====== Atomická operace ======

**Atomická operace** je operace, která nemůže být v průběhu svého vykonávání přerušena žádnou jinou událostí nebo [[thread|vláknem]]. Zatímco běžné operace se na úrovni procesoru rozkládají na více kroků (čtení, úprava, zápis), atomická operace proběhne "v jednom kuse".

----

====== Rozdíl mezi běžnou a atomickou operací ======

Většina příkazů ve vyšších programovacích jazycích (C++, Java, Python) není atomická, i když vypadají jednoduše.

===== Běžná operace (Ne-atomická): =====
Představte si příkaz ''i++'' (přičtení jedničky). Procesor musí:
  1. Načíst hodnotu ''i'' z paměti do registru.
  2. Přičíst 1 k hodnotě v registru.
  3. Zapsat novou hodnotu z registru zpět do paměti.
Pokud je procesor uprostřed těchto kroků přerušen jiným vláknem, dojde k chybě [[race_condition|souběhu]].

===== Atomická operace: =====
Všechny tři kroky výše se spojí do jedné nedělitelné instrukce. Žádné jiné vlákno se nemůže "vmezeřit" mezi načtení a zápis.



----

====== Hardwarová podpora (CAS) ======

Atomické operace jsou implementovány přímo v instrukční sadě procesoru. Nejpoužívanější technikou je **Compare-and-Swap (CAS)**:
  * Procesor dostane tři parametry: adresu v paměti, **očekávanou starou hodnotu** a **novou hodnotu**.
  * Pouze pokud je v paměti stále ta "očekávaná stará hodnota", přepíše ji na "novou".
  * Pokud se hodnota v mezičase změnila, operace selže a vlákno to může zkusit znovu.



----

====== Výhody a nevýhody ======

**Výhody:**
  * **Bezpečnost:** Zabraňují poškození dat bez nutnosti složitého zamykání.
  * **Rychlost (Lock-free):** Na rozdíl od [[mutex|Mutexu]] nevyžadují uspání a probuzení vlákna operačním systémem, což je mnohem efektivnější.
  * **Ochrana proti Deadlocku:** Protože se nic nepoužívá k "zamykání", nemůže dojít k [[deadlock|uváznutí]].

**Nevýhody:**
  * **Omezenost:** Jsou dostupné jen pro jednoduché operace (čísla, ukazatele). Nelze atomicky provést celou složitou funkci.
  * **Problém ABA:** Specifická chyba u CAS, kdy se hodnota změní z A na B a zpět na A, takže procesor si myslí, že se nic nestalo (i když se stát mohlo).

----

====== Praktické využití ======

Atomické operace tvoří základ pro:
  * **Počítadla:** Například počet návštěv na webu nebo počet aktivních spojení.
  * **Fronty a zásobníky:** Výměna dat mezi vlákny bez rizika ztráty zprávy.
  * **Implementace Mutexů:** Samotné zamykací mechanismy (jako Mutexy) jsou vnitřně postaveny na atomických operacích.

----
//Související pojmy: Thread (Vlákno), Race Condition, Mutex, Deadlock, CPU, Synchronizace.//