ThreadLocal底层原理
先总述，后分析
深挖过threadLocal之后，一句话概括：Synchronized用于线程间的数据共享，而ThreadLocal则用于线程间的数据隔离。所以ThreadLocal的应用场合，最适合的是按线程多实例（每个线程对应一个实例）的对象的访问，并且这个对象很多地方都要用到。
数据隔离的秘诀其实是这样的，Thread有个TheadLocalMap类型的属性，叫做threadLocals，该属性用来保存该线程本地变量。这样每个线程都有自己的数据，就做到了不同线程间数据的隔离，保证了数据安全。
接下来采用jdk1.8源码进行深挖一下TheadLocal和TheadLocalMap。
ThreadLocal是什么
早在JDK 1.2的版本中就提供Java.lang.ThreadLocal，ThreadLocal为解决多线程程序的并发问题提供了一种新的思路。使用这个工具类可以很简洁地编写出优美的多线程程序。
当使用ThreadLocal维护变量时，ThreadLocal为每个使用该变量的线程提供独立的变量副本，所以每一个线程都可以独立地改变自己的副本，而不会影响其它线程所对应的副本。
从线程的角度看，目标变量就象是线程的本地变量，这也是类名中“Local”所要表达的意思。
所以，在Java中编写线程局部变量的代码相对来说要笨拙一些，因此造成线程局部变量没有在Java开发者中得到很好的普及。
Thread同步机制的比较
ThreadLocal和线程同步机制相比有什么优势呢？
Synchronized用于线程间的数据共享，而ThreadLocal则用于线程间的数据隔离。
在同步机制中，通过对象的锁机制保证同一时间只有一个线程访问变量。这时该变量是多个线程共享的，使用同步机制要求程序慎密地分析什么时候对变量进行读写，什么时候需要锁定某个对象，什么时候释放对象锁等繁杂的问题，程序设计和编写难度相对较大。
而ThreadLocal则从另一个角度来解决多线程的并发访问。ThreadLocal会为每一个线程提供一个独立的变量副本，从而隔离了多个线程对数据的访问冲突。因为每一个线程都拥有自己的变量副本，从而也就没有必要对该变量进行同步了。ThreadLocal提供了线程安全的共享对象，在编写多线程代码时，可以把不安全的变量封装进ThreadLocal。
概括起来说，对于多线程资源共享的问题，同步机制采用了“以时间换空间”的方式，而ThreadLocal采用了“以空间换时间”的方式。前者仅提供一份变量，让不同的线程排队访问，而后者为每一个线程都提供了一份变量，因此可以同时访问而互不影响。
Spring使用ThreadLocal解决线程安全问题我们知道在一般情况下，只有无状态的Bean才可以在多线程环境下共享，在Spring中，绝大部分Bean都可以声明为singleton作用域。就是因为Spring对一些Bean（如RequestContextHolder、TransactionSynchronizationManager、LocaleContextHolder等）中非线程安全状态采用ThreadLocal进行处理，让它们也成为线程安全的状态，因为有状态的Bean就可以在多线程中共享了。
一般的Web应用划分为展现层、服务层和持久层三个层次，在不同的层中编写对应的逻辑，下层通过接口向上层开放功能调用。在一般情况下，从接收请求到返回响应所经过的所有程序调用都同属于一个线程。
原理
ThreadLocal，连接ThreadLocalMap和Thread。来处理Thread的TheadLocalMap属性，包括init初始化属性赋值、get对应的变量，set设置变量等。通过当前线程，获取线程上的ThreadLocalMap属性，对数据进行get、set等操作。
ThreadLocalMap，用来存储数据，采用类似hashmap机制，存储了以threadLocal为key，需要隔离的数据为value的Entry键值对数组结构。
ThreadLocal，有个ThreadLocalMap类型的属性，存储的数据就放在这儿。
ThreadLocal、ThreadLocal、Thread之间的关系：ThreadLocalMap是ThreadLocal内部类，由ThreadLocal创建，Thread有ThreadLocal.ThreadLocalMap类型的属性。源码如下：
Thread的属性：
public class Thread implements Runnable {
ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;
ThreadLocal.ThreadLocalMap inheritableThreadLocals = null;ThreadLocal和ThreadLocalMap：
public class ThreadLocal {
static class ThreadLocalMap { 由ThreadLocal对Thread的TreadLocalMap进行赋值
void createMap(Thread t, T firstValue) {
t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);
}ThreadLocal的接口方法
ThreadLocal类核心方法set、get、initialValue、withInitial、setInitialValue、remove：
protected T initialValue() {
return null;
}
public static ThreadLocal withInitial(Supplier supplier) {
return new SuppliedThreadLocal<>(supplier);
}
public ThreadLocal() {
}
public T get() {
Thread t = Thread.currentThread();
ThreadLocalMap map = getMap(t);
if (map != null) {
ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
if (e != null) {
@SuppressWarnings("unchecked")
T result = (T)e.value;
return result;
}
}
return setInitialValue();
}
private T setInitialValue() {
T value = initialValue();
Thread t = Thread.currentThread();
ThreadLocalMap map = getMap(t);
if (map != null)
map.set(this, value);
else
createMap(t, value);
return value;
}
public void set(T value) {
Thread t = Thread.currentThread();
ThreadLocalMap map = getMap(t);
if (map != null)
map.set(this, value);
else
createMap(t, value);
}
public void remove() {
ThreadLocalMap m = getMap(Thread.currentThread());
if (m != null)
m.remove(this);
}- initialValue返回该线程局部变量的初始值。该方法是一个protected的方法，显然是为了让子类覆盖而设计的。这个方法是一个延迟调用方法，在线程第1次调用get()或set(Object)时才执行，并且仅执行1次。ThreadLocal中的缺省实现直接返回一个null。
- withInitial提供一个Supplier的lamda表达式用来当做初始值，java8引入。
- setInitialValue设置初始值。在get操作没有对应的值时，调用此方法。private方法，防止被覆盖。过程和set类似，只不过是用initialValue作为value进行设置。
- set设置当前线程对应的线程局部变量的值。先取出当前线程对应的threadLocalMap，如果不存在则用创建一个，否则将value放入以this，即threadLocal为key的映射的map中，其实threadLocalMap内部和hashMap机制一样，存储了Entry键值对数组，后续会深挖threadLocalMap。
- get该方法返回当前线程所对应的线程局部变量。和set类似，也是先取出当前线程对应的threadLocalMap，如果不存在则用创建一个，但是是用inittialValue作为value放入到map中，且返回initialValue，否则就直接从map取出this即threadLocal对应的value返回。
- remove将当前线程局部变量的值删除，目的是为了减少内存的占用，该方法是JDK 5.0新增的方法。需要指出的是，当线程结束后，对应该线程的局部变量将自动被垃圾回收，所以显式调用该方法清除线程的局部变量并不是必须的操作，但它可以加快内存回收的速度。需要注意的是，如果remove之后又调用了get，会重新初始化一次，即再次调用initialValue方法，除非在get之前调用set设置过值。
ThreadLocalMap简介
看名字就知道是个map，没错，这就是个hashMap机制实现的map，用Entry数组来存储键值对，key是ThreadLocal对象，value则是具体的值。值得一提的是，为了方便GC，Entry继承了WeakReference，也就是弱引用。里面有一些具体关于如何清理过期的数据、扩容等机制，思路基本和hashmap差不多，有兴趣的可以自行阅读了解，这边只需知道大概的数据存储结构即可。
static class ThreadLocalMap {
static class Entry extends WeakReference> {
Object value;
Entry(ThreadLocal k, Object v) {
super(k);
value = v;
}
} 实例
值得一提的是，在JDK5.0中，ThreadLocal已经支持泛型，该类的类名已经变为ThreadLocal
ThreadLocal是如何做到为每一个线程维护变量的副本的呢？其实实现的思路很简单：在ThreadLocal类中有一个Map，用于存储每一个线程的变量副本，Map中元素的键为线程对象，而值对应线程的变量副本。我们自己就可以提供一个简单的实现版本：
package com.test;
public class TestNum {
// ①通过匿名内部类覆盖ThreadLocal的initialValue()方法，指定初始值
private static ThreadLocal seqNum = new ThreadLocal() {
public Integer initialValue() {
return 0;
}
};
// ②获取下一个序列值
public int getNextNum() {
seqNum.set(seqNum.get() + 1);
return seqNum.get();
}
public static void main(String[] args) {
TestNum sn = new TestNum();
// ③ 3个线程共享sn，各自产生序列号
TestClient t1 = new TestClient(sn);
TestClient t2 = new TestClient(sn);
TestClient t3 = new TestClient(sn);
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
private static class TestClient extends Thread {
private TestNum sn;
public TestClient(TestNum sn) {
this.sn = sn;
}
public void run() {
for (int i = 0; i < 3; i++) {
// ④每个线程打出3个序列值
System.out.println("thread[" + Thread.currentThread().getName() + "] --> sn["
+ sn.getNextNum() + "]");
}
}
}
} 通常我们通过匿名内部类的方式定义ThreadLocal的子类，提供初始的变量值，如例子中①处所示。TestClient线程产生一组序列号，在③处，我们生成3个TestClient，它们共享同一个TestNum实例。运行以上代码，在控制台上输出以下的结果：
thread[Thread-0] --> sn[1]
thread[Thread-1] --> sn[1]
thread[Thread-2] --> sn[1]
thread[Thread-1] --> sn[2]
thread[Thread-0] --> sn[2]
thread[Thread-1] --> sn[3]
thread[Thread-2] --> sn[2]
thread[Thread-0] --> sn[3]
thread[Thread-2] --> sn[3]
考察输出的结果信息，我们发现每个线程所产生的序号虽然都共享同一个TestNum实例，但它们并没有发生相互干扰的情况，而是各自产生独立的序列号，这是因为我们通过ThreadLocal为每一个线程提供了单独的副本。