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。

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：

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。

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。

　　同一线程贯通三层这样你就可以根据需要，将一些非线程安全的变量以ThreadLocal存放，在同一次请求响应的调用线程中，所有关联的对象引用到的都是同一个变量。

线程隔离的秘密

秘密就就在于上述叙述的ThreadLocalMap这个类。ThreadLocalMap是ThreadLocal类的一个静态内部类，它实现了键值对的设置和获取（对比Map对象来理解），每个线程中都有一个独立的ThreadLocalMap副本，它所存储的值，只能被当前线程读取和修改。ThreadLocal类通过操作每一个线程特有的ThreadLocalMap副本，从而实现了变量访问在不同线程中的隔离。因为每个线程的变量都是自己特有的，完全不会有并发错误。还有一点就是，ThreadLocalMap存储的键值对中的键是this对象指向的ThreadLocal对象，而值就是你所设置的对象了。

原因分析

SimpleDateFormat(下面简称sdf)类内部有一个Calendar对象引用，它用来储存和这个sdf相关的日期信息，例如sdf.parse(dateStr)， sdf.format(date)诸如此类的方法参数传入的日期相关String，Date等等，都是交友Calendar引用来储存的。这样就会导致一个问题，如果你的sdf是个static的，那么多个thread 之间就会共享这个sdf，同时也是共享这个Calendar引用，并且，观察sdf.parse()方法，你会发现有如下的调用：

Date parse() {
  calendar.clear(); // 清理calendar
  ... // 执行一些操作, 设置 calendar 的日期什么的
  calendar.getTime(); // 获取calendar的时间
}

这里会导致的问题就是，如果线程A调用了sdf.parse()，并且进行了calendar.clear()后还未执行calendar.getTime()的时候，线程B又调用了sdf.parse()，这时候线程B也执行了sdf.clear()方法，这样就导致线程 A 的的calendar数据被清空了(实际上A，B的同时被清空了)。又或者当 A 执行了calendar.clear()后被挂起，这时候 B 开始调用sdf.parse()并顺利结束，这样 A 的 calendar内存储的的date 变成了后来 B 设置的calendar的date。

解决方案

最简单的解决方案我们可以把static去掉，这样每个新的线程都会有一个自己的sdf实例，从而避免线程安全的问题。然而，使用这种方法，在高并发的情况下会大量的new sdf以及销毁sdf，这样是非常耗费资源的，所以是不可行的。

另外一种方法可以使用Threadlocal解决此问题，对于每个线程SimpleDateFormat不存在影响他们之间协作的状态，为每个线程创建一个SimpleDateFormat变量的拷贝或者叫做副本，代码如下：

/** 
 * 使用ThreadLocal以空间换时间解决SimpleDateFormat线程安全问题。 
 */  
public class DateUtil {  

    private static final String DATE_FORMAT = "yyyy-MM-dd HH:mm:ss";  

    @SuppressWarnings("rawtypes")  
    private static ThreadLocal threadLocal = new ThreadLocal() {  
        protected synchronized Object initialValue() {  
            return new SimpleDateFormat(DATE_FORMAT);  
        }  
    };  

    public static DateFormat getDateFormat() {  
        return (DateFormat) threadLocal.get();  
    }  

    public static Date parse(String textDate) throws ParseException {  
        return getDateFormat().parse(textDate);  
    }  
}

创建一个ThreadLocal类变量，这里创建时用了一个匿名类，覆盖了initialValue方法，主要作用是创建时初始化实例，也可以采用下面方式创建。

//第一次调用get将返回null  
private static ThreadLocal threadLocal = new ThreadLocal()；  
//获取线程的变量副本，如果不覆盖initialValue，第一次get返回null，故需要初始化一个SimpleDateFormat，并set到threadLocal中  
public static DateFormat getDateFormat() {  
    DateFormat df = (DateFormat) threadLocal.get();  
    if(df==null){
        df = new SimpleDateFormat(DATE_FORMAT)  
        threadLocal.set(df);  
    }  
    return df;  
}

通过以上方式，每个线程会实例化一个SimpleDateFormat实例，实例在线程内共享，达到了解决线程安全性的问题，一定程度上也提高了性能。

总结

ThreadLocal 并不解决线程间共享数据的问题
ThreadLocal 通过隐式的在不同线程内创建独立实例副本避免了实例线程安全的问题
每个线程持有一个 Map 并维护了 ThreadLocal 对象与具体实例的映射，该 Map 由于只被持有它的线程访问，故不存在线程安全以及锁的问题
ThreadLocalMap 的 Entry 对 ThreadLocal 的引用为弱引用，避免了 ThreadLocal 对象无法被回收的问题
ThreadLocalMap 的 set 方法通过调用 replaceStaleEntry 方法回收键为 null 的 Entry 对象的值（即为具体实例）以及 Entry 对象本身从而防止内存泄漏
ThreadLocal 适用于变量在线程间隔离且在方法间共享的场景