一、引入：为什么要使用ThreadLocal
之前，在某位大牛的一篇文章中，看到了实现线程安全的几个层次，分别是：
1、使用无状态的对象
无状态对象也就是不变的对象，它是最安全的，因此不需要考虑线程间同步等安全性问题；
2、做到线程封闭
线程封闭就是把对象封装到单个线程里，只有这一个线程才能看到该对象；
3、采用同步技术
比如采用synchronized关键字，锁定某个类、某个方法或者某个代码块，或者使用互斥锁、读写锁等锁技术，最根本的就是让某个对象，或者某个方法，或者某个代码块，在某一时刻，始终只能有一个线程操纵。
对于第一个使用无状态的对象，它的应用场景非常有限，而大型复杂系统，往往需要大量有状态的对象；而对于第三个采用同步技术，它的实现比较复杂，需要考虑线程间同步问题，稍有不慎，就会写出错误的代码，带来毁灭性的打击，并且，线程间同步技术需要使用锁等，使得很多线程可能处于等待状态，会带来性能方面的消耗。
我们今天单说下线程封闭。何谓线程封闭？线程封闭就是把对象封装到单个线程里，只有这一个线程才能看到该对象。它可以通过以下三种方式实现：
1、ad-hoc线程封闭；
2、栈封闭；
3、使用ThreadLocal。
ad-hoc线程封闭就是完全靠实现者控制的线程封闭，这个我们今天不说。而栈封闭虽然概念显得高大上，其实就一句话，多使用局部变量。为什么呢？这就要从JVM的运行时内存模型说起，局部变量的引用是保持在线程栈中的，只对当前线程可见，其他线程不可见，所以说局部变量是线程安全的。而第三种方式--使用ThreadLocal，那么问题来了，ThreadLocal是什么，它又是如何实现线程封闭的呢？
二、入题：什么是ThreadLocal
ThreadLocal有一个名称，叫做线程本地变量。它为变量在每个线程中都创建了一个副本，那么每个线程可以访问自己内部的副本变量。由此可知，它采用了一种空间换时间的策略，来保证线程间的安全性。它实际上也是程序控制线程封闭的一种机制，不过这种机制是Java自身提供的罢了。
三、理解：ThreadLocal内部是如何实现的？
既然ThreadLocal为变量在每个线程中都创建了一个副本，那么我们先来看下它是如何存取的。在此之间，我们先介绍下线程Thread类中一个十分重要的成员变量threadLocals，其定义如下：
/* ThreadLocal values pertaining to this thread. This map is maintained
* by the ThreadLocal class. */
ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals = null;
它是一个ThreadLocal.ThreadLocalMap类型的对象，也就是ThreadLocal内部类ThreadLocalMap的实例。而ThreadLocalMap是ThreadLocal的一个静态内部类，也就是说，它不需要依靠外部类的实例化而实例化。这在《答群友问：Java静态内部类、普通内部类等的理解》一文中已经提到过了。那么ThreadLocalMap是什么呢？里面存储的是什么东西呢？先来看下它的构造方法，如下：
/**
* Construct a new map initially containing (firstKey, firstValue).
* ThreadLocalMaps are constructed lazily, so we only create
* one when we have at least one entry to put in it.
*/
ThreadLocalMap(ThreadLocal firstKey, Object firstValue) {
table = new Entry[INITIAL_CAPACITY];
int i = firstKey.threadLocalHashCode & (INITIAL_CAPACITY - 1);
table[i] = new Entry(firstKey, firstValue);
size = 1;
setThreshold(INITIAL_CAPACITY);
}
实际上，ThreadLocalMap就是一种Map结构的数据类型。它的Key为ThreadLocal实例，而value则是任意一个Object。而ThreadLocalMap中存储key-value的是其内部类Entry，定义如下：
/**
* The entries in this hash map extend WeakReference, using
* its main ref field as the key (which is always a
* ThreadLocal object). Note that null keys (i.e. entry.get()
* == null) mean that the key is no longer referenced, so the
* entry can be expunged from table. Such entries are referred to
* as "stale entries" in the code that follows.
*/
static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal> {
/** The value associated with this ThreadLocal. */
Object value;
Entry(ThreadLocal k, Object v) {
super(k);
value = v;
}
}
它继承自WeakReference，是对ThreadLocal实例的一种弱引用。而弱引用的作用其实很简单，当一个对象仅仅被weak reference指向, 而没有任何其他strong reference指向的时候, 如果GC运行, 那么这个对象就会被回收。
好了，言归正传。我们还是先说下ThreadLocal是如何为变量在每个线程中都创建了一个副本，也就是它的存取方法。
先看存，存是依靠ThreadLocal的set()方法实现的，代码如下：
/**
* Sets the current thread's copy of this thread-local variable
* to the specified value. Most subclasses will have no need to
* override this method, relying solely on the {@link #initialValue}
* method to set the values of thread-locals.
*
* @param value the value to be stored in the current thread's copy of
* this thread-local.
*/
public void set(T value) {
// 获取当前线程t
Thread t = Thread.currentThread();
// 调用getMap()方法，获得当前线程t对应的ThreadLocalMap，即map
// ThreadLocalMap中存储的是ThreadLocal实例到value的映射，
// value就是我们想在线程中持有的变量副本
ThreadLocalMap map = getMap(t);
if (map != null)// 如果map存在
// 将当前ThreadLocal实例this与传入的value映射关系放入map
map.set(this, value);
else// 如果map不存在
// 调用createMap()方法，创建当前线程t对应的ThreadLocalMap，并加入value值
createMap(t, value);
}
逻辑比较简单，大体流程如下：
1、获取当前线程t；
2、调用getMap()方法，获得当前线程t对应的ThreadLocalMap，即map：
ThreadLocalMap中存储的是ThreadLocal实例到value的映射，而value就是我们想在线程中持有的变量副本；
3、判断map是否存在：
3.1、如果map存在，将当前ThreadLocal实例this与传入的value映射关系放入map；
3.2、如果map不存在，调用createMap()方法，创建当前线程t对应的ThreadLocalMap，并加入value值。
我们先看下getMap()方法，代码如下：
/**
* Get the map associated with a ThreadLocal. Overridden in
* InheritableThreadLocal.
*
* @param t the current thread
* @return the map
*/
ThreadLocalMap getMap(Thread t) {
return t.threadLocals;
}
getMap()方法其实获取就是上面我们提到过的对应线程t的threadLocals变量。
接下来，我们再看下createMap()方法，代码如下：
/**
* Create the map associated with a ThreadLocal. Overridden in
* InheritableThreadLocal.
*
* @param t the current thread
* @param firstValue value for the initial entry of the map
* @param map the map to store.
*/
void createMap(Thread t, T firstValue) {
t.threadLocals = new ThreadLocalMap(this, firstValue);
}
createMap()方法就是构造一个ThreadLocalMap实例，赋值给线程t的threadLocals变量。而构造ThreadLocalMap实例时，传入的key为当前ThreadLocal实例this，value则是我们想在线程中持有的变量副本。
存数据讲完了，我们再看下取数据。而取数据则是通过ThreadLocal的get()方法实现的，代码如下：
/**
* Returns the value in the current thread's copy of this
* thread-local variable. If the variable has no value for the
* current thread, it is first initialized to the value returned
* by an invocation of the {@link #initialValue} method.
*
* @return the current thread's value of this thread-local
*/
public T get() {
// 获得当前线程t
Thread t = Thread.currentThread();
// 调用getMap()方法，获得当前线程t对应的ThreadLocalMap，即map
// ThreadLocalMap中存储的是ThreadLocal实例到value的映射，
// value就是我们想在线程中持有的变量副本
ThreadLocalMap map = getMap(t);
// 如果map不为空
if (map != null) {
// 利用当前ThreadLocal实例this，从map中获取对应的条目Entry，即e，
// Entry的key就是ThreadLocal实例this，value对应为实际需要的value
ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
// 如果e不为空，直接返回e中的value，并转化为T类型
if (e != null)
return (T)e.value;
}
// 如果map为空，调用setInitialValue()返回value
return setInitialValue();
}
取数据的get()方法也比较简单，大体逻辑如下：
1、获得当前线程t；
2、调用getMap()方法，获得当前线程t对应的ThreadLocalMap，即map：
ThreadLocalMap中存储的是ThreadLocal实例到value的映射，而value就是我们想在线程中持有的变量副本；
3、判断map是否为空：
3.1、如果map不为空，利用当前ThreadLocal实例this，从map中获取对应的条目Entry，即e，Entry的key就是ThreadLocal实例this，value对应为实际需要的value；如果e不为空，直接返回e中的value，并转化为T类型；
3.2、如果map为空，调用setInitialValue()返回value。
getMap()方法我们在上面已经讲解过了，这里我们只看下setInitialValue()方法，代码如下：
/**
* Variant of set() to establish initialValue. Used instead
* of set() in case user has overridden the set() method.
*
* @return the initial value
*/
private T setInitialValue() {
// 调用initialValue()初始化value，空方法，返回的为null，可以根据需要进行重写
T value = initialValue();
// 获取当前线程t
Thread t = Thread.currentThread();
// 调用getMap()方法，获得当前线程t对应的ThreadLocalMap，即map
// ThreadLocalMap中存储的是ThreadLocal实例到value的映射，
// value就是我们想在线程中持有的变量副本
ThreadLocalMap map = getMap(t);
if (map != null)// 如果map存在
// 将当前ThreadLocal实例this与初始化的value放入map
map.set(this, value);
else// 如果map不存在
// 调用createMap()方法，创建当前线程t对应的ThreadLocalMap，并加入value值
createMap(t, value);
return value;
}
setInitialValue()方法，说白了，就是设置初始化的value值。它的处理流程如下：
1、调用initialValue()初始化value，initialValue是一个空方法，返回的为null，可以根据需要进行重写；
2、获取当前线程t；
3、调用getMap()方法，获得当前线程t对应的ThreadLocalMap，即map：
ThreadLocalMap中存储的是ThreadLocal实例到value的映射，而value就是我们想在线程中持有的变量副本；
4、判断map是否存在：
4.1、如果map存在：将当前ThreadLocal实例this与初始化的value放入map；
4.2、如果map不存在：调用createMap()方法，创建当前线程t对应的ThreadLocalMap，并加入value值；
5、返回value。
其中，createMap()方法上面已经介绍过了，这里就不再赘述了。