概述

通常情况下，一个类的变量是可以被任何一个线程访问并修改的。而使用ThreadLocal创建的变量只能被当前线程访问，其他线程则无法访问和修改。

采用空间换时间，用于线程间的数据隔离，为每一个使用该变量的线程提供一个副本，每个线程都可以独立地改变自己的副本，而不会和其他线程的副本冲突。数据都被封闭在各自的线程之中，就不需要同步，这种通过将数据封闭在线程中而避免使用同步的技术称为「线程封闭」。

ThreadLocal类中维护一个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，而值为对应线程的变量副本（局部变量）。

分析

ThreadLocal 是一个泛型类，其提供的主要方法如下：

// 获取值，如果没有返回 null
public T get()
public void set(T)
// 提供初始值，当调用 get 方法时如果之前没有设置过则会调用该方法获取初始值，默认为 null
protected T initialValue()
// 删掉当前线程对应的值，如果删掉后再次调用get，则会再调用initialValue获取初值
public void remove()

其中set方法源码：

public void set(T value) {
    Thread t = Thread.currentThread();
    ThreadLocalMap map = getMap(t);
    if (map != null)
        map.set(this, value);
    else
        createMap(t, value);
}

ThreadLocal类中的getMap方法

ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
    return t.threadLocals;
}
// Thread类中声明的threadLocals变量
ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;

其中，ThreadLocalMap
每个线程维护一个ThreadLocalMap映射表，映射表的key是ThreadLocal实例，使用的是ThreadLocal的弱引用，value是具体需要存储的Object。有ThreadLocalMap的内部类，该类为一个采用线性探测法实现的HashMap。它的key为ThreadLocal对象而且还使用WeakReference，ThreadLocalMap正是用来存储变量副本的。

实心箭头表示强引用，空心箭头表示弱引用：

问题
ThreadLocal没有外部强引用，当发生垃圾回收时，这个ThreadLocal一定会被回收(弱引用，不管当前内存空间足够与否，GC时都会被回收)，这样就会导致ThreadLocalMap中出现key为null的Entry，外部将不能获取这些key为null的Entry的value，并且如果当前线程一直存活，那么就会存在一条强引用链：Thread Ref -> Thread -> ThreaLocalMap -> Entry -> value，导致value对应的Object一直无法被回收，产生内存泄露。ThreadLocal的get、set和remove方法都实现对所有key为null的value的清除，但仍可能会发生内存泄露，因为可能使用ThreadLocal的get或set方法后发生GC，此后不调用get、set或remove方法，为null的value就不会被清除。

解决方法：

在使用完后，在remove
private static，这样就一直存在ThreadLocal的强引用，也就能保证任何时候都能通过ThreadLocal的弱引用访问到Entry的value值，进而清除掉

其中 static 是为了确保全局只有一个保存 String 对象的 ThreadLocal 实例；final 确保 ThreadLocal 的实例不可更改，防止被意外改变，导致放入的值和取出来的不一致，另外还能防止 ThreadLocal 的内存泄漏

用处：保存线程的独立变量。对一个线程类（继承自Thread)
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。常用于用户登录控制，如记录session信息。

ThreadLocal是一个为线程提供线程局部变量的工具类。为线程提供一个线程私有的变量副本，这样多个线程都可以随意更改自己线程局部的变量，不会影响到其他线程。ThreadLocal提供的只是一个浅拷贝，如果变量是一个引用类型，那么就要考虑它内部的状态是否会被改变，想要解决这个问题可以通过重写ThreadLocal的initialValue()函数来自己实现深拷贝，建议在使用ThreadLocal时一开始就重写该函数。

用途

实现单个线程单例以及单个线程上下文信息存储。ThreadLocal在Spring中处处可见：管理Request作用域中的Bean、事务管理、任务调度、AOP等模块。Spring中绝大部分Bean都可以声明成Singleton作用域，采用ThreadLocal进行封装，因此有状态的Bean就能够以singleton的方式在多线程中正常工作。
非线程安全的对象使用ThreadLocal之后就会变得线程安全。如SimpleDateFormat，SDF，在多线程并发的情况下是线程不安全的，可能会抛出NumberFormatException或其它异常。使用ThreadLocal包装，直接创建一个共享实例对象，每个线程都有自己的SDF实例对象。

// SDF非线程安全的原因：CalendarBuilder类的establish方法部分代码
Calendar establish(Calendar cal) {
    // 省略部分不重要代码
    cal.clear();
    // 省略部分不重要代码
    return cal;
}

承载一些线程相关的数据，避免在方法中来回传递参数

ThreadLocal vs Synchronized

都能实现多线程环境下的共享变量的线程安全，区别呢？

Synchronized通过锁（同步）来实现内存共享，ThreadLocal为每个线程维护一个本地变量，即通过避免对象的共享来实现。锁更强调的是如何同步多个线程去正确地共享一个变量，ThreadLocal则是为了解决同一个变量如何不被多个线程共享。如果锁机制是用时间换空间的话，那么ThreadLocal就是用空间换时间。

同步机制是为了同步多线程对相同资源的并发访问，是为了线程间数据共享的问题，而 ThreadLocal 是隔离多线程数据共享，从根本上就不在多个线程之间共享资源，这样自然就不需要多线程的同步机制。

拓展

基于ThreadLocal思想的拓展类有很多。

ThreadLocalRandom

待学习

InheritableThreadLocal

在子线程中获取主线程threadLocal中set方法设置的值，如何实现？
使用InheritableThreadLocal。通过ThreadLocal threadLocal = new InheritableThreadLocal()，在子线程中就可以通过get方法获取到主线程set方法设置的值。
InheritableThreadLocal继承ThreadLocal重写childValue、getMap和createMap方法：

/**
 * 在父线程创建子线程，向子线程复制InheritableThreadLocal变量时使用
 */
protected T childValue(T parentValue) {
    return parentValue;
}
/**
 * 重写getMap，操作InheritableThreadLocal时，将只影响Thread类中的inheritableThreadLocals变量，与threadLocals变量不再有关系
 */
ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
    return t.inheritableThreadLocals;
}
/**
 * 类似于getMap，操作InheritableThreadLocal时，将只影响Thread类中的inheritableThreadLocals变量，
 * 与threadLocals变量不再有关系
 */
void createMap(Thread t, T firstValue) {
    t.inheritableThreadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);
}

当使用InheritableThreadLocal创建实例对象时，当前线程Thread对象中维护一个inheritableThreadLocals变量，也是ThreadLocalMap类型，在创建子线程的过程中，将主线程维护的inheritableThreadLocals变量的值复制到子线程维护的inheritableThreadLocals变量中，这样子线程就可以获取到主线程设置的值。

应用
调用链追踪：在调用链系统设计中，为了优化系统运行速度，会使用多线程编程，为了保证调用链ID能够自然的在多线程间传递，需要考虑ThreadLocal传递问题。