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Java中的異常和處理機制實例詳解

 更新時間:2019年05月20日 11:31:40   作者:代碼鋼琴家  
這篇文章主要介紹了Java中的異常和處理機制,結(jié)合實例形式詳細(xì)分析了Java異常與處理機制的相關(guān)概念、原理、用法及操作注意事項,需要的朋友可以參考下

本文實例講述了Java中的異常和處理機制。分享給大家供大家參考,具體如下:

簡介

程序運行時,發(fā)生的不被期望的事件,它阻止了程序按照程序員的預(yù)期正常執(zhí)行,這就是異常。異常發(fā)生時,是任程序自生自滅,立刻退出終止,還是輸出錯誤給用戶?或者用C語言風(fēng)格:用函數(shù)返回值作為執(zhí)行狀態(tài)?。

Java提供了更加優(yōu)秀的解決辦法:異常處理機制。

異常處理機制能讓程序在異常發(fā)生時,按照代碼的預(yù)先設(shè)定的異常處理邏輯,針對性地處理異常,讓程序盡最大可能恢復(fù)正常并繼續(xù)執(zhí)行,且保持代碼的清晰。
Java中的異??梢允呛瘮?shù)中的語句執(zhí)行時引發(fā)的,也可以是程序員通過throw 語句手動拋出的,只要在Java程序中產(chǎn)生了異常,就會用一個對應(yīng)類型的異常對象來封裝異常,JRE就會試圖尋找異常處理程序來處理異常。

Throwable類是Java異常類型的頂層父類,一個對象只有是 Throwable 類的(直接或者間接)實例,他才是一個異常對象,才能被異常處理機制識別。JDK中內(nèi)建了一些常用的異常類,我們也可以自定義異常。

Java異常的分類和類結(jié)構(gòu)圖

Java標(biāo)準(zhǔn)庫內(nèi)建了一些通用的異常,這些類以Throwable為頂層父類。

Throwable又派生出Error類和Exception類。

錯誤:Error類以及他的子類的實例,代表了JVM本身的錯誤。錯誤不能被程序員通過代碼處理,Error很少出現(xiàn)。因此,程序員應(yīng)該關(guān)注Exception為父類的分支下的各種異常類。

異常:Exception以及他的子類,代表程序運行時發(fā)送的各種不期望發(fā)生的事件??梢员籎ava異常處理機制使用,是異常處理的核心。

總體上我們根據(jù)Javac對異常的處理要求,將異常類分為2類。

非檢查異常(unckecked exception):Error 和 RuntimeException 以及他們的子類。javac在編譯時,不會提示和發(fā)現(xiàn)這樣的異常,不要求在程序處理這些異常。所以如果愿意,我們可以編寫代碼處理(使用try…catch…finally)這樣的異常,也可以不處理。對于這些異常,我們應(yīng)該修正代碼,而不是去通過異常處理器處理 。這樣的異常發(fā)生的原因多半是代碼寫的有問題。如除0錯誤ArithmeticException,錯誤的強制類型轉(zhuǎn)換錯誤ClassCastException,數(shù)組索引越界ArrayIndexOutOfBoundsException,使用了空對象NullPointerException等等。

檢查異常(checked exception):除了Error 和 RuntimeException的其它異常。javac強制要求程序員為這樣的異常做預(yù)備處理工作(使用try…catch…finally或者throws)。在方法中要么用try-catch語句捕獲它并處理,要么用throws子句聲明拋出它,否則編譯不會通過。這樣的異常一般是由程序的運行環(huán)境導(dǎo)致的。因為程序可能被運行在各種未知的環(huán)境下,而程序員無法干預(yù)用戶如何使用他編寫的程序,于是程序員就應(yīng)該為這樣的異常時刻準(zhǔn)備著。如SQLException , IOException,ClassNotFoundException 等。

需要明確的是:檢查和非檢查是對于javac來說的,這樣就很好理解和區(qū)分了。

初識異常

下面的代碼會演示2個異常類型:ArithmeticException 和 InputMismatchException。前者由于整數(shù)除0引發(fā),后者是輸入的數(shù)據(jù)不能被轉(zhuǎn)換為int類型引發(fā)。

package com.example;
import java. util .Scanner ;
public class AllDemo
{
   public static void main (String [] args )
   {
      System . out. println( "----歡迎使用命令行除法計算器----" ) ;
      CMDCalculate ();
   }
   public static void CMDCalculate ()
   {
      Scanner scan = new Scanner ( System. in );
      int num1 = scan .nextInt () ;
      int num2 = scan .nextInt () ;
      int result = devide (num1 , num2 ) ;
      System . out. println( "result:" + result) ;
      scan .close () ;
   }
   public static int devide (int num1, int num2 ){
      return num1 / num2 ;
   }
}
/*****************************************
----歡迎使用命令行除法計算器----
0
Exception in thread "main" java.lang.ArithmeticException : / by zero
   at com.example.AllDemo.devide( AllDemo.java:30 )
   at com.example.AllDemo.CMDCalculate( AllDemo.java:22 )
   at com.example.AllDemo.main( AllDemo.java:12 )
----歡迎使用命令行除法計算器----
r
Exception in thread "main" java.util.InputMismatchException
   at java.util.Scanner.throwFor( Scanner.java:864 )
   at java.util.Scanner.next( Scanner.java:1485 )
   at java.util.Scanner.nextInt( Scanner.java:2117 )
   at java.util.Scanner.nextInt( Scanner.java:2076 )
   at com.example.AllDemo.CMDCalculate( AllDemo.java:20 )
   at com.example.AllDemo.main( AllDemo.java:12 )
*****************************************/

異常是在執(zhí)行某個函數(shù)時引發(fā)的,而函數(shù)又是層級調(diào)用,形成調(diào)用棧的,因為,只要一個函數(shù)發(fā)生了異常,那么他的所有的caller都會被異常影響。當(dāng)這些被影響的函數(shù)以異常信息輸出時,就形成的了異常追蹤棧。

異常最先發(fā)生的地方,叫做異常拋出點。

從上面的例子可以看出,當(dāng)devide函數(shù)發(fā)生除0異常時,devide函數(shù)將拋出ArithmeticException異常,因此調(diào)用他的CMDCalculate函數(shù)也無法正常完成,因此也發(fā)送異常,而CMDCalculate的caller——main 因為CMDCalculate拋出異常,也發(fā)生了異常,這樣一直向調(diào)用棧的棧底回溯。這種行為叫做異常的冒泡,異常的冒泡是為了在當(dāng)前發(fā)生異常的函數(shù)或者這個函數(shù)的caller中找到最近的異常處理程序。由于這個例子中沒有使用任何異常處理機制,因此異常最終由main函數(shù)拋給JRE,導(dǎo)致程序終止。

上面的代碼不使用異常處理機制,也可以順利編譯,因為2個異常都是非檢查異常。但是下面的例子就必須使用異常處理機制,因為異常是檢查異常。

代碼中我選擇使用throws聲明異常,讓函數(shù)的調(diào)用者去處理可能發(fā)生的異常。但是為什么只throws了IOException呢?因為FileNotFoundException是IOException的子類,在處理范圍內(nèi)。

@Test
public void testException() throws IOException
{
  //FileInputStream的構(gòu)造函數(shù)會拋出FileNotFoundException
  FileInputStream fileIn = new FileInputStream("E:\\a.txt");
  int word;
  //read方法會拋出IOException
  while((word = fileIn.read())!=-1)
  {
    System.out.print((char)word);
  }
  //close方法會拋出IOException
  fileIn.clos
}

異常處理的基本語法

在編寫代碼處理異常時,對于檢查異常,有2種不同的處理方式:使用try…catch…finally語句塊處理它?;蛘?,在函數(shù)簽名中使用throws 聲明交給函數(shù)調(diào)用者caller去解決。

try…catch…finally語句塊

try{
   //try塊中放可能發(fā)生異常的代碼。
   //如果執(zhí)行完try且不發(fā)生異常,則接著去執(zhí)行finally塊和finally后面的代碼(如果有的話)。
   //如果發(fā)生異常,則嘗試去匹配catch塊。
}catch(SQLException SQLexception){
  //每一個catch塊用于捕獲并處理一個特定的異常,或者這異常類型的子類。Java7中可以將多個異常聲明在一個catch中。
  //catch后面的括號定義了異常類型和異常參數(shù)。如果異常與之匹配且是最先匹配到的,則虛擬機將使用這個catch塊來處理異常。
  //在catch塊中可以使用這個塊的異常參數(shù)來獲取異常的相關(guān)信息。異常參數(shù)是這個catch塊中的局部變量,其它塊不能訪問。
  //如果當(dāng)前try塊中發(fā)生的異常在后續(xù)的所有catch中都沒捕獲到,則先去執(zhí)行finally,然后到這個函數(shù)的外部caller中去匹配異常處理器。
  //如果try中沒有發(fā)生異常,則所有的catch塊將被忽略。
}catch(Exception exception){
  //...
}finally{
  //finally塊通常是可選的。
  //無論異常是否發(fā)生,異常是否匹配被處理,finally都會執(zhí)行。
  //一個try至少要有一個catch塊,否則, 至少要有1個finally塊。但是finally不是用來處理異常的,finally不會捕獲異常。
 //finally主要做一些清理工作,如流的關(guān)閉,數(shù)據(jù)庫連接的關(guān)閉等。
}

需要注意的地方

1、try塊中的局部變量和catch塊中的局部變量(包括異常變量),以及finally中的局部變量,他們之間不可共享使用。

2、每一個catch塊用于處理一個異常。異常匹配是按照catch塊的順序從上往下尋找的,只有第一個匹配的catch會得到執(zhí)行。匹配時,不僅運行精確匹配,也支持父類匹配,因此,如果同一個try塊下的多個catch異常類型有父子關(guān)系,應(yīng)該將子類異常放在前面,父類異常放在后面,這樣保證每個catch塊都有存在的意義。

3、java中,異常處理的任務(wù)就是將執(zhí)行控制流從異常發(fā)生的地方轉(zhuǎn)移到能夠處理這種異常的地方去。也就是說:當(dāng)一個函數(shù)的某條語句發(fā)生異常時,這條語句的后面的語句不會再執(zhí)行,它失去了焦點。執(zhí)行流跳轉(zhuǎn)到最近的匹配的異常處理catch代碼塊去執(zhí)行,異常被處理完后,執(zhí)行流會接著在“處理了這個異常的catch代碼塊”后面接著執(zhí)行。

有的編程語言當(dāng)異常被處理后,控制流會恢復(fù)到異常拋出點接著執(zhí)行,這種策略叫做:resumption model of exception handling(恢復(fù)式異常處理模式 )

而Java則是讓執(zhí)行流恢復(fù)到處理了異常的catch塊后接著執(zhí)行,這種策略叫做:termination model of exception handling(終結(jié)式異常處理模式)

public static void main(String[] args){
    try {
      foo();
    }catch(ArithmeticException ae) {
      System.out.println("處理異常");
    }
}
public static void foo(){
    int a = 5/0; //異常拋出點
    System.out.println("為什么還不給我漲工資!!!"); //////////////////////不會執(zhí)行
}

throws 函數(shù)聲明

throws聲明:如果一個方法內(nèi)部的代碼會拋出檢查異常(checked exception),而方法自己又沒有完全處理掉,則javac保證你必須在方法的簽名上使用throws關(guān)鍵字聲明這些可能拋出的異常,否則編譯不通過。

throws是另一種處理異常的方式,它不同于try…catch…finally,throws僅僅是將函數(shù)中可能出現(xiàn)的異常向調(diào)用者聲明,而自己則不具體處理。

采取這種異常處理的原因可能是:方法本身不知道如何處理這樣的異常,或者說讓調(diào)用者處理更好,調(diào)用者需要為可能發(fā)生的異常負(fù)責(zé)。

public void foo() throws ExceptionType1 , ExceptionType2 ,ExceptionTypeN
{
   //foo內(nèi)部可以拋出 ExceptionType1 , ExceptionType2 ,ExceptionTypeN 類的異常,或者他們的子類的異常對象。
}

finally塊

finally塊不管異常是否發(fā)生,只要對應(yīng)的try執(zhí)行了,則它一定也執(zhí)行。只有一種方法讓finally塊不執(zhí)行:System.exit()。因此finally塊通常用來做資源釋放操作:關(guān)閉文件,關(guān)閉數(shù)據(jù)庫連接等等。

良好的編程習(xí)慣是:在try塊中打開資源,在finally塊中清理釋放這些資源。

需要注意的地方:

1、finally塊沒有處理異常的能力。處理異常的只能是catch塊。

2、在同一try…catch…finally塊中 ,如果try中拋出異常,且有匹配的catch塊,則先執(zhí)行catch塊,再執(zhí)行finally塊。如果沒有catch塊匹配,則先執(zhí)行finally,然后去外面的調(diào)用者中尋找合適的catch塊。

3、在同一try…catch…finally塊中 ,try發(fā)生異常,且匹配的catch塊中處理異常時也拋出異常,那么后面的finally也會執(zhí)行:首先執(zhí)行finally塊,然后去外圍調(diào)用者中尋找合適的catch塊。

這是正常的情況,但是也有特例。關(guān)于finally有很多惡心,偏、怪、難的問題,我在本文最后統(tǒng)一介紹了,電梯速達(dá)->:finally塊和return

throw 異常拋出語句

throw exceptionObject

程序員也可以通過throw語句手動顯式的拋出一個異常。throw語句的后面必須是一個異常對象。

throw 語句必須寫在函數(shù)中,執(zhí)行throw 語句的地方就是一個異常拋出點,它和由JRE自動形成的異常拋出點沒有任何差別。

public void save(User user)
{
   if(user == null)
     throw new IllegalArgumentException("User對象為空");
   //......
}

異常的鏈化

在一些大型的,模塊化的軟件開發(fā)中,一旦一個地方發(fā)生異常,則如骨牌效應(yīng)一樣,將導(dǎo)致一連串的異常。假設(shè)B模塊完成自己的邏輯需要調(diào)用A模塊的方法,如果A模塊發(fā)生異常,則B也將不能完成而發(fā)生異常,但是B在拋出異常時,會將A的異常信息掩蓋掉,這將使得異常的根源信息丟失。異常的鏈化可以將多個模塊的異常串聯(lián)起來,使得異常信息不會丟失。

異常鏈化:以一個異常對象為參數(shù)構(gòu)造新的異常對象。新的異對象將包含先前異常的信息。這項技術(shù)主要是異常類的一個帶Throwable參數(shù)的函數(shù)來實現(xiàn)的。這個當(dāng)做參數(shù)的異常,我們叫他根源異常(cause)。

查看Throwable類源碼,可以發(fā)現(xiàn)里面有一個Throwable字段cause,就是它保存了構(gòu)造時傳遞的根源異常參數(shù)。這種設(shè)計和鏈表的結(jié)點類設(shè)計如出一轍,因此形成鏈也是自然的了。

public class Throwable implements Serializable {
  private Throwable cause = this;
  public Throwable(String message, Throwable cause) {
    fillInStackTrace();
    detailMessage = message;
    this.cause = cause;
  }
   public Throwable(Throwable cause) {
    fillInStackTrace();
    detailMessage = (cause==null ? null : cause.toString());
    this.cause = cause;
  }
  //........
}

下面是一個例子,演示了異常的鏈化:從命令行輸入2個int,將他們相加,輸出。輸入的數(shù)不是int,則導(dǎo)致getInputNumbers異常,從而導(dǎo)致add函數(shù)異常,則可以在add函數(shù)中拋出

一個鏈化的異常。

public static void main(String[] args)
{
  System.out.println("請輸入2個加數(shù)");
  int result;
  try
  {
    result = add();
    System.out.println("結(jié)果:"+result);
  } catch (Exception e){
    e.printStackTrace();
  }
}
//獲取輸入的2個整數(shù)返回
private static List<Integer> getInputNumbers()
{
  List<Integer> nums = new ArrayList<>();
  Scanner scan = new Scanner(System.in);
  try {
    int num1 = scan.nextInt();
    int num2 = scan.nextInt();
    nums.add(new Integer(num1));
    nums.add(new Integer(num2));
  }catch(InputMismatchException immExp){
    throw immExp;
  }finally {
    scan.close();
  }
  return nums;
}
//執(zhí)行加法計算
private static int add() throws Exception
{
  int result;
  try {
    List<Integer> nums =getInputNumbers();
    result = nums.get(0) + nums.get(1);
  }catch(InputMismatchException immExp){
    throw new Exception("計算失敗",immExp); /////////////////////////////鏈化:以一個異常對象為參數(shù)構(gòu)造新的異常對象。
  }
  return result;
}
/*
請輸入2個加數(shù)
r 1
java.lang.Exception: 計算失敗
  at practise.ExceptionTest.add(ExceptionTest.java:53)
  at practise.ExceptionTest.main(ExceptionTest.java:18)
Caused by: java.util.InputMismatchException
  at java.util.Scanner.throwFor(Scanner.java:864)
  at java.util.Scanner.next(Scanner.java:1485)
  at java.util.Scanner.nextInt(Scanner.java:2117)
  at java.util.Scanner.nextInt(Scanner.java:2076)
  at practise.ExceptionTest.getInputNumbers(ExceptionTest.java:30)
  at practise.ExceptionTest.add(ExceptionTest.java:48)
  ... 1 more
*/

自定義異常

如果要自定義異常類,則擴展Exception類即可,因此這樣的自定義異常都屬于檢查異常(checked exception)。如果要自定義非檢查異常,則擴展自RuntimeException。

按照國際慣例,自定義的異常應(yīng)該總是包含如下的構(gòu)造函數(shù):

  • 一個無參構(gòu)造函數(shù)
  • 一個帶有String參數(shù)的構(gòu)造函數(shù),并傳遞給父類的構(gòu)造函數(shù)。
  • 一個帶有String參數(shù)和Throwable參數(shù),并都傳遞給父類構(gòu)造函數(shù)
  • 一個帶有Throwable 參數(shù)的構(gòu)造函數(shù),并傳遞給父類的構(gòu)造函數(shù)。

下面是IOException類的完整源代碼,可以借鑒。

public class IOException extends Exception
{
  static final long serialVersionUID = 7818375828146090155L;
  public IOException()
  {
    super();
  }
  public IOException(String message)
  {
    super(message);
  }
  public IOException(String message, Throwable cause)
  {
    super(message, cause);
  }
  public IOException(Throwable cause)
  {
    super(cause);
  }
}

異常的注意事項

1、當(dāng)子類重寫父類的帶有 throws聲明的函數(shù)時,其throws聲明的異常必須在父類異常的可控范圍內(nèi)——用于處理父類的throws方法的異常處理器,必須也適用于子類的這個帶throws方法 。這是為了支持多態(tài)。

例如,父類方法throws 的是2個異常,子類就不能throws 3個及以上的異常。父類throws IOException,子類就必須throws IOException或者IOException的子類。

至于為什么?我想,也許下面的例子可以說明。

class Father
{
  public void start() throws IOException
  {
    throw new IOException();
  }
}
class Son extends Father
{
  public void start() throws Exception
  {
    throw new SQLException();
  }
}
/**********************假設(shè)上面的代碼是允許的(實質(zhì)是錯誤的)***********************/
class Test
{
  public static void main(String[] args)
  {
    Father[] objs = new Father[2];
    objs[0] = new Father();
    objs[1] = new Son();
    for(Father obj:objs)
    {
    //因為Son類拋出的實質(zhì)是SQLException,而IOException無法處理它。
    //那么這里的try。。catch就不能處理Son中的異常。
    //多態(tài)就不能實現(xiàn)了。
      try {
         obj.start();
      }catch(IOException)
      {
         //處理IOException
      }
     }
  }
}

2、Java程序可以是多線程的。每一個線程都是一個獨立的執(zhí)行流,獨立的函數(shù)調(diào)用棧。如果程序只有一個線程,那么沒有被任何代碼處理的異常 會導(dǎo)致程序終止。如果是多線程的,那么沒有被任何代碼處理的異常僅僅會導(dǎo)致異常所在的線程結(jié)束。

也就是說,Java中的異常是線程獨立的,線程的問題應(yīng)該由線程自己來解決,而不要委托到外部,也不會直接影響到其它線程的執(zhí)行。

finally塊和return

首先一個不容易理解的事實:在 try塊中即便有return,break,continue等改變執(zhí)行流的語句,finally也會執(zhí)行。

public static void main(String[] args)
{
  int re = bar();
  System.out.println(re);
}
private static int bar()
{
  try{
    return 5;
  } finally{
    System.out.println("finally");
  }
}
/*輸出:
finally
*/

很多人面對這個問題時,總是在歸納執(zhí)行的順序和規(guī)律,不過我覺得還是很難理解。我自己總結(jié)了一個方法。用如下GIF圖說明。

也就是說:try…catch…finally中的return 只要能執(zhí)行,就都執(zhí)行了,他們共同向同一個內(nèi)存地址(假設(shè)地址是0×80)寫入返回值,后執(zhí)行的將覆蓋先執(zhí)行的數(shù)據(jù),而真正被調(diào)用者取的返回值就是最后一次寫入的。那么,按照這個思想,下面的這個例子也就不難理解了。

finally中的return 會覆蓋 try 或者catch中的返回值。

public static void main(String[] args)
{
    int result;
    result = foo();
    System.out.println(result);   /////////2
    result = bar();
    System.out.println(result);  /////////2
}
@SuppressWarnings("finally")
public static int foo()
{
    trz{
      int a = 5 / 0;
    } catch (Exception e){
      return 1;
    } finally{
      return 2;
    }
}
@SuppressWarnings("finally")
public static int bar()
{
    try {
      return 1;
    }finally {
      return 2;
    }
}

finally中的return會抑制(消滅)前面try或者catch塊中的異常

class TestException
{
  public static void main(String[] args)
  {
    int result;
    try{
      result = foo();
      System.out.println(result);      //輸出100
    } catch (Exception e){
      System.out.println(e.getMessage());  //沒有捕獲到異常
    }
    try{
      result = bar();
      System.out.println(result);      //輸出100
    } catch (Exception e){
      System.out.println(e.getMessage());  //沒有捕獲到異常
    }
  }
  //catch中的異常被抑制
  @SuppressWarnings("finally")
  public static int foo() throws Exception
  {
    try {
      int a = 5/0;
      return 1;
    }catch(ArithmeticException amExp) {
      throw new Exception("我將被忽略,因為下面的finally中使用了return");
    }finally {
      return 100;
    }
  }
  //try中的異常被抑制
  @SuppressWarnings("finally")
  public static int bar() throws Exception
  {
    try {
      int a = 5/0;
      return 1;
    }finally {
      return 100;
    }
  }
}

finally中的異常會覆蓋(消滅)前面try或者catch中的異常

class TestException
{
  public static void main(String[] args)
  {
    int result;
    try{
      result = foo();
    } catch (Exception e){
      System.out.println(e.getMessage());  //輸出:我是finaly中的Exception
    }
    try{
      result = bar();
    } catch (Exception e){
      System.out.println(e.getMessage());  //輸出:我是finaly中的Exception
    }
  }
  //catch中的異常被抑制
  @SuppressWarnings("finally")
  public static int foo() throws Exception
  {
    try {
      int a = 5/0;
      return 1;
    }catch(ArithmeticException amExp) {
      throw new Exception("我將被忽略,因為下面的finally中拋出了新的異常");
    }finally {
      throw new Exception("我是finaly中的Exception");
    }
  }
  //try中的異常被抑制
  @SuppressWarnings("finally")
  public static int bar() throws Exception
  {
    try {
      int a = 5/0;
      return 1;
    }finally {
      throw new Exception("我是finaly中的Exception");
    }
  }
}

上面的3個例子都異于常人的編碼思維,因此我建議:

  • 不要在fianlly中使用return。
  • 不要在finally中拋出異常。
  • 減輕finally的任務(wù),不要在finally中做一些其它的事情,finally塊僅僅用來釋放資源是最合適的。
  • 將盡量將所有的return寫在函數(shù)的最后面,而不是try … catch … finally中。

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    2017-05-05
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    2018-01-01
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    2025-03-03
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    2024-08-08
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    2024-01-01
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    2016-10-10
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    2017-11-11
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    2017-09-09
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    2014-01-01
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    2022-01-01

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