it's best to isolate the thread-specific code in its own
252 module.  In our example above, that's what MyMod_threaded is, and it's
253 only imported if we're running on a threaded Perl.
254
255 =head2 Creating Threads
256
257 The L<threads> package provides the tools you need to create new
258 threads.  Like any other module, you need to tell Perl you want to use
259 it; C<use threads> imports all the pieces you need to create basic
260 threads.
261
262 The simplest, straightforward way to create a thread is with new():
263
264     use threads; 
265
266     $thr = threads->new(\&sub1);
267
268     sub sub1 { 
269         print "In the thread\n"; 
270     }
271
272 The new() method takes a reference to a subroutine and creates a new
273 thread, which starts executing in the referenced subroutine.  Control
274 then passes both to the subroutine and the caller.
275
276 If you need to, your program can pass parameters to the subroutine as
277 part of the thread startup.  Just include the list of parameters as
278 part of the C<threads::new> call, like this:
279
280     use threads; 
281     $Param3 = "foo"; 
282     $thr = threads->new(\&sub1, "Param 1", "Param 2", $Param3); 
283     $thr = threads->new(\&sub1, @ParamList); 
284     $thr = threads->new(\&sub1, qw(Param1 Param2 $Param3));
285
286     sub sub1 { 
287         my @InboundParameters = @_; 
288         print "In the thread\n"; 
289         print "got parameters >", join("<>", @InboundParameters), "<\n"; 
290     }
291
292
293 The last example illustrates another feature of threads.  You can spawn
294 off several threads using the same subroutine.  Each thread executes
295 the same subroutine, but in a separate thread with a separate
296 environment and potentially separate arguments.
297
298 =head2 Giving up control
299
300 There are times when you may find it useful to have a thread
301 explicitly give up the CPU to another thread.  Your threading package
302 might not support preemptive multitasking for threads, for example, or
303 you may be doing something compute-intensive and want to make sure
304 that the user-interface thread gets called frequently.  Regardless,
305 there are times that you might want a thread to give up the processor.
306
307 Perl's threading package provides the yield() function that does
308 this. yield() is pretty straightforward, and works like this:
309
310     use threads; 
311         
312         sub loop {
313                 my $thread = shift;
314                 my $foo = 50;
315                 while($foo--) { print "in thread $thread\n" }
316                 threads->yield();
317                 $foo = 50;
318                 while($foo--) { print "in thread $thread\n" }
319         }
320
321         my $thread1 = threads->new(\&loop, 'first');
322         my $thread2 = threads->new(\&loop, 'second');
323         my $thread3 = threads->new(\&loop, 'third');
324         
325 It is important to remember that yield() is only a hint to give up the CPU,
326 it depends on your hardware, OS and threading libraries what actually happens.
327 Therefore it is important to note that one should not build the scheduling of 
328 the threads around yield() calls. It might work on your platform but it won't
329 work on another platform.
330
331 =head2 Waiting For A Thread To Exit
332
333 Since threads are also subroutines, they can return values.  To wait
334 for a thread to exit and extract any values it might return, you can
335 use the join() method:
336
337     use threads; 
338     $thr = threads->new(\&sub1);
339
340     @ReturnData = $thr->join; 
341     print "Thread returned @ReturnData"; 
342
343     sub sub1 { return "Fifty-six", "foo", 2; }
344
345 In the example above, the join() method returns as soon as the thread
346 ends.  In addition to waiting for a thread to finish and gathering up
347 any values that the thread might have returned, join() also performs
348 any OS cleanup necessary for the thread.  That cleanup might be
349 important, especially for long-running programs that spawn lots of
350 threads.  If you don't want the return values and don't want to wait
351 for the thread to finish, you should call the detach() method
352 instead. detach() is covered later in the article.
353
354 =head2 Ignoring A Thread
355
356 join() does three things: it waits for a thread to exit, cleans up
357 after it, and returns any data the thread may have produced.  But what
358 if you're not interested in the thread's return values, and you don't
359 really care when the thread finishes? All you want is for the thread
360 to get cleaned up after when it's done.
361
362 In this case, you use the detach() method.  Once a thread is detached,
363 it'll run until it's finished, then Perl will clean up after it
364 automatically.
365
366     use threads; 
367     $thr = threads->new(\&sub1); # Spawn the thread
368
369     $thr->detach; # Now we officially don't care any more
370
371     sub sub1 { 
372         $a = 0; 
373         while (1) { 
374             $a++; 
375             print "\$a is $a\n"; 
376             sleep 1; 
377         } 
378     }
379
380
381 Once a thread is detached, it may not be joined, and any output that
382 it might have produced (if it was done and waiting for a join) is
383 lost.
384
385 =head1 Threads And Data
386
387 Now that we've covered the basics of threads, it's time for our next
388 topic: data.  Threading introduces a couple of complications to data
389 access that non-threaded programs never need to worry about.
390
391 =head2 Shared And Unshared Data
392
393 The biggest difference between perl threading and the old 5.005 style
394 threading, or most other threading systems out there, is that all data
395 is not shared. When a new perl thread is created all data is cloned 
396 and is private to that thread!
397
398 To make use of threading however, one usually want the threads to share
399 data between each other. This is done with the L<threads::shared> module
400 and the C< : shared> attribute:
401
402         use threads;
403         use threads::shared;
404         my $foo : shared = 1;
405         my $bar = 1;
406         threads->new(sub { $foo++; $bar++ })->join;
407         
408         print "$foo\n";  #prints 2 since $foo is shared
409         print "$bar\n";  #prints 1 since $bar is not shared
410
411 =head2 Thread Pitfalls: Races
412
413 While threads bring a new set of useful tools, they also bring a
414 number of pitfalls.  One pitfall is the race condition:
415
416     use threads; 
417     use threads::shared;
418     my $a : shared = 1; 
419     $thr1 = threads->new(\&sub1); 
420     $thr2 = threads->new(\&sub2); 
421
422     $thr1->join;
423     $thr2->join;
424     print "$a\n";
425
426     sub sub1 { $foo = $a; $a = $foo + 1; }
427     sub sub2 { $bar = $a; $a = $bar + 1; }
428
429 What do you think $a will be? The answer, unfortunately, is "it
430 depends." Both sub1() and sub2() access the global variable $a, once
431 to read and once to write.  Depending on factors ranging from your
432 thread implementation's scheduling algorithm to the phase of the moon,
433 $a can be 2 or 3.
434
435 Race conditions are caused by unsynchronized access to shared
436 data.  Without explicit synchronization, there's no way to be sure that
437 nothing has happened to the shared data between the time you access it
438 and the time you update it.  Even this simple code fragment has the
439 possibility of error:
440
441     use threads; 
442     my $a : shared = 2;
443     my $b : shared;
444     my $c : shared;
445     my $thr1 = threads->create(sub { $b = $a; $a = $b + 1; }); 
446     my $thr2 = threads->create(sub { $c = $a; $a = $c + 1; });
447     $thr1->join();
448     $thr2->join();
449
450 Two threads both access $a.  Each thread can potentially be interrupted
451 at any point, or be executed in any order.  At the end, $a could be 3
452 or 4, and both $b and $c could be 2 or 3.
453
454 Whenever your program accesses data or resources that can be accessed
455 by other threads, you must take steps to coordinate access or risk
456 data corruption and race conditions.
457
458 =head2 Controlling access: lock()
459
460 The lock() function takes a shared variable and puts a lock on it.  
461 No other thread may lock the variable until the locking thread exits
462 the innermost block containing the lock.  
463 Using lock() is straightforward:
464
465     use threads; 
466     my $a : shared = 4; 
467     $thr1 = threads->new(sub { 
468         $foo = 12; 
469         { 
470             lock ($a); # Block until we get access to $a 
471             $b = $a; 
472             $a = $b * $foo; 
473         } 
474         print "\$foo was $foo\n";
475     }); 
476     $thr2 = threads->new(sub { 
477         $bar = 7; 
478         { 
479             lock ($a); # Block until we can get access to $a
480             $c = $a; 
481             $a = $c * $bar; 
482         } 
483         print "\$bar was $bar\n";
484     }); 
485     $thr1->join; 
486     $thr2->join; 
487     print "\$a is $a\n";
488
489 lock() blocks the thread until the variable being locked is
490 available.  When lock() returns, your thread can be sure that no other
491 thread can lock that variable until the innermost block containing the
492 lock exits.
493
494 It's important to note that locks don't prevent access to the variable
495 in question, only lock attempts.  This is in keeping with Perl's
496 longstanding tradition of courteous programming, and the advisory file
497 locking that flock() gives you.  
498
499 You may lock arrays and hashes as well as scalars.  Locking an array,
500 though, will not block subsequent locks on array elements, just lock
501 attempts on the array itself.
502
503 Finally, locks are recursive, which means it's okay for a thread to
504 lock a variable more than once.  The lock will last until the outermost
505 lock() on the variable goes out of scope.
506
507 =head2 Thread Pitfall: Deadlocks
508
509 Locks are a handy tool to synchronize access to data.  Using them
510 properly is the key to safe shared data.  Unfortunately, locks aren't
511 without their dangers.  Consider the following code:
512
513     use threads; 
514     my $a : shared = 4; 
515     my $b : shared = "foo"; 
516     my $thr1 = threads->new(sub { 
517         lock($a); 
518         yield; 
519         sleep 20; 
520         lock ($b); 
521     }); 
522     my $thr2 = threads->new(sub { 
523         lock($b); 
524         yield; 
525         sleep 20; 
526         lock ($a); 
527     });
528
529 This program will probably hang until you kill it.  The only way it
530 won't hang is if one of the two async() routines acquires both locks
531 first.  A guaranteed-to-hang version is more complicated, but the
532 principle is the same.
533
534 The first thread spawned by async() will grab a lock on $a then, a
535 second or two later, try to grab a lock on $b.  Meanwhile, the second
536 thread grabs a lock on $b, then later tries to grab a lock on $a.  The
537 second lock attempt for both threads will block, each waiting for the
538 other to release its lock.
539
540 This condition is called a deadlock, and it occurs whenever two or
541 more threads are trying to get locks on resources that the others
542 own.  Each thread will block, waiting for the other to release a lock
543 on a resource.  That never happens, though, since the thread with the
544 resource is itself waiting for a lock to be released.
545
546 There are a number of ways to handle this sort of problem.  The best
547 way is to always have all threads acquire locks in the exact same
548 order.  If, for example, you lock variables $a, $b, and $c, always lock
549 $a before $b, and $b before $c.  It's also best to hold on to locks for
550 as short a period of time to minimize the risks of deadlock.
551
552 =head2 Queues: Passing Data Around
553
554 A queue is a special thread-safe object that lets you put data in one
555 end and take it out the other without having to worry about
556 synchronization issues.  They're pretty straightforward, and look like
557 this:
558
559     use threads; 
560     use threads::shared::queue;
561
562     my $DataQueue = new threads::shared::queue; 
563     $thr = threads->new(sub { 
564         while ($DataElement = $DataQueue->dequeue) { 
565             print "Popped $DataElement off the queue\n";
566         } 
567     }); 
568
569     $DataQueue->enqueue(12); 
570     $DataQueue->enqueue("A", "B", "C"); 
571     $DataQueue->enqueue(\$thr); 
572     sleep 10; 
573     $DataQueue->enqueue(undef);
574     $thr->join();
575
576 You create the queue with C<new threads::shared::queue>.  Then you can
577 add lists of scalars onto the end with enqueue(), and pop scalars off
578 the front of it with dequeue().  A queue has no fixed size, and can grow
579 as needed to hold everything pushed on to it.
580
581 If a queue is empty, dequeue() blocks until another thread enqueues
582 something.  This makes queues ideal for event loops and other
583 communications between threads.
584
585
586 =head1 Threads And Code
587
588 In addition to providing thread-safe access to data via locks and
589 queues, threaded Perl also provides general-purpose semaphores for
590 coarser synchronization than locks provide and thread-safe access to
591 entire subroutines.
592
593 =head2 Semaphores: Synchronizing Data Access
594
595 Semaphores are a kind of generic locking mechanism.  Unlike lock, which
596 gets a lock on a particular scalar, Perl doesn't associate any
597 particular thing with a semaphore so you can use them to control
598 access to anything you like.  In addition, semaphores can allow more
599 than one thread to access a resource at once, though by default
600 semaphores only allow one thread access at a time.
601
602 =over 4
603
604 =item Basic semaphores
605
606 Semaphores have two methods, down and up. down decrements the resource
607 count, while up increments it.  down calls will block if the
608 semaphore's current count would decrement below zero.  This program
609 gives a quick demonstration:
610
611     use threads qw(yield); 
612     use threads::shared::semaphore; 
613     my $semaphore = new threads::shared::semaphore; 
614     $GlobalVariable = 0;
615
616     $thr1 = new threads \&sample_sub, 1; 
617     $thr2 = new threads \&sample_sub, 2; 
618     $thr3 = new threads \&sample_sub, 3;
619
620     sub sample_sub { 
621         my $SubNumber = shift @_; 
622         my $TryCount = 10; 
623         my $LocalCopy; 
624         sleep 1; 
625         while ($TryCount--) { 
626             $semaphore->down; 
627             $LocalCopy = $GlobalVariable; 
628             print "$TryCount tries left for sub $SubNumber (\$GlobalVariable is $GlobalVariable)\n"; 
629             yield; 
630             sleep 2; 
631             $LocalCopy++; 
632             $GlobalVariable = $LocalCopy; 
633             $semaphore->up; 
634         } 
635     }
636
637     $thr1->join();
638     $thr2->join();
639     $thr3->join();
640
641 The three invocations of the subroutine all operate in sync.  The
642 semaphore, though, makes sure that only one thread is accessing the
643 global variable at once.
644
645 =item Advanced Semaphores
646
647 By default, semaphores behave like locks, letting only one thread
648 down() them at a time.  However, there are other uses for semaphores.
649
650 Each semaphore has a counter attached to it. By default, semaphores are
651 created with the counter set to one, down() decrements the counter by
652 one, and up() increments by one. However, we can override any or all
653 of these defaults simply by passing in different values:
654
655     use threads;
656     use threads::shared::semaphore;
657     my $semaphore = threads::shared::semaphore->new(5);
658                     # Creates a semaphore with the counter set to five
659
660     $thr1 = threads->new(\&sub1);
661     $thr2 = threads->new(\&sub1);
662
663     sub sub1 {
664         $semaphore->down(5); # Decrements the counter by five
665         # Do stuff here
666         $semaphore->up(5); # Increment the counter by five
667     }
668
669     $thr1->detach();
670     $thr2->detach();
671
672 If down() attempts to decrement the counter below zero, it blocks until
673 the counter is large enough.  Note that while a semaphore can be created
674 with a starting count of zero, any up() or down() always changes the
675 counter by at least one, and so $semaphore->down(0) is the same as
676 $semaphore->down(1).
677
678 The question, of course, is why would you do something like this? Why
679 create a semaphore with a starting count that's not one, or why
680 decrement/increment it by more than one? The answer is resource
681 availability.  Many resources that you want to manage access for can be
682 safely used by more than one thread at once.
683
684 For example, let's take a GUI driven program.  It has a semaphore that
685 it uses to synchronize access to the display, so only one thread is
686 ever drawing at once.  Handy, but of course you don't want any thread
687 to start drawing until things are properly set up.  In this case, you
688 can create a semaphore with a counter set to zero, and up it when
689 things are ready for drawing.
690
691 Semaphores with counters greater than one are also useful for
692 establishing quotas.  Say, for example, that you have a number of
693 threads that can do I/O at once.  You don't want all the threads
694 reading or writing at once though, since that can potentially swamp
695 your I/O channels, or deplete your process' quota of filehandles.  You
696 can use a semaphore initialized to the number of concurrent I/O
697 requests (or open files) that you want at any one time, and have your
698 threads quietly block and unblock themselves.
699
700 Larger increments or decrements are handy in those cases where a
701 thread needs to check out or return a number of resources at once.
702
703 =back
704
705 =head1 General Thread Utility Routines
706
707 We've covered the workhorse parts of Perl's threading package, and
708 with these tools you should be well on your way to writing threaded
709 code and packages.  There are a few useful little pieces that didn't
710 really fit in anyplace else.
711
712 =head2 What Thread Am I In?
713
714 The C<threads->self> method provides your program with a way to get an
715 object representing the thread it's currently in.  You can use this
716 object in the same way as the ones returned from thread creation.
717
718 =head2 Thread IDs
719
720 tid() is a thread object method that returns the thread ID of the
721 thread the object represents.  Thread IDs are integers, with the main
722 thread in a program being 0.  Currently Perl assigns a unique tid to
723 every thread ever created in your program, assigning the first thread
724 to be created a tid of 1, and increasing the tid by 1 for each new
725 thread that's created.
726
727 =head2 Are These Threads The Same?
728
729 The equal() method takes two thread objects and returns true 
730 if the objects represent the same thread, and false if they don't.
731
732 Thread objects also have an overloaded == comparison so that you can do
733 comparison on them as you would with normal objects.
734
735 =head2 What Threads Are Running?
736
737 threads->list returns a list of thread objects, one for each thread
738 that's currently running and not detached.  Handy for a number of things,
739 including cleaning up at the end of your program:
740
741     # Loop through all the threads 
742     foreach $thr (threads->list) { 
743         # Don't join the main thread or ourselves 
744         if ($thr->tid && !threads::equal($thr, threads->self)) { 
745             $thr->join; 
746         } 
747     }
748
749 If some threads have not finished running when the main perl thread
750 ends, perl will warn you about it and die, since it is impossible for perl
751 to clean up itself while other threads are running
752
753 =head1 A Complete Example
754
755 Confused yet? It's time for an example program to show some of the
756 things we've covered.  This program finds prime numbers using threads.
757
758     1  #!/usr/bin/perl -w
759     2  # prime-pthread, courtesy of Tom Christiansen
760     3
761     4  use strict;
762     5
763     6  use threads;
764     7  use threads::shared::queue;
765     8
766     9  my $stream = new threads::shared::queue;
767     10 my $kid    = new threads(\&check_num, $stream, 2);
768     11
769     12 for my $i ( 3 .. 1000 ) {
770     13     $stream->enqueue($i);
771     14 } 
772     15
773     16 $stream->enqueue(undef);
774     17 $kid->join();
775     18
776     19 sub check_num {
777     20     my ($upstream, $cur_prime) = @_;
778     21     my $kid;
779     22     my $downstream = new threads::shared::queue;
780     23     while (my $num = $upstream->dequeue) {
781     24         next unless $num % $cur_prime;
782     25         if ($kid) {
783     26            $downstream->enqueue($num);
784     27                  } else {
785     28            print "Found prime $num\n";
786     29                $kid = new threads(\&check_num, $downstream, $num);
787     30         }
788     31     } 
789     32     $downstream->enqueue(undef) if $kid;
790     33     $kid->join()         if $kid;
791     34 }
792
793 This program uses the pipeline model to generate prime numbers.  Each
794 thread in the pipeline has an input queue that feeds numbers to be
795 checked, a prime number that it's responsible for, and an output queue
796 that into which it funnels numbers that have failed the check.  If the thread
797 has a number that's failed its check and there's no child thread, then
798 the thread must have found a new prime number.  In that case, a new
799 child thread is created for that prime and stuck on the end of the
800 pipeline.
801
802 This probably sounds a bit more confusing than it really is, so let's
803 go through this program piece by piece and see what it does.  (For
804 those of you who might be trying to remember exactly what a prime
805 number is, it's a number that's only evenly divisible by itself and 1)
806
807 The bulk of the work is done by the check_num() subroutine, which
808 takes a reference to its input queue and a prime number that it's
809 responsible for.  After pulling in the input queue and the prime that
810 the subroutine's checking (line 20), we create a new queue (line 22)
811 and reserve a scalar for the thread that we're likely to create later
812 (line 21).
813
814 The while loop from lines 23 to line 31 grabs a scalar off the input
815 queue and checks against the prime this thread is responsible
816 for.  Line 24 checks to see if there's a remainder when we modulo the
817 number to be checked against our prime.  If there is one, the number
818 must not be evenly divisible by our prime, so we need to either pass
819 it on to the next thread if we've created one (line 26) or create a
820 new thread if we haven't.
821
822 The new thread creation is line 29.  We pass on to it a reference to
823 the queue we've created, and the prime number we've found.
824
825 Finally, once the loop terminates (because we got a 0 or undef in the
826 queue, which serves as a note to die), we pass on the notice to our
827 child and wait for it to exit if we've created a child (lines 32 and
828 37).
829
830 Meanwhile, back in the main thread, we create a queue (line 9) and the
831 initial child thread (line 10), and pre-seed it with the first prime:
832 2.  Then we queue all the numbers from 3 to 1000 for checking (lines
833 12-14), then queue a die notice (line 16) and wait for the first child
834 thread to terminate (line 17).  Because a child won't die until its
835 child has died, we know that we're done once we return from the join.
836
837 That's how it works.  It's pretty simple; as with many Perl programs,
838 the explanation is much longer than the program.
839
840 =head1 Conclusion
841
842 A complete thread tutorial could fill a book (and has, many times),
843 but with what we've covered in this introduction, you should be well
844 on your way to becoming a threaded Perl expert.
845
846 =head1 Bibliography
847
848 Here's a short bibliography courtesy of Jürgen Christoffel:
849
850 =head2 Introductory Texts
851
852 Birrell, Andrew D. An Introduction to Programming with
853 Threads. Digital Equipment Corporation, 1989, DEC-SRC Research Report
854 #35 online as
855 http://gatekeeper.dec.com/pub/DEC/SRC/research-reports/abstracts/src-rr-035.html
856 (highly recommended)
857
858 Robbins, Kay. A., and Steven Robbins. Practical Unix Programming: A
859 Guide to Concurrency, Communication, and
860 Multithreading. Prentice-Hall, 1996.
861
862 Lewis, Bill, and Daniel J. Berg. Multithreaded Programming with
863 Pthreads. Prentice Hall, 1997, ISBN 0-13-443698-9 (a well-written
864 introduction to threads).
865
866 Nelson, Greg (editor). Systems Programming with Modula-3.  Prentice
867 Hall, 1991, ISBN 0-13-590464-1.
868
869 Nichols, Bradford, Dick Buttlar, and Jacqueline Proulx Farrell.
870 Pthreads Programming. O'Reilly & Associates, 1996, ISBN 156592-115-1
871 (covers POSIX threads).
872
873 =head2 OS-Related References
874
875 Boykin, Joseph, David Kirschen, Alan Langerman, and Susan
876 LoVerso. Programming under Mach. Addison-Wesley, 1994, ISBN
877 0-201-52739-1.
878
879 Tanenbaum, Andrew S. Distributed Operating Systems. Prentice Hall,
880 1995, ISBN 0-13-219908-4 (great textbook).
881
882 Silberschatz, Abraham, and Peter B. Galvin. Operating System Concepts,
883 4th ed. Addison-Wesley, 1995, ISBN 0-201-59292-4
884
885 =head2 Other References
886
887 Arnold, Ken and James Gosling. The Java Programming Language, 2nd
888 ed. Addison-Wesley, 1998, ISBN 0-201-31006-6.
889
890 Le Sergent, T. and B. Berthomieu. "Incremental MultiThreaded Garbage
891 Collection on Virtually Shared Memory Architectures" in Memory
892 Management: Proc. of the International Workshop IWMM 92, St. Malo,
893 France, September 1992, Yves Bekkers and Jacques Cohen, eds. Springer,
894 1992, ISBN 3540-55940-X (real-life thread applications).
895
896 =head1 Acknowledgements
897
898 Thanks (in no particular order) to Chaim Frenkel, Steve Fink, Gurusamy
899 Sarathy, Ilya Zakharevich, Benjamin Sugars, Jürgen Christoffel, Joshua
900 Pritikin, and Alan Burlison, for their help in reality-checking and
901 polishing this article.  Big thanks to Tom Christiansen for his rewrite
902 of the prime number generator.
903
904 =head1 AUTHOR
905
906 Dan Sugalski E<lt>sugalskd@ous.eduE<gt>
907
908 Slightly modified by Arthur Bergman to fit the new thread model/module.
909
910 =head1 Copyrights
911
912 This article originally appeared in The Perl Journal #10, and is
913 copyright 1998 The Perl Journal. It appears courtesy of Jon Orwant and
914 The Perl Journal.  This document may be distributed under the same terms
915 as Perl itself.
916
917
918 For more information please see L<threads> and L<threads::shared>.
919