2、nacos 2.1.0注册中心原理及源码分析

news2024/11/19 7:28:45

一、为什么有这课程

Spring Cloud Alibaba 新版本中Seata 1.5.2和Nacos 2.1.0 在性能和使用方面都有很大提升，这节课将从使用和源码的角度详细讲解这两个框架。

二、设计注册中心

1、分布式框架的注意点：三高架构

  • 高可用

    高可用性（High Availability）通常来描述一个系统经过专门的设计，从而减少停工时间，而保持其服务的高度可用性(一直都能用)。

    解决方案：集群

  • 高并发

    高并发（High Concurrency）是互联网分布式系统架构设计中必须考虑的因素之一，它通常是指，通过设计保证系统能够同时并行处理很多请求。 高并发相关常用的一些指标有响应时间（Response Time），吞吐量（Throughput），每秒查询率QPS（Query Per Second），并发用户数等。

    解决方案：

    • 垂直扩展：增强单机硬件性能
    • 水平扩展：

  • 高性能

    高性能（High Performance）就是指程序处理速度快，所占内存少，cpu占用率低。

    解决方案：

    指程序处理速度快： 这里设计我们数据存储结构、访问机制、集群同步

2、注册中心的设计

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  • 服务注册
  • 注册表结构设计
  • 服务发现
  • 服务订阅
  • 服务推送
  • 健康检查
  • 集群同步：设计到数据同步，数据同步我们有哪些协议 raft 、distro、ZAB

三、Nacos作为注册中心源码分析

1、项目准备

  • 客户端项目：msbshop-parent
    注意版本的对应

    image.png

  • 服务端项目：nacos-2.1.0

    下载对应的nacos，进行编译

    mvn clean install -DskipTests -Drat.skip=true -f pom.xml

  • 启动源码服务时候指定参数

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2、服务启动入口

2.1 整体流程图

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2.2 源码分析

通过学习Nacos1.4 我们知道了我们的注册对应的类是NacosNamingService，那我们Nacos2.1.0是不是也是一样的呢？

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通过上图我们发现里面也有注册的信息，那我们打上断点看一下是否到这里，我们在对应注册方法打上断点，然后debug启动，如图 ：

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我们发现服务启动后他确实通过这里，所以这里是注入的入口，那他是从哪里来这里的呢？

我们想nacos是和Springboot整合，那可能使用了SpringBoot的自动装配

我们查看我们引入的Jar包spring-cloud-starter-alibaba-nacos-discovery.jar 查看里面spring.factoris文件

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我们可以查看自动装配类，在这里我们可以通过名称来推断那个关于注册自动配置类，NacosServiceRegistryAutoConfiguration应该和我们注册相关，我们进入看一下，导入以下类

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我们可以通过上面debug端点看一下堆栈信息，看涉及到那个类

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他的默认实现类是NacosAutoServiceRegistration

NacosAutoServiceRegistration 实现了ApplicationListener接口，监听事件WebServerInitializedEvent（spring核心方法refresh的完成后广播事件）

2.3 总结

找入口的方式：自动装配类 spring.factories

事件驱动：NacosAutoServiceRegistration实现了applicationListener接口

3、实例注册

3.1 整体流程图

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3.2 客户端

3.2.1 源码分析

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我们的初始化代码如下：

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上面是通过实例的参数ephemeral值来判断是否是grpcClientProxy还是httpClientProxy，我们在他的实例化的位置能判断ephemeral的值

我们根据堆栈信息去看找到instance实例化的位置

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具体实例创建

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分析NacosDiscoveryPropertiesimage.png

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由此我们知道这里使用grpc客户端端和服务端通信，同时我们能得出结论：我们

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grpcClientProxy的调用

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3.2.2 源码总结
  • 判断变量 1、 debug 2、 全文搜索 定位赋值位置
  • 通过ephemeral的值判断是grpc通信，还是http通信，通过这我们能判断ap模式是用的grpc模式，cp模式是用http通信
  • 判断服务端处理类的方式，我们可以根据请求参数，找对应服务端的处理类（由于开源框架都是规范的，一般都是根据请求参数来命名，所以可以采用这种方式）

3.3 服务端

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3.3.1源码分析

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这里我们注意我们实际注册的应该是对应的实例，而不是服务，服务包括多个实例，具体上的实例才有对应的ip和port

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问题：这里一个服务对应一个实例，我们知道一个服务应该对应多个实例，为什么这里对应一个实例呢？ 他是怎样处理的？后面我们进行解答

对事件ClientRegisterServiceEvent的监听，我们可以通过全文搜索来看，哪里对应的处理的

image.png下面进行事件监听进行处理：

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publisherIndexs就是注册表

3.3.2 源码总结
  1. 分清实例和服务的关系： 我们实际注册的是实例 ，一个服务包含多个实例
  2. 这里注册实例会注册到我们Client中，Client有个Map,key：是service value是对应的一个实例，也就是一个Client对应一个服务的具体实例
  3. 我们发送事件后来处理注册表，注册表结构是ConcurrentMap<Service, Set<String>> publisherIndexes
    里面key:是服务，value对应Client的clientId

4、注册表

4.1 注册表结构分析

下面是我们nacos2.1.0的注册表

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这里是Nacos1.4x的注册表

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4.2 总结

通过Nacos1.4 和Nacos2.1 版本的注册表结构会发现，1.4 比较复杂，而2.1是比较简单，这样2.1的加锁的地方要少一些，所以2.1的注册表的结构性能要好，所以说我们可以总结一下,Nacoa2.1比Nacos1.4性能好的原因：

  1. Nacos2.1 使用的是GRPC性能要好一些
  2. Nacos2.1 表结构简单，所以加锁的地方要少一些，性能更好一些

5、服务发现

5.1 客户端

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5.1.1 源码分析

我们需要从客户端找到服务发现的入口，我们注册的入口类是NacosNamingService，那我们服务发现入口应该也在这里：我们看一下有两个方法：getAllInstances和selectInstances

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那具体是那个方法，我们可以在每个方法里面打上断点，然后debug启动后，进行访问

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发送请求

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从上图可以判断他是通过selectInstances来获取数据的

我们通过堆栈信息我们能发现，他的调用路径是通过ribbon最终调用selectInstances方法。

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key1: 从缓存中获取数据

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这里注意，他是从缓存中获取数据，那他一定有定时任务处理这里的数据，否则他就会有脏数据的问题，带着这个问题我们继续学习。

key2：进行订阅

我们服务启动第一次一定是空的，所以我们进行订阅，当定于的clientProxy，具体是那个值呢？

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我们能确定clientProxy的具体实现类是NamingClientProxyDelegate，好我们看一下具体

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key1:定时任务

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这里的UpdateTask一定是个Runable，所以我们看他的run方法

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总结上图内容：从缓存获取，如果没有则发送请求获取，如果有则判断数据是否超时，在finally里面对应的内容是这个任务每6秒执行一次，如果失败就会扩大两倍时长，最大是一分钟

里面更新缓存中内容如下：

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这里先写内存后写磁盘，那磁盘数据什么时候获取呢？

我们在ServiceInfoHolder构造方法中发现？

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那我们看一下服务发现对应代码

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5.1.2 源码总结

  • 服务启动时候读取磁盘中数据放到缓存
  • 读取磁盘数据 如果没有则发送请求获取数据，然后写到缓存
  • 读取磁盘数据，如果有则判断时间是否过期，过期则发送请求，写到缓存
  • 读取数据是一个定时任务每6秒执行一次，如果失败就会延长，但最大时长是1分钟

5.2 服务端

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5.2.1 源码分析

从上文中我们可以分析出我们服务端处理类应该是ServiceQueryRequestHandler

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从上图可知getAllInstancesFromIndex是重点，它是获取我们对应的实例，来我们重点分析一下：

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1、获取对应的clientId，这一定是在我们的注册表中获取的，注册表示个Map ,key:是服务名称，value:是对应client的set ，不理解的可以参考一下我们的注册表

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2、获取对应实例这里我们详细看一下

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这里可以和我们注册表中内容详细看一下

5.2.2 源码总结

这里主要是从注册表中获取数据，所以理解这里需要看一下我们的注册表中，各个数据之间的关系

6、服务订阅

6.1 客户端源码

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源码可以参考我们服务发现对应的源码

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6.2 服务端源码

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6.2.1源码分析

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key3: 查询服务列表的信息中，会调用serviceStorage.getData(service) 来获取服务的实例，这个和我们服务发现的服务端源码是一样的，这里就不在重复

key4:进行订阅

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key2:把订阅者和服务进行关系绑定

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这里和注册相同，每个客户端对应一个Map,Map里面key:是服务 value:就是这个服务对应的实例

key3:发送订阅事件， 我们全文搜索ClientSubscribeServiceEvent 查看处理事件位置

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更新订阅表

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6.2.2 源码总结

我们的订阅很简单首先是获取对应订阅这个服务的实例，用于返回，然后进行订阅，订阅的信息是我们对应发起定于服务者和被订阅服务会以map形式放到我们的client，然后发送一个事件，这个时间就是更新我们的订阅注册表

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7、服务变更推送

这里注意我们推送有两种一种是服务变更推送，一种是订阅推送

服务变更推送：对于一个服务来说，订阅者有好多，我们在订阅表中能看到ConcurrentMap<Service, Set<String>> subscriberIndexes，能获所有订阅者，然后进行推送

订阅者推送：此时服务已经稳定，我这里增加一个msb-order，那对于msb-stock又增加一个订阅者，此时我们应该将msb-stock对应的实例推送给具体新增的实例

7.1 订阅推送

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7.2.1服务端源码分析

客户端在订阅的时候发送事件更改注册表后，会再发送一个事件，这个事件就会获取对应的服务实例，然后通知订阅者获取对应的服务的实例，这里和上面我们直接订阅返回对应数据有点重复，这里我们可以注意一下，接下来我们看一下源码。

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全文搜索ServiceSubscribedEvent查看处理事件的地方

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我们进入addTask方法

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我们想这里先从map中获取如果有则合并，没有则放进去，那我们想一定有个地方从这里来获取这个任务来处理；

我们看一下这个类的构造方法

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这里有个定时任务来处理我们看一下

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我们进入处理任务

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这里的processor.process的处理方法

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我们分析一下上面到底是那个方法，1、我们可以通过debug 2、我们可以猜测，我们想我们处理的任务是PushDelayTask ，所以我们用它PushDelayTask来搜索一下

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所以处理类应该是PushDelayTaskProcessor

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PushExecuteTask是实现Runable的线程，那重点应该是他的run方法

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进入对应的run方法

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key1:获取订阅这个服务的客户端ID

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上面是判断是否是全部推送，如果我们有指定的ClientId就不全部推送，如果没有我们就全部推送，我们这是订阅推送，所以有要推送的客户端

key2:进行任务处理

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7.2.2 客户端源码分析

服务端发送请求参数是ServerRequest，那我们怎样在客户端找到对应的处理方法呢？ 还是老办法，用ServerRequest在客户端进行搜索

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这个ServerRequestHandler是个接口，我们找他的实现类，如下

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那具体的实现类，我们推理可以知道他一定是NamingPushRequestHandler

好我们来分析一下NamingPushRequestHandler

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7.2.3 总结

我们新增服务订阅在更新完注册表会发布一个事件ServiceSubscribedEvent，NamingSubscriberServiceV2Impl.会监听事件，然后把订阅到的数据进行推送过去，这期间真正的工作任务是PushExecuteTask他是一个线程，同时注意这里是订阅，所以我们推送的时候，直接推送给新增订阅者就可以

7.2 服务变更推送

服务变更推送和订阅推送是一样的只是推送的对象不同，我们订阅推送是给新增订阅者进行推送，服务变更推送是给所有订阅这个服务的推送

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8、心跳机制

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8.1 源码分析

我们进入ConnectionManager里面的start方法中，这个方法上有@PostConstruct，也就是构造方法执行完毕就执行这个方法

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上图中我们可以知道它里面线程是每3秒执行一次：

由于里面方法比较多，这里我们可以看一些关键的点：

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image.pngimage.png

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key5:注销

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发布事件ClientDisconnectEvent

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8.2 总结

image.png、

9、数据同步

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9.1 源码分析

我们在实例注册的时候就应该进行集群同步

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全文搜索ClientChangedEvent查看哪里处理

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我们进入addTask方法

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进入NacosDelayTaskExecuteEngine的构造方法里面，启动一个定时任务ProcessRunnable

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查看ProcessRunnable的run方法

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我们处理的任务是DistroDelayTask ，所以说我们查看具体方法如下

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DistroSyncChangeTask是具体的任务我看一下他的run方法

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处理集群同步

从上图中我们知道集群同步的请求是DistroDataRequest， 那我可以在服务端全文搜索

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处理数据同步

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新增实例

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9.2 总结

这里集群同步时候，我们采用的异步处理，这里和我们服务变更推送类似

10、GRPC源码分析

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10.1、客户端源码分析

我们找到客户端注册的代码：

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通过他初始化实例，我们知道他他真正的调用方法

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通过方法getExecuteClientProxy需要确定具体代理类 grpcClientProxy

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我们查找grpcClientProxy的初始化的地方。

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那NamingGrpcClientProxy应该grpc的核心逻辑

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我们进入start方法：

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上面方法分为两部分：

key1:是将处理的Handler放到对应的List serverRequestHandlers 那后面一定是在客户端处理请求的时候，从哪这里面拿到对应的Handler进行处理

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key2: 启动这里 这里是关键，我们进来看一下：

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上图是简单描述：我们可以看一下第4、5、6、7步

key4:选择一个服务

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key5:连接服务

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key6: 发送事件到队列， 我们可以全文搜索哪里处理这个队列

线程池里面的一个线程正在处理，如

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key7:

如果前面同步连接都失败的话，我们就进行异步连接

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我们全文搜索就会发现在上文中的第二个线程中会进行处理

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总结：在连接成功还是连接失败后都是异步进行处理，我们可以参考这种方式

10.2、服务端源码分析

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服务处理rpc的请求，那我们可以进行猜测一下服务端进行搜索RpcServer，如下

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那BaseRpcServer应该是处理RPC的请求，我们看一下对应代码

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通过名称我们应该知道他是启动server，那我们查看哪里调用他

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通过上图我们知道，他是构造方法之后我们进行服务启动

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key1: 增加拦截器 ，这里主要获取一些远端Ip+port信息

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key2: 这里面重点是建立连接和处理请求

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key2.1 处理请求

我们想我们Springmvc处理请求的时候，我们是根据路径判断对应的controller，这里我们的请求应该是那个具体的handler呢？ 我们是根据type，这个type其实就是请求类型

如下图：获取对应type ,然后根据type获取对应的的RequestHandler

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我们进入getByRequestType

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image.png从上图我们知道这里是将相应handler以map的形式进行存放，那这个key我们通过debug知道他对应的值，为请求参数的的名称

那什么时候进行初始化的：

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那Handler对应泛型的第一参数类型名称是什么，那我们拿InstanceRequestHandler来举例：也就是InstanceRequest

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总结：我们处理实例就是用的监听器来获取对应的所有实例，然后以map处理，所有请求从这map中拿取对应的对象。

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