Sachverhalt:
A.
A.a. Die Ehe von A._ (geboren 1953) und E._ wurde mit Urteil des Bezirksgerichts V._/ZH vom 4. Dezember 2009 geschieden, wobei A._ gemäss gerichtlich genehmigter Scheidungskonvention verpflichtet war, das eheliche Haus in O._/ZH, X._strasse (Kanton Zürich) bis spätestens 30. November 2009 zu verlassen. Ab dem 1. Dezember 2009 war A._ an der Adresse Y._strasse in P._/ZG gemeldet. Der hälftige Miteigentumsanteil von A._ am ehelichen Haus wurde aufgrund der Scheidungskonvention per 6. Januar 2010 auf E._ (nachfolgend: "Ex-Frau") übertragen.
A.b. Sowohl für die direkte Bundessteuer wie auch die Kantons- und Gemeindesteuern der Steuerperiode 2009 wurde A._ im Kanton Zug als unbeschränkt Steuerpflichtiger veranlagt, während der Kanton Zürich für dieselbe Periode von einer zufolge Grundstückeigentum beschränkten Steuerpflicht (Staats- und Gemeindesteuern) ausging.
A.c. Mit Vertrag vom 26. April 2010 kaufte A._ die ganze Liegenschaft in O._/ZH von seiner Ex-Frau zurück, während letztere mit Vertrag vom 6. Oktober 2010 ein Wohnhaus im Kanton Aargau mit Übergang von Nutzen und Schaden per 1. Dezember 2010 erwarb.
B.
B.a. Im Rahmen des Veranlagungsverfahrens für die Steuerperiode 2010 machte A._ mit Schreiben vom 28. März 2013 an das Kantonale Steueramt Zürich (nachfolgend: "Steueramt ZH") geltend, er habe 2010 bei seinem Bruder und seiner Schwägerin in P._/ZG gewohnt, während seine Ex-Frau das gesamte Jahr 2010 das Haus in O._/ZH bewohnt habe und erst im Jahr 2011 in den Kanton Aargau gezügelt sei. Nach O._/ZH sei er nur selten zurückgekehrt, um nötige Arbeiten im Haus und Garten zu verrichten. Im selben Schreiben ersuchte A._ für den Bestreitungsfall um die Befragung seines Bruders und seiner Schwägerin und offerierte auch die Befragung seiner Ex-Frau. Entsprechende Befragungen fanden nicht statt. Das Steueramt ZH veranlagte A._ anschliessend mit Verfügung vom 10. Mai 2013 für die Steuerperiode 2010 sowohl bezüglich der direkten Bundessteuer als auch der Staats- und Gemeindesteuern als im Kanton Zürich bzw. in O._/ZH, an der Adresse des früheren ehelichen Hauses, unbeschränkt (und damit für das gesamte steuerbare Einkommen von Fr. 608'700.-- aus unselbständiger Erwerbstätigkeit) Steuerpflichtigen. Die dagegen gerichtete Einsprache vom 6. Juni 2013, mit welcher A._ im Wesentlichen die Aufhebung der zürcherischen Veranlagung und Feststellung seines steuerrechtlichen Wohnsitzes im Kanton Zug und zudem die Befragung seiner Ex-Frau sowie seines Bruders und seiner Schwägerin als Zeugen beantragte, wurde nach diverser Korrespondenz zwischen dem Steueramt ZH und A._ (insbesondere Auflagen des Steueramtes ZH und deren Folgeleistung) mit Einspracheentscheiden (je für die direkte Bundessteuer und die Staats- und Gemeindesteuern 2010) vom 5. März 2014 abgewiesen.
B.b. Mit einer einzigen Rechtsschrift vom 7. April 2014 erhob A._ gegen die Einspracheentscheide sowohl Beschwerde (direkte Bundessteuer) als auch Rekurs (Staats- und Gemeindesteuern), wobei er unter anderen eine Verletzung des rechtlichen Gehörs geltend machte und wiederum die Befragung seiner Ex-Frau und seines Bruders sowie seiner Schwägerin als Zeugen beantragte. Mit Entscheid des Steuerrekursgerichts des Kantons Zürich vom 26. August 2014 wurde die Beschwerde teilweise gutgeheissen und der Einspracheentscheid (betreffend direkte Bundessteuer 2010) aufgehoben. Das Steuerrekursgericht ordnete an, dass die Akten nach Rechtskraft dieses Entscheides zwecks Feststellung des Veranlagungsortes für die Steuerperiode 2010 an die Eidgenössische Steuerverwaltung (nachfolgend: "ESTV") zu überweisen seien. Der Rekurs (betreffend die Staats- und Gemeindesteuern 2010) wurde ebenfalls teilweise gutgeheissen, der entsprechende Einspracheentscheid aufgehoben und die Sache zur Neubeurteilung im Sinne der Erwägungen an das Steueramt ZH zurückgewiesen. Das Steuerrekursgericht war zum Schluss gekommen, dass die Nichtbefragung der Ex-Frau eine Verletzung des rechtlichen Gehörs darstellt, und wies deshalb das Steueramt ZH an, "im zweiten Rechtsgang" [...] "die beantragte Zeugin zur Sache zu befragen (sofern nach dem rechtskräftigen Entscheid der ESTV noch Notwendigkeit dazu bestehen sollte)."
B.c. Im Rahmen der Gewährung des rechtlichen Gehörs hinsichtlich der Festlegung des Veranlagungsortes für die direkte Bundessteuer 2010 beantragte A._ gegenüber der ESTV mit Schreiben vom 20. Januar 2015 erneut die Befragung seiner Ex-Frau sowie seines Bruders B._ und seiner Schwägerin D._ als Zeugen. Die ESTV führte unter anderem aus, wann die Ex-Frau aus dem Haus in O._/ZH ausgezogen sei, könne offen gelassen werden, auch wenn es nicht der allgemeinen Lebenserfahrung entspreche, dass Geschiedene noch zusammen wohnen würden. Eine Befragung der als Zeugen beantragten Personen, selbst der Ex-Frau, nahm die ESTV nicht vor. Sie verfügte am 25. Mai 2016 aufgrund von Indizien in Anwendung von Art. 108 Abs. 1 des Bundesgesetzes vom 14. Dezember 1990 über die direkte Bundessteuer (DBG; SR 642.11), dass der Kanton Zürich für die Veranlagung der direkten Bundessteuer der Steuerperiode 2010 zuständig sei, mithin der steuerrechtliche Wohnsitz von A._ im Jahr 2010 im Kanton Zürich gelegen habe.
B.d. Die dagegen gerichtete Beschwerde, mit welcher wiederum die Befragung der Ex-Frau, des Bruders und der Schwägerin von A._ und neu auch des Lebenspartners der Ex-Frau, C._, als Zeugen beantragt wurde, wurde vom Bundesverwaltungsgericht mit Urteil vom 3. Mai 2017 abgewiesen. Eine Befragung der offerierten Zeugen fand nicht statt.
C.
Gegen das Urteil des Bundesverwaltungsgerichts hat A._ (Beschwerdeführer) mit Eingabe vom 12. Juni 2017 Beschwerde in öffentlich-rechtlichen Angelegenheiten beim Bundesgericht erhoben. Er beantragt die Aufhebung des vorinstanzlichen Urteils und Feststellung des Kantons Zug als Wohnsitz und Veranlagungsort des Beschwerdeführers für die direkte Bundessteuer 2010. Eventualiter sei das vorinstanzliche Urteil aufzuheben und die Sache zwecks Wahrung des rechtlichen Gehörs an die Vorinstanz oder an die ESTV zurück zu weisen. Der Beschwerdeführer rügt eine Verletzung von Bundesrecht, insbesondere des Anspruchs auf rechtliches Gehör (Art. 29 Abs. 2 BV), der Grundsätze der Besteuerung (Art. 127 Abs. 2 BV), von Art. 3 Abs. 1 und 2 DBG (Steuerpflicht natürlicher Personen aufgrund persönlicher Zugehörigkeit und steuerrechtlicher Wohnsitz), Art. 108 Abs. 1 DBG (Festlegung des Veranlagungsortes, wenn mehrere Kantone in Frage kommen), Art. 115 DBG (Beweisabnahme), Art. 123 und Art. 130 DBG (Feststellung der tatsächlichen und rechtlichen Verhältnisse).
Das Steueramt ZH und die ESTV schliessen in ihrer Vernehmlassung auf Abweisung der Beschwerde, während die Steuerverwaltung des Kantons Zug und die Vorinstanz auf eine Vernehmlassung verzichtet haben.
Erwägungen:
1.
1.1. Beim angefochtenen Urteil handelt es sich um einen (End-) Entscheid des Bundesverwaltungsgerichts in einer Angelegenheit des öffentlichen Rechts, ergangen im Rahmen von Art. 108 Abs. 1 DBG, gegen den beim Bundesgericht Beschwerde in öffentlich-rechtlichen Angelegenheiten geführt werden kann (Art. 82 lit. a, Art. 86 Abs. 1 lit. a und Art. 90 BGG). Der Beschwerdeführer ist durch das angefochtene Urteil besonders berührt und hat ein schutzwürdiges Interesse an dessen Aufhebung, weshalb er zur Beschwerde legitimiert ist (Art. 89 Abs. 1 BGG). Auf die form- und fristgerecht eingereichte Beschwerde ist deshalb einzutreten (Art. 42 und Art. 100 Abs. 1 BGG).
1.2. Mit der Beschwerde in öffentlich-rechtlichen Angelegenheiten kann insbesondere die Verletzung von Bundesrecht gerügt werden (Art. 95 lit. a BGG). Bei der Prüfung wendet das Bundesgericht das Recht von Amtes wegen an (Art. 106 Abs. 1 BGG). Es prüft jedoch unter Berücksichtigung der allgemeinen Rüge- und Begründungspflicht (Art. 42 Abs. 1 und 2 BGG) nur die geltend gemachten Rechtsverletzungen, sofern rechtliche Mängel nicht geradezu offensichtlich sind (BGE 142 I 135 E. 1.5 S. 144). In Bezug auf die Verletzung von Grundrechten gilt eine qualifizierte Rüge- und Substanziierungspflicht (Art. 106 Abs. 2 BGG; BGE 139 I 229 E. 2.2 S. 232; 136 II 304 E. 2.5 S. 314).
1.3. Das Bundesgericht legt seinem Urteil den Sachverhalt zugrunde, den die Vorinstanz festgestellt hat (Art. 105 Abs. 1 BGG). Eine Berichtigung oder Ergänzung der vorinstanzlichen Sachverhaltsfeststellungen ist von Amtes wegen (Art. 105 Abs. 2 BGG) oder auf Rüge hin (Art. 97 Abs. 1 BGG) möglich. Von den tatsächlichen Grundlagen des vorinstanzlichen Urteils weicht das Bundesgericht jedoch nur ab, wenn diese offensichtlich unrichtig, sprich willkürlich sind oder auf einer Rechtsverletzung im Sinne von Art. 95 BGG beruhen und die Behebung des Mangels für den Verfahrensausgang entscheidend sein kann (Art. 97 Abs. 1 BGG; BGE 142 I 135 E. 1.6 S. 144 f.). Für eine entsprechende Rüge gilt ebenfalls eine qualifizierte Rüge- und Substanziierungspflicht; auf rein appellatorische Kritik an der Sachverhaltsfeststellung geht das Gericht nicht ein (BGE 140 III 264 E. 2.3 S. 266; 139 II 404 E. 10.1 S. 444 f.).
2.
2.1. Der Anspruch auf rechtliches Gehör ist formeller Natur. Dessen Verletzung führt ungeachtet der Erfolgsaussichten des Rechtsmittels zur Gutheissung der Beschwerde und zur Aufhebung des angefochtenen Urteils, weshalb die entsprechende Rüge vorweg zu behandeln ist (BGE 137 I 195 E. 2.2 S. 197; 132 V 387 E. 5.1 S. 390; Urteile 2D_54/2014 vom 23. Januar 2015 E. 4; 8C_241/2007 vom 9. Juni 2008 E. 1.3.2).
2.2. Der Anspruch auf rechtliches Gehör beinhaltet das Recht des Beschwerdeführers auf Abnahme der rechtzeitig und formrichtig angebotenen rechtserheblichen Beweismittel (BGE 134 I 140 E. 5.3 S. 148; 131 I 153 E. 3 S. 157). Beweise, welche geeignet sind, den Entscheid zu beeinflussen, sind zu erheben und der Beschwerdeführer hat das Recht, diesbezüglich mitzuwirken oder sich zumindest zum Beweisergebnis zu äussern (BGE 140 I 285 E. 6.3.1 S. 299; 135 I 279 E. 2.3 S. 282; Urteile 8C_649/2017 vom 4. Januar 2018 E. 7.6.2; 1C_1/2015 vom 10. August 2015 E. 2.1; 2C_110/2015 vom 1. September 2015 E. 4.1; 2D_54/2014 vom 23. Januar 2015 E. 5.2). Der Anspruch auf rechtliches Gehör umfasst als Mitwirkungsrecht des Beschwerdeführers alle Befugnisse, die einer Partei einzuräumen sind, damit sie in einem Verfahren ihren Standpunkt wirksam zur Geltung bringen kann (BGE 135 II 286 E. 5.1 S. 293 mit Hinweisen).
Keine Verletzung des rechtlichen Gehörs liegt jedoch vor, wenn das Gericht auf die Abnahme beantragter Beweismittel verzichtet, weil es aufgrund der bereits abgenommenen Beweise seine Überzeugung gebildet hat und ohne Willkür in vorweggenommener Beweiswürdigung annehmen kann, dass seine Überzeugung durch weitere Beweiserhebungen nicht geändert würde (BGE 140 I 285 E. 6.3.1 S. 299; 136 I 229 E. 5.3 S. 236; 134 I 140 E. 5.3 S. 148).
Entscheidend ist somit, ob die vom Beschwerdeführer beantragten Zeugenbefragungen geeignet sind, den Ausgang des Streitfalles trotz bereits abgenommener und ohne Willkür gewürdigter Beweise noch zu beeinflussen.
2.3. Gemäss bundesgerichtlicher Rechtsprechung ist der steuerrechtliche Wohnsitz einer unselbständig erwerbenden Person derjenige Ort, wo sich die betreffende Person mit der Absicht dauernden Verbleibens aufhält (vgl. Art. 3 Abs. 2 DBG) bzw. wo sich der Mittelpunkt ihrer Lebensinteressen befindet. Der steuerrechtliche Wohnsitzbegriff setzt sich aus zwei Elementen zusammen, welche kumulativ erfüllt sein müssen, nämlich dem tatsächlichen bzw. physischen Aufenthalt (objektives Merkmal) und der Absicht dauernden Verbleibens (subjektives Merkmal; Urteile 2C_1267/2012 vom 1. Juli 2013 E. 3.1; 2C_92/2012 vom 17. August 2012 E. 4.1; OESTERHELT/SEILER, in: Kommentar zum schweizerischen Steuerrecht, Bundesgesetz über die direkte Bundessteuer (DBG), 3. Aufl. 2017, N. 13 zu Art. 3; RICHNER/FREI/KAUFMANN/ MEUTER, Handkommentar zum DBG, 3. Aufl. 2016, N. 8 f. zu Art. 3). Der Mittelpunkt der Lebensinteressen bestimmt sich nach der Gesamtheit der objektiven, äusseren Umstände, aus denen sich diese Interessen erkennen lassen, nicht nach den bloss erklärten Wünschen der steuerpflichtigen Person. Auf die gefühlsmässige Bevorzugung eines Ortes kommt es nicht an; der steuerrechtliche Wohnsitz ist insofern nicht frei wählbar. Dem polizeilichen Domizil, wo die Schriften hinterlegt sind oder wo die politischen Rechte ausgeübt werden, kommt dagegen keine entscheidende Bedeutung zu; das sind bloss äussere Merkmale, die ein Indiz für den steuerrechtlichen Wohnsitz bilden können, wenn auch das übrige Verhalten der Person dafür spricht. Wenn sich eine Person abwechslungsweise an zwei Orten aufhält, ist für die Bestimmung des steuerrechtlichen Wohnsitzes darauf abzustellen, zu welchem Ort sie die stärkeren Beziehungen unterhält (BGE 132 I 29 E. 4.1 und 4.2 S. 36; Urteile 2C_397/2010 vom 6. Dezember 2010 E. 2.2; 2C_809/2008 vom 6. August 2009 E. 3.1; 2C_646/2007 vom 7. Mai 2008 E. 3.1). Bei unselbständig erwerbenden Personen ist das gewöhnlich der Ort, wo sie für längere oder unbestimmte Zeit Aufenthalt nehmen, um von dort aus der täglichen Arbeit nachzugehen, ist doch der Zweck des Lebensunterhalts dauernder Natur (BGE 132 I 29 E. 4.2 S. 36; Urteile 2C_397/2010 vom 6. Dezember 2010 E. 2.2; 2C_809/2008 vom 6. August 2009 E. 3.1; 2C_646/2007 vom 7. Mai 2008 E. 3.1). Der Aufenthalt bedingt jedoch zumindest eine Wohn- und damit Übernachtungsgelegenheit zur freien Benützung. Beim Aufenthaltsort bzw. Arbeitsort handelt es sich nicht um den Ort, wo der Arbeitsplatz liegt, sondern um denjenigen, wo die betroffene Person regelmässig übernachtet, um von dort aus zur Arbeit zu gehen (OESTERHELT/SEILER, a.a.O., N. 26 zu Art. 3; RICHNER/FREI/KAUFMANN/MEUTER, a.a.O., N. 14 und 24 zu Art. 3; vgl. BGE 132 I 29 E. 4.3 und 5.3 S. 38 und 40 bezüglich dem Aufenthaltsort eines leitenden Angestellten ohne frei verfügbare Übernachtungsmöglichkeit abseits vom Familienwohnsitz, weshalb Aufenthaltsort der Familienwohnsitz ist, was auch für nicht leitende Angestellte gelten muss). Auf die weiteren Grundsätze zur Bestimmung des steuerrechtlichen Wohnsitzes für verheiratete, im Konkubinat lebende oder ledige Personen mit Bezug zu mehreren Orten, welche zu einem vom Arbeitsort (Stichwort "Wochenaufenthalter") abweichenden Steuerdomizil führen können, wird hier nicht weiter eingegangen.
2.4. Vorliegend stützt die Vorinstanz ihren Entscheid zugunsten des steuerrechtlichen Wohnsitzes O._/ZH bzw. im Kanton Zürich auf 21 Bancomatbezüge und diverse Kreditkartenabrechnungen aus dem Jahr 2010, welche Bargeldbezüge in O._/ZH, Tankstellenbesuche in S._/ZH und wenige Restaurantbesuche in T._/ZH und U._/ZH aufzeigen. Konsumationen oder Bargeldbezüge in P._/ZG seien dagegen laut Vorinstanz nicht zu verzeichnen, was ein klares Bild ergebe. Abgesehen davon sind gemäss Vorinstanz Konsumationen und Bargeldbezüge einzig in Zürich und im Ausland erfolgt. Unbestritten ist, dass die Ex-Frau zu jener Zeit eine Bancomatkarte in Bezug auf das betroffene Bankkonto des Beschwerdeführers besass, und der Beschwerdeführer machte denn auch geltend, die Bargeldbezüge in O._/ZH seien von seiner Ex-Frau getätigt worden und im Übrigen seien die betroffenen Dienstleistungsbezüge auf seinem Heimweg von Zürich (Arbeitsplatz) nach P._/ZG erfolgt. Für sich genommen sind die vorliegenden Bezüge ein schwaches Indiz für die Bestimmung des Steuerdomizils, denn sie betreffen alle den Grossraum Zürich und Zug, wobei sich S._/ZH und O._/ZH auf der Strecke nach P._/ZG befinden. Im Übrigen können beruflich stark beanspruchte Personen, welche zum Arbeitsplatz pendeln und zu denen der Beschwerdeführer gehört, i. d. R. nicht am Wohnort, sondern nur am Ort des Arbeitsplatzes oder unterwegs einkaufen. Der Beschwerdeführer hat stets geltend gemacht, er habe in O._/ZH nur Unterhaltsarbeiten am Haus und im Garten vorgenommen und die Post abgeholt, aber nie in O._/ZH übernachtet. Soweit die Vorinstanz beweiswürdigend davon ausgeht, dass der Beschwerdeführer die Voraussetzung des (physischen) Aufenthalts in O._/ZH erfüllt hat, ist diese Beweiswürdigung angesichts der vorhandenen Indizien willkürlich. Abgesehen davon herrscht gemäss festgestelltem Sachverhalt bezüglich des tatsächlichen bzw. physischen Aufenthalts des Beschwerdeführers Verwirrung, nachdem noch eine weitere Wohnadresse im Kanton Zug (Z._weg, Q._/ZG) Eingang in die Akten gefunden hat. Unbestritten ist lediglich, dass der Beschwerdeführer gemäss Einwohnerkontrolle ab dem 1. Dezember 2009 bis zum 30. April 2011 an der Y._strasse in P._/ZG und ab dem 1. Mai 2011 bis zum 31. August 2014 an anderer Adresse im Kanton Zug gemeldet war, und zwar jeweils an derselben Adresse wie seine Schwägerin D._. Im Übrigen geht auch die Vorinstanz davon aus, dass der Aufenthaltsort des Beschwerdeführers ungeklärt ist, wenn sie festhält, es könne dahingestellt bleiben, ob sich der Beschwerdeführer in der Steuerperiode 2010 auch im Kanton Zug aufgehalten habe. Unter der Annahme, dass das Kriterium des physischen Aufenthalts vorliegend weder den Kanton Zürich noch den Kanton Zug als Veranlagungsort für die Steuerperiode 2010 ausschliesse, sei für die Bestimmung des zuständigen Veranlagungskantons entscheidend, zu welchem der beiden Aufenthaltsorte - O._/ZH oder P._/ZG - der Beschwerdeführer die stärkere Beziehung gehabt habe. Wenn jedoch weder der Kanton Zug noch der Kanton Zürich als Aufenthaltskanton ausgeschlossen ist, so ist der tatsächliche Aufenthalt des Beschwerdeführers offen.
2.5. Grundsätzlich ist die subjektive Steuerpflicht als steuerbegründende Tatsache von der Steuerbehörde nachzuweisen (Urteile 2C_794/ 2013 vom 2. Mai 2014 E. 3.4; 2C_1267/2012 vom 1. Juli 2013 E. 3.4; 2C_92/2012 vom 17. August 2012 E. 4.3). Eine Wohnsitzverlegung, welche die Beweislast für die subjektive Steuerpflicht an einem neuen Ort unter bestimmten Umständen auf den Steuerpflichtigen verschieben würde, liegt nicht vor, da der Beschwerdeführer für die Steuerperiode 2009 im Kanton Zug als unbeschränkt steuerpflichtig veranlagt wurde und weiterhin steuerrechtlichen Wohnsitz im Kanton Zug geltend macht (Urteile 2C_794/2013 vom 2. Mai 2014 E. 3.4; 2C_1267/ 2012 vom 1. Juli 2013 E. 3.4; 2C_92/2012 vom 17. August 2012 E. 4.3). Gemäss Untersuchungsmaxime, welche vorliegend zur Anwendung kommt, hält die zuständige Steuerbehörde nur jene rechtserheblichen Tatsachen für gegeben, welche ausreichend bewiesen sind. Die Untersuchungsmaxime verpflichtet die zuständige Behörde namentlich, von Amtes wegen sämtliche stichhaltigen Beweise zu berücksichtigen, die zu den Akten gelegt worden sind. Auf der anderen Seite befreit die Untersuchungsmaxime den Steuerpflichtigen nicht von seiner Mitwirkung bei der Sachverhaltsfeststellung. Insbesondere bezüglich Tatsachen, welche der Steuerpflichtige bzw. Beschwerdeführer besser kennt als die Behörde, obliegt es dem Steuerpflichtigen, eigene Behauptungen aufzustellen, den Richter über den Sachverhalt aufzuklären und die verfügbaren Beweismittel zu nennen (BGE 140 I 285 E. 6.3.1 S. 298 f. mit Hinweisen; Urteile 1C_1/2015 vom 10. August 2015 E. 2.1; 2C_92/2012 vom 17. August 2012 E. 4.3).
2.6. Vorliegend war es Sache der Steuerbehörden, die subjektive Steuerpflicht des Beschwerdeführers im Kanton Zürich nachzuweisen. Letzterer hat bezüglich des tatsächlichen Aufenthalts angegeben, dass er im Jahr 2010 bei seinem Bruder und seiner Schwägerin an der Y._strasse in P._/ZG gewohnt habe, nicht jedoch in O._/ZH bzw. im gleichen Haus wie seine Ex-Frau. Da die Ex-Frau für das Steuerjahr 2010 unbestrittenermassen in O._/ZH als unbeschränkt Steuerpflichtige veranlagt wurde, würde der steuerrechtliche Wohnsitz des Beschwerdeführers in O._/ZH dazu führen, dass sein tatsächlicher Aufenthaltsort in der Steuerperiode 2010 derselbe wie derjenige seiner Ex-Frau und von deren neuem Lebenspartner wäre, was der allgemeinen Lebenserfahrung widerspricht.
Der Beschwerdeführer hat gegenüber den Steuerbehörden und sämtlichen Rechtsmittelinstanzen jeweils die Befragung seiner Ex-Frau, seines Bruders und seiner Schwägerin als Zeugen beantragt, gegenüber der Vorinstanz zusätzlich die Befragung des neuen Lebenspartners seiner Ex-Frau. Vor der Vorinstanz reichte der Beschwerdeführer zudem eine schriftliche Erklärung seiner Ex-Frau und von deren neuem Lebenspartner ein, welche festhält, dass er im Jahr 2010 nicht mit ihnen in genanntem Haus in O._/ZH gewohnt habe, nur für kleinere Unterhaltsarbeiten in Haus und Garten und zum Abholen der Post gelegentlich vorbeigekommen sei und sie (Ex-Frau und Lebenspartner) erst im Jahr 2011 nach R._/AG gezügelt seien, da die neue Liegenschaft noch habe umgebaut werden müssen. Die Vorinstanz misst dieser Erklärung kein entscheidendes Gewicht bei, da zahlreiche Indizien für den Lebensmittelpunkt in O._/ZH sprächen. Ausserdem enthalte die Erklärung keine Hinweise zur Beziehung des Beschwerdeführers zu P._/ZG. Eine Zeugenbefragung lehnt die Vorinstanz ab, weil der Beschwerdeführer nicht behaupte, dass die Ex-Frau und ihr Lebenspartner in einer Zeugenaussage weitergehende Aussagen machen würden als in der schriftlichen Erklärung. Der Beschwerdeführer macht diesbezüglich unter anderem geltend, es sei Sache des Richters, die zielführenden Fragen zu stellen. In Bezug auf die Beziehung zu P._/ZG sei ausserdem die Zeugenbefragung des Bruders und der Schwägerin beantragt worden, mit denen er (Beschwerdeführer) in P._/ZG zusammen gewohnt habe. Die Verweigerung der Zeugenbefragung führe zu einer Lücke in der Sachverhaltsfeststellung, welche durch die ins Feld geführten Indizien nicht geschlossen werde.
Die vorinstanzliche Begründung ist willkürlich. Es ist davon auszugehen, dass die Ex-Frau und ihr Lebenspartner präzise und ausführliche Angaben zu den Wohnverhältnissen des Beschwerdeführers und insbesondere zur Frage, ob er sich nun in besagtem Haus in O._/ZH aufgehalten hat oder nicht, machen können. Entsprechende Zeugenaussagen betreffen eine Grundvoraussetzung des steuerrechtlichen Wohnsitzes, sind damit rechtserheblich und geeignet, den Ausgang des Streitfalles zu beeinflussen. Die Mitwirkungspflicht des Steuerpflichtigen verlangt zudem nicht, dass der Inhalt einer beantragten Zeugenaussage bereits im Detail im entsprechenden Antrag bzw. der Rechtsschrift vorweggenommen wird, sondern es genügt, das Beweisthema und das Beweismittel zu nennen. Es ist insbesondere im Rahmen der Untersuchungsmaxime Sache des Gerichts, die relevanten Fragen zu stellen, wozu die Vorinstanz aufgrund des aufgearbeiteten Beweisthemas ohne Weiteres in der Lage gewesen wäre. Ausserdem erscheint es widersprüchlich, einer schriftlichen Erklärung kaum Beweiswert zuzumessen, aber gleichzeitig eine Zeugenbefragung zu verweigern. Die Vorinstanz ist bezüglich ihrer entgegenstehenden, antizipierten Beweiswürdigung in Willkür verfallen. Die entsprechenden Zeugenbefragungen sind durchzuführen.
2.7. Weiter kommt die Vorinstanz zum Schluss, dass die ESTV in Bezug auf die vom Beschwerdeführer beantragte (und nicht vorgenommene) Zeugenbefragung des Bruders und der Schwägerin das rechtliche Gehör verletzt habe, diese Gehörsverletzung jedoch nun durch die Vorinstanz infolge antizipierter Beweiswürdigung, welche diese Zeugenbefragung als nicht rechtserheblich erscheinen lasse, geheilt sei. Der Beschwerdeführer macht diesbezüglich unter anderem geltend, durch die Befragung seines Bruders und seiner Schwägerin hätten die Unklarheiten und Unsicherheiten bezüglich seines Wohnsitzes beseitigt werden können. Ausserdem sei nicht nachvollziehbar, dass die Vorinstanz dem Beschwerdeführer für die durch die ESTV unterlassene Zeugenbefragung eine Parteientschädigung zuspreche, gleichzeitig aber zum Schluss komme, eine Befragung sei nicht nötig gewesen.
Die vorinstanzliche Begründung und antizipierte Beweiswürdigung erscheint aus den bereits bezüglich der Zeugenbefragungen der Ex-Frau und ihres Lebenspartners dargelegten Gründen als willkürlich. Gerade die Zeugenbefragung des Bruders und der Schwägerin, mit welchen der Beschwerdeführer während des relevanten Zeitraumes zusammen gewohnt haben will, könnte Aufschluss über den strittigen Aufenthalt in P._/ZG geben. Diese Zeugenbefragung ist rechtserheblich und somit der Beweis abzunehmen.
2.8. Gemäss Art. 115 DBG müssen die vom Steuerpflichtigen angebotenen Beweise abgenommen werden, soweit sie geeignet sind, die für die Veranlagung erheblichen Tatsachen festzustellen. Laut bundesgerichtlicher Praxis ist die Zeugenbefragung auch im Rahmen der Veranlagung der direkten Bundessteuer möglich, soweit die Zeugen zur Aussage bereit sind. Der entsprechende Anspruch folgt aus dem Anspruch auf rechtliches Gehör, wonach die angebotenen Beweise abzunehmen sind, soweit sie geeignet sind, rechtserhebliche Tatsachen festzustellen (Urteile 2C_188/2010 und 194/2010 vom 24. Januar 2011 E. 6.5; 2A.480/2005 vom 23. Februar 2006 E. 2.3; 2A.617/1998 vom 30. März 2000 E. 3.c). Die Vorinstanz hat mit der Verweigerung der Zeugenbefragungen den Anspruch des Beschwerdeführers auf rechtliches Gehör verletzt. Dieser Mangel kann vor Bundesgericht regelmässig nicht geheilt werden, zumal der Beschwerdeführer grundsätzlich Anspruch auf Einhaltung des Instanzenzuges hat (BGE 137 I 195 E. 2.7 S. 199; Urteile 1C_1/2015 vom 10. August 2015 E. 2.3; 8C_241/2007 vom 9. Juni 2008 E. 1.3.2) und der Sachverhalt betroffen ist, welchen das Bundesgericht nicht frei überprüfen kann (Urteil 1C_1/2015 vom 10. August 2015 E. 2.3 in fine). Die Beschwerde wird deshalb ohne Prüfung der weiteren Rügen gutgeheissen, das vorinstanzliche Urteil aufgehoben und die Sache an die Vorinstanz zurückgewiesen, damit diese die Zeugen E._, C._, B._ und D._ als Zeugen befragt, soweit die genannten Personen dazu bereit sind.
3.
Die ESTV ist vorliegend unterlegen. Da es jedoch um die Festlegung des steuerrechtlichen Wohnsitzes bzw. Veranlagungsortes für die direkte Bundessteuer der Steuerperiode 2010 geht und die vermögensrechtlichen Interessen der ESTV insoweit nicht betroffen sind, werden keine Gerichtskosten auferlegt (Art. 66 Abs. 4 BGG). Die ESTV hat dem Beschwerdeführer jedoch für das bundesgerichtliche Verfahren eine Parteientschädigung von Fr. 5'000.-- zu bezahlen (Art. 68 BGG).
Demnach erkennt das Bundesgericht:
1.
Die Beschwerde wird gutgeheissen. Das Urteil des Bundesverwaltungsgerichts vom 3. Mai 2017 wird aufgehoben und die Sache wird zur neuen Entscheidung im Sinne der Erwägungen an die Vorinstanz zurückgewiesen.
2.
Es werden keine Gerichtskosten erhoben.
3.
Die Eidgenössische Steuerverwaltung hat dem Beschwerdeführer für das bundesgerichtliche Verfahren eine Parteientschädigung von Fr. 5'000.-- zu bezahlen.
4.
Dieses Urteil wird den Verfahrensbeteiligten, dem Kantonalen Steueramt Zürich, der Steuerverwaltung des Kantons Zug und dem Bundesverwaltungsgericht, Abteilung I, schriftlich mitgeteilt.
Lausanne, 16. Juli 2018
Im Namen der II. öffentlich-rechtlichen Abteilung
des Schweizerischen Bundesgerichts
Der Präsident: Seiler
Der Gerichtsschreiber: Quinto