ThreadLocal是什么呢？其实ThreadLocal并非是一个线程的本地实现版本，它并不是一个Thread，而是threadlocalvariable(线程局部变量)。也许把它命名为ThreadLocalVar更加合适。线程局部变量(ThreadLocal)其实的功用非常简单，就是为每一个使用该变量的线程都提供一个变量值的副本，是Java中一种较为特殊的线程绑定机制，是每一个线程都可以独立地改变自己的副本，而不会和其它线程的副本冲突。
从线程的角度看，每个线程都保持一个对其线程局部变量副本的隐式引用，只要线程是活动的并且 ThreadLocal 实例是可访问的；在线程消失之后，其线程局部实例的所有副本都会被垃圾回收（除非存在对这些副本的其他引用）。
通过ThreadLocal存取的数据，总是与当前线程相关，也就是说，JVM 为每个运行的线程，绑定了私有的本地实例存取空间，从而为多线程环境常出现的并发访问问题提供了一种隔离机制。
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的副本。
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。
ThreadLocal的接口方法
ThreadLocal类接口很简单，只有4个方法，我们先来了解一下：
- void set(Object value)设置当前线程的线程局部变量的值。
- public Object get()该方法返回当前线程所对应的线程局部变量。
- public void 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。
- protected Object 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。
模拟实现ThreadLocal代码：
1 public class ThreadShareData {
2 static int num = 0;
3
4
5 public static void main(String[] args) {
6 Map<Thread, Integer> map = new HashMap<Thread, Integer>();
7 for (int i = 0; i < 2; i++) {
8 new Thread(new Runnable() {
9 @Override
10 public void run() {
11 int num = new Random().nextInt();
12 System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+" get num: "+num);
13 new A().get();
14 new B().get();
15 }
16 }).start();
17 }
18 }
19
20 static class A{
21 public void get(){
22 System.out.println("A: "+Thread.currentThread().getName() +"get num: "+num);
23 }
24 }
25
26 static class B{
27 public void get(){
28 System.out.println("A: "+Thread.currentThread().getName() +"get num: "+num);
29 }
30 }
31
32 }
ThreadLocal的经典用法：
1 public class ThreadLocalShareData2 {
2 static ThreadLocal<People> threadLocal = new ThreadLocal<People>();
3 public static void main(String[] args) {
4 for (int i = 0; i < 2; i++) {
5 new Thread(new Runnable() {
6 @Override
7 public void run() {
8 int data = new Random().nextInt();
9 People people = new People().getInstance();
10 people.setName("name"+data);
11 people.setAge(data);
12 System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" set name "+people.getName()+" set age "+people.getAge());
13 new A().get();
14 new B().get();
15 }
16 }).start();
17 }
18 }
19
20 static class A{
21 public void get(){
22 System.out.println("A: "+Thread.currentThread().getName() +"get name "+new People().getInstance().getName()+" get age "+new People().getInstance().getAge());
23 }
24 }
25 static class B{
26 public void get(){
27 System.out.println("B: "+Thread.currentThread().getName() +"get name "+new People().getInstance().getName()+" get age "+new People().getInstance().getAge());
28 }
29 }
30 static class People{
31 private People(){
32
33 }
34 public People getInstance(){
35 People people = threadLocal.get();
36 if(people == null){
37 people = new People();
38 threadLocal.set(people);
39 }
40 return people;
41 }
42 private int age;
43 private String name;
44 public int getAge() {
45 return age;
46 }
47 public String getName() {
48 return name;
49 }
50 public void setAge(int age) {
51 this.age = age;
52 }
53 public void setName(String name) {
54 this.name = name;
55 }
56 }
57 }
将ThreadLocal仿单例模式进行实现，更加面向对象。
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。
1 public class TestNum {
2 // ①通过匿名内部类覆盖ThreadLocal的initialValue()方法，指定初始值
3 private static ThreadLocal<Integer> seqNum = new ThreadLocal<Integer>() {
4 public Integer initialValue() {
5 return 0;
6 }
7 };
8
9 // ②获取下一个序列值
10 public int getNextNum() {
11 seqNum.set(seqNum.get() + 1);
12 return seqNum.get();
13 }
14
15 public static void main(String[] args) {
16 TestNum sn = new TestNum();
17 // ③ 3个线程共享sn，各自产生序列号
18 TestClient t1 = new TestClient(sn);
19 TestClient t2 = new TestClient(sn);
20 TestClient t3 = new TestClient(sn);
21 t1.start();
22 t2.start();
23 t3.start();
24 }
25
26 private static class TestClient extends Thread {
27 private TestNum sn;
28
29 public TestClient(TestNum sn) {
30 this.sn = sn;
31 }
32
33 public void run() {
34 for (int i = 0; i < 3; i++) {
35 // ④每个线程打出3个序列值
36 System.out.println("thread[" + Thread.currentThread().getName() + "] --> sn["
37 + sn.getNextNum() + "]");
38 }
39 }
40 }
41 }
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。
Thread同步机制的比较：
ThreadLocal和线程同步机制相比有什么优势呢？ThreadLocal和线程同步机制都是为了解决多线程中相同变量的访问冲突问题。
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。
由于ThreadLocal中可以持有任何类型的对象，低版本JDK所提供的get()返回的是Object对象，需要强制类型转换。但JDK 5.0通过泛型很好的解决了这个问题，在一定程度地简化ThreadLocal的使用，代码清单 9 2就使用了JDK 5.0新的ThreadLocal<T>版本。
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，如图9?2所示：
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。
下面的实例能够体现Spring对有状态Bean的改造思路：
非线程安全代码：
1 public class TestDao {
2 private Connection conn;// ①一个非线程安全的变量
3
4 public void addTopic() throws SQLException {
5 Statement stat = conn.createStatement();// ②引用非线程安全变量
6 // …
7 }
8 }
线程安全代码：
1 public class TestDaoNew {
2 // ①使用ThreadLocal保存Connection变量
3 private static ThreadLocal<Connection> connThreadLocal = new ThreadLocal<Connection>();
4
5 public static Connection getConnection() {
6 // ②如果connThreadLocal没有本线程对应的Connection创建一个新的Connection，
7 // 并将其保存到线程本地变量中。
8 if (connThreadLocal.get() == null) {
9 Connection conn = getConnection();
10 connThreadLocal.set(conn);
11 return conn;
12 } else {
13 return connThreadLocal.get();// ③直接返回线程本地变量
14 }
15 }
16
17 public void addTopic() throws SQLException {
18 // ④从ThreadLocal中获取线程对应的Connection
19 Statement stat = getConnection().createStatement();
20 }
21 }
不同的线程在使用TopicDao时，先判断connThreadLocal.get()是否是null，如果是null，则说明当前线程还没有对应的Connection对象，这时创建一个Connection对象并添加到本地线程变量中；如果不为null，则说明当前的线程已经拥有了Connection对象，直接使用就可以了。这样，就保证了不同的线程使用线程相关的Connection，而不会使用其它线程的Connection。因此，这个TopicDao就可以做到singleton共享了。
当然，这个例子本身很粗糙，将Connection的ThreadLocal直接放在DAO只能做到本DAO的多个方法共享Connection时不发生线程安全问题，但无法和其它DAO共用同一个Connection，要做到同一事务多DAO共享同一Connection，必须在一个共同的外部类使用ThreadLocal保存Connection。
1 public class ConnectionManager {
2
3 private static ThreadLocal<Connection> connectionHolder = new ThreadLocal<Connection>() {
4 @Override
5 protected Connection initialValue() {
6 Connection conn = null;
7 try {
8 conn = DriverManager.getConnection(
9 "jdbc:mysql://localhost:3306/test", "username",
10 "password");
11 } catch (SQLException e) {
12 e.printStackTrace();
13 }
14 return conn;
15 }
16 };
17
18 public static Connection getConnection() {
19 return connectionHolder.get();
20 }
21
22 public static void setConnection(Connection conn) {
23 connectionHolder.set(conn);
24 }
25 }
还有一个经典实例，在HibernateUtil中，用于session的管理：
1 public class HibernateUtil {
2 private static Log log = LogFactory.getLog(HibernateUtil.class);
3 private static final SessionFactory sessionFactory; //定义SessionFactory
4
5 static {
6 try {
7 // 通过默认配置文件hibernate.cfg.xml创建SessionFactory
8 sessionFactory = new Configuration().configure().buildSessionFactory();
9 } catch (Throwable ex) {
10 log.error("初始化SessionFactory失败！", ex);
11 throw new ExceptionInInitializerError(ex);
12 }
13 }
14
15 //创建线程局部变量session，用来保存Hibernate的Session
16 public static final ThreadLocal session = new ThreadLocal();
17
18 /**
19 * 获取当前线程中的Session
20 * @return Session
21 * @throws HibernateException
22 */
23 public static Session currentSession() throws HibernateException {
24 Session s = (Session) session.get();
25 // 如果Session还没有打开，则新开一个Session
26 if (s == null) {
27 s = sessionFactory.openSession();
28 session.set(s); //将新开的Session保存到线程局部变量中
29 }
30 return s;
31 }
32
33 public static void closeSession() throws HibernateException {
34 //获取线程局部变量，并强制转换为Session类型
35 Session s = (Session) session.get();
36 session.set(null);
37 if (s != null)
38 s.close();
39 }
40 }
总结：
ThreadLocal使用场合主要解决多线程中数据数据因并发产生不一致问题。ThreadLocal为每个线程的中并发访问的数据提供一个副本，通过访问副本来运行业务，这样的结果是耗费了内存，单大大减少了线程同步所带来性能消耗，也减少了线程并发控制的复杂度。
ThreadLocal不能使用原子类型，只能使用Object类型。ThreadLocal的使用比synchronized要简单得多。
ThreadLocal和Synchonized都用于解决多线程并发访问。但是ThreadLocal与synchronized有本质的区别。synchronized是利用锁的机制，使变量或代码块在某一时该只能被一个线程访问。而ThreadLocal为每一个线程都提供了变量的副本，使得每个线程在某一时间访问到的并不是同一个对象，这样就隔离了多个线程对数据的数据共享。而 Synchronized却正好相反，它用于在多个线程间通信时能够获得数据共享。
Synchronized用于线程间的数据共享，而ThreadLocal则用于线程间的数据隔离。
当然ThreadLocal并不能替代synchronized,它们处理不同的问题域。Synchronized用于实现同步机制，比ThreadLocal更加复杂。
参考文档：
JDK 官方文档
http://blog.csdn.net/lufeng20/article/details/24314381
http://lavasoft.blog.51cto.com/62575/51926/