Програмна транзакційна пам'ять () — це механізм управління паралелізмом, що є аналогічним механізму транзакцій баз даних, що використовується для управління доступом до спільно використовуваної пам'яті в паралельних обчисленнях. Це альтернатива для синхронізації на основі блокування. Транзакція в цьому контексті є частиною коду, який виконує зчитування і запис в поділювану (спільно використовувану) пам'ять. Зчитування і запис логічно відбувається в одиничний момент часу, а проміжні стани невидимі для інших (результативних) транзакцій. Ідея забезпечення транзакцій апаратною підтримкою зародилася в 1986 році в роботі та патенті Tom Knight. An architecture for mostly functional languages. Proceedings of the 1986 ACM conference on LISP and functional programming.. Ідея отримала публічне висвітлення завдяки  і Maurice Herlihy and J. Eliot B. Moss. Transactional memory: architectural support for lock-free data structures. Proceedings of the 20th annual international symposium on Computer architecture (ISCA '93). Volume 21, Issue 2, May 1993.. У 1995 році і Ден Тойту доповнили цю ідею до програмної транзакційної пам'яті (ЅТМ)Nir Shavit and Dan Touitou. Software transactional memory. Distributed Computing. Volume 10, Number 2. February 1997.. STM як і раніше знаходиться в центрі інтенсивних досліджень; зростає її підтримка для практичних реалізацій.

Характеристика На відміну від методів блокування, що використовуються в більшості сучасних багатопотокових додатків, STM дуже оптимістична: потік завершує зміни поділюваної пам'яті без урахування того, що роблять інші потоки, і реєструє будь-яке зчитування і запис в лог. Замість того, щоб використовувати записувальний пристрій для перевірки, чи не має він негативного впливу на інші діючі операції, відповідальність передається зчитувальному пристрою, який після завершення повної транзакції перевіряє, чи не зробили інші потоки паралельно зміни в пам'яті, до якої був отриманий доступ в минулому. Ця остання операція, в якій перевіряються зміни транзакцій і яка, якщо перевірка успішна, залишається незмінною, називається фіксацією. Транзакція може припинитися в будь-який час, в результаті чого всі останні зміни будуть скасовані. Якщо транзакція не може бути здійснена через конфлікти змін, вона переривається і повторно виконується спочатку до тих пір, поки результативно не завершиться.

Перевага такого оптимістичного підходу зростає завдяки паралелізму: жодному потоку не потрібно чекати отримання доступу до ресурсу, і різні потоки можуть одночасно і безпечно модифікувати непересічні частини структури даних, які захищалися б одним локом.

Однак на практиці ЅТМ-системи програють в продуктивності дрібномодульним системам, заснованим на блокуваннях, на невеликій кількості процесорів (від 1 до 4 в залежності від програми). Це пов'язано в першу чергу з накладними витратами на підтримку лога і з часом, що витрачається на здійснення транзакцій. Але навіть у цьому випадку продуктивність відрізняється не більш, ніж у 2 рази. Прихильники STM вважають, що такі втрати виправдані концептуальними перевагами ЅТМ.

Теоретично, часова і просторова складності виконання n паралельних транзакцій в гіршому випадку — O(n). Фактичні витрати залежать від реалізації (можна скасувати транзакцію на ранній стадії, щоб уникнути накладних витрат), але завжди будуть випадки, хоч і рідкі, коли lock-алгоритми будуть мати кращу часову складність, ніж програмна транзакційна пам'ять.

Концептуальні переваги і недоліки Також STM значно спрощує концептуальне розуміння багатопотокових програм і допомагає їх зручному супроводу, злагоджено працюючи з існуючими високорівневими абстракціями, такими як об'єкти і модулі.

Lock-програмування містить ряд відомих проблем, які часто виникають на практиці: Важливо пам'ятати про операції, які перетинаються, і часткових операціях в розділених і непов'язаних з першого погляду частинах коду — завдання дуже важке і в ньому можна зробити багато помилок. Воно вимагає від програмістів освоювати політику блокування, щоб уникнути тупиків (Deadlock) та інших проблем управління процесами. Така політика часто приводиться у виконання довільним чином і буває помилковою, і коли виникають проблеми, їх важко відновити і налагодити. Це може призвести до інверсії пріоритетів — явище, при якому високопріоритетний потік змушений очікувати низькопріоритетний потік, що має винятковий доступ до необхідного ресурсу. Навпаки, концепція транзакційної пам'яті набагато простіша, тому що кожна транзакція може розглядатися окремо, як однопотокове обчислення. Тупики або запобігаються повністю, або дозволяються зовнішньою програмою управління транзакціями; програмісту навряд чи потрібно турбуватися про це. Інверсія пріоритетів може бути проблемою, але пріоритетні транзакції можуть перервати конфліктні низькопріоритетні операції, які ще не були здійснені.

З іншого боку, необхідність переривання невдалих транзакцій також накладає обмеження на їх поведінку: вони не можуть виконувати будь-які операції, які не можуть бути скасовані, у тому числі більшість вводів-виводів. Такі обмеження, як правило, на практиці долаються шляхом створення буферів, які ставлять в чергу незворотні операції і виконують їх через деякий час поза будь-якою транзакцією. У мові Хаскель це обмеження приводиться у виконання системою типів під час компіляції.

Компонувальні операції У 2005 році Тім Харріс, Саймон Марлоу, Саймон Пейтон Джонс і  описали STM-систему, створену на Хаскелі, який реалізує паралелізм. Ця система дозволяє довільним атомарним операціями компонуватися в більш великі атомарні операції — корисна концепція, неможлива при lock-програмуванні. За словами авторів:

«Мабуть, найфундаментальніший недолік у тому, що lock-програми не можуть компонувати: коректні фрагменти можуть не спрацювати, пропри скомпонованість. Розглянемо, наприклад, геш-таблицю з потокобезпечними операціями вставлення і видалення. Тепер припустимо, що ми хочемо видалити один елемент з таблиці t1 і вставити його в таблицю t2, але проміжний стан (у якому жодна таблиця не містить цього елемента) не має бути видимим для інших потоків. Поки конструктор геш-таблиці не передбачить цієї потреби, просто не існує способу задовольнити цю вимогу. Загалом, операції, коректні поодинці (вставлення, видалення), не можна скомпонувати в більші коректні операції»

З STM ця проблема вирішується просто: просте об'єднання двох операцій в одній транзакції перетворює операцію яка компонується в атомарну. Єдиним каменем спотикання є те, що для абонента, який не знає деталей реалізації методів компонування, неясно коли вони повинні спробувати повторно виконати транзакцію, якщо вона не проводиться. У відповідь на це, автори запропонували команду повторної спроби, яка використовує журнал транзакцій (log-файл), що генерується невдалою транзакцією для визначення нею ділянки пам'яті яка зчитується. Тоді вона знову автоматично запускає дану транзакцію, коли одна з цих ділянок пам'яті змінюється. Це ґрунтується на логіці, що транзакція не буде вести себе інакше, поки хоча б одне таке значення не змінилося.

Автори також запропонували механізм побудови альтернатив (функція або Інакше — orElse). Він запускає одну транзакцію і, якщо транзакція робить повторну спробу, запускає другу. Якщо те ж відбувається і з другою, механізм запускає їх обидві знову, поки не відбудуться суттєві зміни. Дана функція, зіставлювана з функцією мережевого стандарту POSIX select(), дозволяє тому, хто викликає її, очікувати будь-яке з ряду подій одночасно. Вона також спрощує програмування інтерфейсів, наприклад, шляхом надання простого механізму конвертації між блокуючими і неблокуючими операціями.

Ця схема була реалізована в компіляторі мови Хаскель GHC.

Пропонована допоміжна мова Концептуальна простота ЅТМ-систем дозволяє програмісту легко працювати з ними, використовуючи відносно простий синтаксис мови. У своїй книзі «Допоміжна мова для легких транзакцій» Тім Харріс і Кейр Фрейзер запропонували ідею використання класичної умовної критичної області (CCR) для подання транзакцій. У своїй найпростішій формі це всього лише «атомарний блок», ділянка коду, яка послідовно виконується в одиничний момент часу: // Атомарна вставка вузла в двохзв'язний список atomic { newNode->prev = node; newNode->next = node->next; node->next->prev = newNode; node->next = newNode; } По досягненні кінця блоку транзакція здійснюється, якщо це можливо, інакше припиняється і повторюється. Умовні критичні області також допускають умову збереження, що дозволяє транзакції очікувати виконання, поки діє її завдання. atomic (queueSize > 0) { remove item from queue and use it } Якщо умова не виконується, програма управління (менеджер) транзакцій буде чекати, поки не прийде інша, яка вплине на умову перш, ніж повторить спробу. Такий вільний зв'язок між виробниками і споживачами удосконалює модульний принцип порівняно з чітким сигналізуванням між потоками. Книга «Компонована операція звернення до пам'яті» пішла далі зі своєю командою повторної спроби (див. вище), яка може в будь-який час перервати транзакцію і чекати, поки не відбудеться яка-небудь зміна значення, раніше зчитаного цією операцією, перед повторенням спроби. Приклад: atomic { if (queueSize > 0) { remove item from queue and use it

else { retry

Ця здатність динамічного повторення в кінці транзакції спрощує модель програмування і відкриває нові можливості.

Однією з проблем є поведінка винятків, коли вони поширюються за межі транзакцій. У праці «Компонована операція звернення до пам'яті» автори вирішили, що це має перервати транзакцію, так як виключення зазвичай вказують на несподівані помилки в мові Хаскель (з паралелізмом), але те, що цей виняток може зберігати надану інформацію та зчитувати її під час транзакції в цілях діагностики. Вони підкреслюють, що ймовірні також інші проектні рішення при інших параметрах.

Транзакційне блокування ЅТМ може бути реалізована як алгоритм без блокувань і з блокуваннями. Є два типи блокування. Блокування при зіткненні операцій (Еналса, Саха і Харріса), при якому записи в пам'ять здійснюються, спочатку тимчасово блокуючи цю область пам'яті, безпосередньо записуючи значення і реєструючи їх у журналі реєстрації відкатів операцій. Блокування при здійсненні транзакції, яке блокує комірки пам'яті тільки під час вчинення фази. Схема здійснення транзакції, названа «Транзакційне блокування-2» і реалізована Дайсом, Шалевим і Шавітом, використовує глобальний час. Кожна транзакція починається із зчитування поточного значення часу і зберігає його для зчитування. Потім при кожному зчитуванні і записі версія певної області пам'яті порівнюється з версією для читання, і, якщо воно більше, то транзакція скасовується. Це гарантує, що код виконається на відповідній копії пам'яті. Під час вчинення всі області читання заблоковані, і значення даної версії всіх областей пам'яті для запису і читання повторно перевіряються. Нарешті, глобальний час збільшується, нові значення запису з журналу записуються назад в пам'ять із зазначенням нової версії часу.

Все більш популярним методом управління транзакційними конфліктами в транзакційної пам'яті, особливо в ЅТМ, є  (ПВ). Він використовується для досягнення впорядкованості безблоковувано (тобто без блокування при конфлікті операцій і тільки з блокуванням при здійсненні транзакції) за допомогою зміни порядку здійснення транзакцій (наприклад, Рамадан і співавтори, 2009, і Жанг і співавтори, 2006). Впорядкованість є основою для коректного стану транзакційної пам'яті (при виконанні паралельних транзакцій). Вже були опубліковані десятки статей та патентів про STM із застосуванням «порядку вчинення».

«Жанг і співавтори, 2006» — патент США, який несе назву «Програмне забезпечення порядку здійснення транзакцій і управління конфліктами» (який посилається на патент США 5701480 про порядок вчинення). Розробляються різні технології та методи для застосування порядку вчинення в системі програмної транзакційної пам'яті.