比較並交換（compare-and-swap）
/ C-A-S /
假設兩個人都想搶桌邊最後一個座位，規則是：只有在它還空著時才坐。危險在於兩人都檢查「空嗎？」、都看到「是」、都坐下——撞車了。你要的是一個不可分割的單一動作：「若這座位還空著就坐；否則告訴我它已被佔。」沒有人能在檢查和坐下之間溜進來。比較並交換（compare-and-swap, CAS）正是對一個記憶體位置的這種不可分割動作：在一個原子步驟裡，它檢查某位置是否仍持有預期的值，僅當如此時才寫入一個新值。
它的簽名讀作 CAS(address, expected, new)。原子地——沒有別的核心能交錯進來——它做：讀出 address 處的值；若它等於 expected，就把 new 存進去並回報成功；否則什麼都不改並回報失敗（通常回傳它實際找到的值）。硬體保證整個讀-比較-寫作為一個不可中斷的單元發生。這是那個主力的原子讀-改-寫原語，也是你不靠鎖就安全更新共享資料的方法：讀出當前值、算出新值、再用 CAS 把它寫入——若 CAS 因另一個核心先改了值而失敗，就用新鮮的值迴圈重試。
比較並交換是無鎖程式設計的基石：許多執行緒並行更新的計數器、堆疊、佇列、參考計數器，都建立在 CAS 重試迴圈上。它強大，卻不是免費的午餐。在激烈競爭下，許多執行緒不斷失敗、重試，浪費工作；而 CAS 易受微妙的 ABA 問題所害——一個值從 A 變 B 再變回 A，於是 CAS 看到預期的 A 而成功，儘管底下的世界已經動過了。它的修法（版本計數器，或載入連結／儲存條件這個替代方案）正是無鎖程式碼出了名地難寫對的部分原因。
對共享計數器的無鎖遞增：迴圈 { old = counter；new = old + 1；} 直到 CAS(&counter, old, new) 成功。若另一個執行緒在讀取與 CAS 之間把計數器加大了，預期的 old 就不再相符、CAS 失敗，於是我們用新的當前值重試——遞增因此絕不被丟失，且不需鎖。
CAS 把讀-改-寫變成一個原子步驟，所以失敗的交換只要重試——這是無鎖計數器與堆疊的核心技巧。
CAS 可能在一次 ABA 變化中悄悄成功（值從 A 變 B 再變回 A，看起來沒變）。無鎖程式碼必須防範此事，例如用版本標記，或用能偵測任何插入寫入的載入連結／儲存條件。