java基礎(chǔ)之NIO介紹及使用
一、NIO
java.nio全稱java non-blocking IO,是指jdk1.4 及以上版本里提供的新api(New IO) ,為所有的原始類型(boolean類型除外)提供緩存支持的數(shù)據(jù)容器,使用它可以提供非阻塞式的高伸縮性網(wǎng)絡(luò)。
二、三大組件
NIO三大組件:Channel、Buffer、Selector
1.Channel 和Buffer
Channel是一個(gè)對(duì)象,可以通過它讀取和寫入數(shù)據(jù)。拿 NIO 與原來的 I/O 做個(gè)比較,通道就像是流,而且他們面向緩沖區(qū)(Buffer)的。所有數(shù)據(jù)都通過Buffer對(duì)象來處理,永遠(yuǎn)不會(huì)將字節(jié)直接寫入通道中,而是將數(shù)據(jù)寫入包含一個(gè)或多個(gè)字節(jié)的緩沖區(qū)。也不會(huì)直接從通道中讀取字節(jié),而是將數(shù)據(jù)從通道讀入緩沖區(qū),再從緩沖區(qū)獲取這個(gè)字節(jié)。
Channel是讀寫數(shù)據(jù)的雙向通道,可以從Channel將數(shù)據(jù)讀取Buffer,也可將Buffer的數(shù)據(jù)寫入Channel,而之前的Stream要么是輸入(InputStream)、要么是輸出(OutputStream),只在一個(gè)方向上流通。 而通道(Channel)可以用于讀、寫或者同時(shí)用于讀寫
常見的Channel
1.FileChannel
2.DatagramChannel
3.SocketChannel
4.ServerSocketChannel
Buffer緩沖區(qū)用來讀寫數(shù)據(jù),常見的Buffer
1.ByteBuffer
2.ShortBuffer
3.IntBuffer
4.LongBuffer
5.FloatBuffer
6.DoubleBuffer
7.CharBuffer
2.Selector
在多線程模式下,阻塞IO時(shí),一個(gè)線程只能處理一個(gè)請(qǐng)求,比如http請(qǐng)求,當(dāng)請(qǐng)求響應(yīng)式關(guān)閉連接,釋放線程資源。Selector選擇器的作用就是配合一個(gè)線程來管理多個(gè)Channel,獲取這些Channel上發(fā)生的事件,這些Channel工作在非阻塞模式下,不會(huì)讓線程一直在一個(gè)Channel上,適合連接數(shù)特別多,但流量低的場(chǎng)景。
調(diào)用Selector的select()方法會(huì)阻塞直到Channel發(fā)送了讀寫就緒事件,這些事件發(fā)生,select()方法就會(huì)
返回這些事件交給thread來處理。
三、ByteBuffer的使用
屬性:
Buffer的讀寫操作就是通過改變position,mark,limit的值來實(shí)現(xiàn)。注意他們之間的關(guān)系可以很輕松的讀、寫、覆蓋。
- position:對(duì)于寫入模式,表示當(dāng)前可寫入數(shù)據(jù)的下標(biāo),對(duì)于讀取模式,表示接下來可以讀取的數(shù)據(jù)的下標(biāo)。當(dāng)前操作位置的下標(biāo)。position()方法獲取。
- mark:用來標(biāo)志當(dāng)前操作位置,調(diào)用mark()方法,使mark = position,可以在讀和寫切換過程中標(biāo)記前一個(gè)操作下標(biāo)位置。
- limit:Buffer的限界值。對(duì)于寫模式,相當(dāng)于可寫入的最大值,數(shù)組長度。對(duì)于讀模式,表示最多可以讀取的數(shù)據(jù)的位置下標(biāo),通過flip()方法進(jìn)行讀寫切換,原理改變position,mark,limit的值。
- capacity:數(shù)組容量大小
方法:
Buffer的方法全是根據(jù)改變position的值進(jìn)行操作的。
- put():put方法寫入數(shù)據(jù),可以單個(gè)byte字節(jié),或者byte數(shù)組?;蛘咂渌愋?,根據(jù)Buffer實(shí)例而定。
- get():get方法讀取數(shù)據(jù),可以傳入byte數(shù)組和不傳參讀取一個(gè)字節(jié)。
- mark():標(biāo)記當(dāng)前下標(biāo)position位置,mark = position 。讀寫操作切換或者特殊要求時(shí),標(biāo)記當(dāng)前的下標(biāo)位置。
- reset():將position 值重置為mark()方法標(biāo)記的值。
- array():Buffer內(nèi)數(shù)據(jù)的byte數(shù)組。沒有值的位用0補(bǔ)位。
- flip():limit為position值,將position置為0,mark初始值,寫入操作切換為讀操作。
- rewind():將position 和 mark設(shè)為初始值,調(diào)用這個(gè)可以一直讀取內(nèi)容或者一直寫入覆蓋之前內(nèi)容,從第一位開始讀/寫。
- clear():將屬性值還原。之前array()數(shù)組的值還在。
- hasRemaining():判斷是否到最后
四、測(cè)試Demo
private static void buffer1() { String data = "abc"; //byte[] bytes = new byte[1024]; //創(chuàng)建一個(gè)字節(jié)緩沖區(qū),1024byte ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(15); System.out.println(byteBuffer.toString()); // 標(biāo)記當(dāng)前下標(biāo)position位置,mark = position ,返回當(dāng)前對(duì)象 System.out.println(byteBuffer.mark()); //對(duì)于寫入模式,表示當(dāng)前可以寫入的數(shù)組大小,默認(rèn)為數(shù)組的最大長度,對(duì)于讀取模式,表示當(dāng)前最多可以讀取的數(shù)據(jù)的位置下標(biāo) System.out.println(byteBuffer.limit()); // 對(duì)于寫入模式,表示當(dāng)前可寫入數(shù)據(jù)的下標(biāo),對(duì)于讀取模式,表示接下來可以讀取的數(shù)據(jù)的下標(biāo) System.out.println(byteBuffer.position()); //capacity 表示當(dāng)前數(shù)組的容量大小 System.out.println(byteBuffer.capacity()); //將字節(jié)數(shù)據(jù)寫入 byteBuffer byteBuffer.put(data.getBytes()); //保存了當(dāng)前寫入的數(shù)據(jù) for(Byte b : byteBuffer.array()){ System.out.print(b + " "); } System.out.println(); System.out.println(new String(byteBuffer.array())); //讀寫模式切換 改變 limit,position ,mark的值 byteBuffer.flip(); //切換為寫模式,將第一個(gè)字節(jié)覆蓋 byteBuffer.put("n".getBytes()); // abc 改為 nbc System.out.println(new String(byteBuffer.array())); //讓position為之前標(biāo)記的值,調(diào)用mark()方法是將mark = position,這里將position = mark,mark為初始值拋出異常 byteBuffer.mark(); byteBuffer.reset(); //將position 和 mark設(shè)為初始值,調(diào)用這個(gè)可以一直讀取內(nèi)容或者一直寫入覆蓋之前內(nèi)容,從第一位開始讀/寫 byteBuffer.rewind(); for(Byte b : byteBuffer.array()){ System.out.print(b + " "); } System.out.println(); System.out.println(byteBuffer.toString()); //找到可寫入的開始位置,不覆蓋之前的數(shù)據(jù) byteBuffer.compact(); System.out.println(byteBuffer.toString()); }
寫入讀取完整操作
private static void buffer(){ //寫入的數(shù)據(jù) String data = "1234"; //創(chuàng)建一個(gè)字節(jié)緩沖區(qū),1024byte ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(15); //寫入數(shù)據(jù) byteBuffer.put(data.getBytes()); //打輸出 49 50 51 52 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 println(byteBuffer.array()); byteBuffer.put((byte) 5); //追加寫入 輸出: 49 50 51 52 5 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 println(byteBuffer.array()); //覆蓋寫入 byteBuffer.flip(); //將寫入下標(biāo)的 position = 0 byteBuffer.put((byte) 1); byteBuffer.put((byte) 2); byteBuffer.put((byte) 3); byteBuffer.put((byte) 4); byteBuffer.put((byte) 5); // 打印輸出 : 1 2 3 4 5 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 println(byteBuffer.array()); //讀取數(shù)據(jù)操作 byteBuffer.flip();//從頭開始讀 while (byteBuffer.position() != byteBuffer.limit()){ System.out.println(byteBuffer.get()); } //此時(shí) position 和 數(shù)據(jù)數(shù) limit相等 System.out.println(byteBuffer.toString()); //批量讀取 byteBuffer.flip(); //將 position 置位0,從頭開始操作 //創(chuàng)建一個(gè)byte數(shù)組,數(shù)組大小為可讀取的大小 byte[] bytes = new byte[byteBuffer.limit()]; byteBuffer.get(bytes); //輸出bytes 1 2 3 4 5 println(bytes); } private static void println(byte[] bytes){ for(Byte b : bytes){ System.out.print(b + " "); } System.out.println(); }
字符串跟ByteBuffer之間的轉(zhuǎn)換
public static void main(String[] args) { /*======================字符串轉(zhuǎn)buffer===========================*/ //1.字符串 轉(zhuǎn)為buytebuffer 需要轉(zhuǎn)為讀模式再進(jìn)行讀取操作 ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024); buffer.put("nio".getBytes()); //2.charset 自動(dòng)轉(zhuǎn)為讀模式 ByteBuffer buffer1 = StandardCharsets.UTF_8.encode("nio"); //3, warp 自動(dòng)轉(zhuǎn)為讀模式 ByteBuffer buffer2 = ByteBuffer.wrap("nio".getBytes()); /*======================buffer轉(zhuǎn)字符串===========================*/ String str = StandardCharsets.UTF_8.decode(buffer1).toString(); System.out.println(str); }
五、Channel的使用
文件編程FileChannel
FileChannel只能工作在阻塞模式下,不能配合在Selector使用,Channel是雙向通道,但是FileChannel根據(jù)獲取源頭判定可讀或可寫
- FileInputStream獲取,只可讀
- FileOutputStream獲取,只可寫
- RandomAccessFile獲取,可讀、可寫(雙向通道)
** * 文件流對(duì)象打開Channel,F(xiàn)ileChannel是阻塞的 * @throws Exception */ private static void channel() throws Exception{ FileInputStream in = new FileInputStream("C:\\Users\\zqq\\Desktop\\123.txt"); FileOutputStream out = new FileOutputStream("C:\\Users\\zqq\\Desktop\\321.txt"); //通過文件輸入流創(chuàng)建通道channel FileChannel channel = in.getChannel(); //獲取FileChannel FileChannel outChannel = out.getChannel(); //創(chuàng)建緩沖區(qū)byteBuffer ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(1024); //將管道channel中數(shù)據(jù)讀取緩存區(qū)byteBuffer中,channel只能與Buffer交互 while (channel.read(byteBuffer) != -1){ //position設(shè)置為0,從頭開始讀 byteBuffer.flip(); outChannel.write(byteBuffer); //byteBuffer 屬性還原 byteBuffer.clear(); } //關(guān)閉各種資源 channel.close(); out.flush(); out.close(); in.close(); out.close(); }
/** * 靜態(tài)方法打開Channel * @throws Exception */ public static void channel1() throws Exception{ // StandardOpenOption.READ :讀取一個(gè)已存在的文件,如果不存在或被占用拋出異常 // StandardOpenOption.WRITE :以追加到文件頭部的方式,寫入一個(gè)已存在的文件,如果不存在或被占用拋出異常 // StandardOpenOption.APPEND:以追加到文件尾部的方式,寫入一個(gè)已存在的文件,如果不存在或被占用拋出異常 // StandardOpenOption.CREATE:創(chuàng)建一個(gè)空文件,如果文件存在則不創(chuàng)建 // StandardOpenOption.CREATE_NEW:創(chuàng)建一個(gè)空文件,如果文件存在則報(bào)錯(cuò) // StandardOpenOption.DELETE_ON_CLOSE:管道關(guān)閉時(shí)刪除文件 //創(chuàng)建讀通道 FileChannel inChannel = FileChannel.open(Paths.get("C:\\Users\\zqq\\Desktop\\123.txt"), StandardOpenOption.READ); FileChannel outChannel = FileChannel.open(Paths.get("C:\\Users\\zqq\\Desktop\\321.txt"), StandardOpenOption.READ,StandardOpenOption.WRITE,StandardOpenOption.CREATE); //內(nèi)存映射 MappedByteBuffer inByteBuffer = inChannel.map(FileChannel.MapMode.READ_ONLY,0,inChannel.size()); MappedByteBuffer outByteBuffer = outChannel.map(FileChannel.MapMode.READ_WRITE,0,inChannel.size()); //直接對(duì)緩沖區(qū)數(shù)據(jù)讀寫 byte[] bytes = new byte[inByteBuffer.limit()]; inByteBuffer.get(bytes);//讀取inByteBuffer內(nèi)的數(shù)據(jù),讀到bytes數(shù)組中 outByteBuffer.put(bytes);//寫入到outByteBuffer inChannel.close(); outChannel.close(); }
RandomAccessFile打開通道Channel
/** * 通過RandomAccessFile獲取雙向通道 * @throws Exception */ private static void random() throws Exception{ try (RandomAccessFile randomAccessFile = new RandomAccessFile("D:\\workspace\\Demo\\test.txt","rw")){ //獲取Channel FileChannel fileChannel = randomAccessFile.getChannel(); //截取字節(jié) //fileChannel.truncate(10); //創(chuàng)建ByteBuffer,注意文件大小 ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(1024); fileChannel.read(byteBuffer); System.out.println(new String(byteBuffer.array(),"GBK")); byteBuffer.clear(); String data = "this is data\r"; byteBuffer.put(data.getBytes()); byteBuffer.flip();//讀寫切換 while (byteBuffer.hasRemaining()){ fileChannel.write(byteBuffer); } //將通道數(shù)據(jù)強(qiáng)制寫到磁盤 fileChannel.force(true); } }
FileChannel數(shù)據(jù)傳輸transferTo
/** * 一個(gè)文件向另一個(gè)文件傳輸(copy) */ private static void transferTo() { try ( FileChannel inChannel = new FileInputStream("C:\\Users\\44141\\Desktop\\demo\\in.txt").getChannel(); FileChannel outChannel = new FileOutputStream("C:\\Users\\44141\\Desktop\\demo\\out.txt").getChannel() ){ //底層使用操作系統(tǒng)零拷貝進(jìn)行優(yōu)化,效率高。限制2g inChannel.transferTo(0,inChannel.size(),outChannel); }catch (Exception e){ e.printStackTrace(); } } /** * 大于2g數(shù)據(jù) */ private static void transferToGt2g() { try ( FileChannel inChannel = new FileInputStream("C:\\Users\\44141\\Desktop\\demo\\in.txt").getChannel(); FileChannel outChannel = new FileOutputStream("C:\\Users\\44141\\Desktop\\demo\\out1.txt").getChannel() ){ //記錄inChannel初始化大小 long size = inChannel.size(); //多次傳輸 for(long rsize = size; rsize > 0;){ //transferTo返回位移的字節(jié)數(shù) rsize -= inChannel.transferTo((size-rsize),rsize,outChannel); } }catch (Exception e){ e.printStackTrace(); } }
六、網(wǎng)絡(luò)編程
阻塞模式
阻塞模式服務(wù)端每個(gè)方法都會(huì)阻塞等待客戶端操作。比如accept()方法阻塞等待客戶端連接,read()方法阻塞等待客戶端傳送數(shù)據(jù),并發(fā)訪問下沒法高效的進(jìn)行工作。
1.服務(wù)端代碼
private static void server() throws Exception{ //1.創(chuàng)建服務(wù)器 ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open(); //2.綁定監(jiān)聽端口 serverSocketChannel.bind(new InetSocketAddress(8080)); while (true){ System.out.println("開始監(jiān)聽連接=============" ); //4.accept 監(jiān)聽進(jìn)來的連接 返回SocketChannel對(duì)象,accept默認(rèn)阻塞 SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept(); System.out.println("有連接連入===============" ); ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(1024); // read()是阻塞方法,等客戶端發(fā)送數(shù)據(jù)才會(huì)執(zhí)行 socketChannel.read(byteBuffer); byteBuffer.flip(); String str = StandardCharsets.UTF_8.decode(byteBuffer).toString(); System.out.println("接收到數(shù)據(jù)=============:" + str); } }
2.客戶端代碼
private static void client() throws Exception { //1.創(chuàng)建客戶端 SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open(); //連接服務(wù)端 socketChannel.connect(new InetSocketAddress("localhost",8080)); //2 秒后寫入數(shù)據(jù) Thread.sleep(2 * 1000); socketChannel.write(StandardCharsets.UTF_8.encode("nio")); System.out.println(); }
非阻塞模式
服務(wù)端設(shè)置成非阻塞模式??蛻舳瞬挥脛?dòng)。
private static void server() throws Exception{ ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open(); //設(shè)置成非阻塞模式 serverSocketChannel.configureBlocking(false); serverSocketChannel.bind(new InetSocketAddress(8080)); while (true){ SocketChannel socketChannel = serverSocketChannel.accept(); //非阻塞模式下,SocketChannel會(huì)返回為null if(socketChannel != null){ //非阻塞模式 socketChannel.configureBlocking(false); ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(1024); socketChannel.read(byteBuffer); byteBuffer.flip(); String str = StandardCharsets.UTF_8.decode(byteBuffer).toString(); System.out.println("接收到數(shù)據(jù)=============:" + str); } } }
七、Selector
Selector選擇器的作用就是配合一個(gè)線程來管理多個(gè)Channel,被Selector管理的Channel必須是非阻塞模式下的,所以Selector沒法與FileChannel(FileChannel只有阻塞模式)一起使用。
創(chuàng)建Selector
創(chuàng)建Selector只需要調(diào)用一個(gè)靜態(tài)方法
//創(chuàng)建Selector Selector selector = Selector.open();
Selector可以用來監(jiān)聽Channel的事件,總共有四個(gè)事件:
- accept:會(huì)在有連接請(qǐng)求時(shí)觸發(fā),靜態(tài)常量 SelectionKey.OP_ACCEPT
- connect:客戶端建立連接后觸發(fā),靜態(tài)常量 SelectionKey.OP_CONNECT
- read:可讀時(shí)觸發(fā),靜態(tài)常量 SelectionKey.OP_READ
- write:可寫時(shí)觸發(fā),靜態(tài)常量 SelectionKey.OP_WRITE
Selector與Channel綁定
//設(shè)置成非阻塞模式 serverSocketChannel.configureBlocking(false); SelectionKey selectionKey = serverSocketChannel.register(selector,0,null); //綁定關(guān)注的事件 selectionKey.interestOps(SelectionKey.OP_ACCEPT);
八、網(wǎng)絡(luò)編程(多路復(fù)用)
1.客戶端代碼 SocketChannel
public static void main(String[] args) throws Exception { client(); } private static void client() throws Exception { //1.創(chuàng)建客戶端 SocketChannel socketChannel = SocketChannel.open(); //連接服務(wù)端 socketChannel.connect(new InetSocketAddress("localhost",8080)); //2 秒后寫入數(shù)據(jù) Thread.sleep(2 * 1000); socketChannel.write(StandardCharsets.UTF_8.encode("nio")); //3.讀取服務(wù)端返回?cái)?shù)據(jù) ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(1024); socketChannel.read(byteBuffer); byteBuffer.flip(); System.out.println("服務(wù)端返回?cái)?shù)據(jù)=======:" + StandardCharsets.UTF_8.decode(byteBuffer).toString()); //斷開連接 socketChannel.close(); }
2.服務(wù)端代碼
public static void main(String[] args) throws Exception{ server(); } private static void server() throws Exception{ //創(chuàng)建Selector Selector selector = Selector.open(); ServerSocketChannel serverSocketChannel = ServerSocketChannel.open(); //設(shè)置成非阻塞模式 serverSocketChannel.configureBlocking(false); //將Channel注冊(cè)到selector上(綁定關(guān)系) //當(dāng)事件發(fā)生后可以根據(jù)SelectionKey知道哪個(gè)事件和哪個(gè)Channel的事件 SelectionKey selectionKey = serverSocketChannel.register(selector,0,null); //selectionKey 關(guān)注ACCEPT事件(也可以在上面注冊(cè)時(shí)用第二個(gè)參數(shù)設(shè)置) selectionKey.interestOps(SelectionKey.OP_ACCEPT); serverSocketChannel.bind(new InetSocketAddress(8080)); while (true){ System.out.println("阻塞===================="); // select方法沒有事件發(fā)生時(shí)阻塞線程,有事件線程會(huì)恢復(fù)運(yùn)行 selector.select(); System.out.println("開始處理事件================="); // 處理事件 Iterator<SelectionKey> iterator = selector.selectedKeys().iterator(); while (iterator.hasNext()){ SelectionKey sk = iterator.next(); //獲取到SelectionKey對(duì)象之后,將集合內(nèi)的引用刪掉(Selecotr不會(huì)自動(dòng)刪除) iterator.remove(); //取消事件,不操作(不處理或者不取消事件,selector.select()方法不會(huì)阻塞) //sk.cancel(); //區(qū)分不同的事件做不同的動(dòng)作 if(sk.isAcceptable()){ //有連接請(qǐng)求事件 //通過SelectionKey 獲取對(duì)應(yīng)的channel ServerSocketChannel channel = (ServerSocketChannel) sk.channel(); SocketChannel socketChannel = channel.accept(); socketChannel.configureBlocking(false); //讀取數(shù)據(jù)內(nèi)容,bytebuffer大小注意消息邊界(一個(gè)字符串被分割讀取多次出來結(jié)果不準(zhǔn)確) ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(1024); //將socketChannel綁定Selector SelectionKey socketKey = socketChannel.register(selector,0,byteBuffer); //關(guān)注可讀事件 socketKey.interestOps(SelectionKey.OP_READ); }else if(sk.isReadable()){//可讀事件 try { //取到Channel SocketChannel socketChannel = (SocketChannel) sk.channel(); //獲取到綁定的ByteBuffer ByteBuffer byteBuffer = (ByteBuffer) sk.attachment(); int read = socketChannel.read(byteBuffer); //如果是正常斷開 read = -1 if(read == -1){ //取消事件 sk.cancel(); continue; } byteBuffer.flip(); String str = StandardCharsets.UTF_8.decode(byteBuffer).toString(); System.out.println("服務(wù)端讀取到數(shù)據(jù)===========:" + str); //寫數(shù)據(jù)回客戶端 ByteBuffer writeBuffer = StandardCharsets.UTF_8.encode("this is result"); socketChannel.write(writeBuffer); //如果數(shù)據(jù)一次沒寫完關(guān)注可寫事件進(jìn)行再次寫入(大數(shù)據(jù)一次寫不完的情況) if(writeBuffer.hasRemaining()){ //關(guān)注可寫事件,添加事件,用interestOps()方法獲取到之前的事件加上可寫事件(類似linux系統(tǒng)的賦權(quán)限 777) sk.interestOps(sk.interestOps() + SelectionKey.OP_WRITE); sk.attach(writeBuffer); //位運(yùn)算符也可以 //sk.interestOps(sk.interestOps() | SelectionKey.OP_WRITE); } }catch (IOException e){ e.printStackTrace(); //客戶端異常斷開連接 ,取消事件 sk.cancel(); } }else if(sk.isWritable()){ //取到Channel SocketChannel socketChannel = (SocketChannel) sk.channel(); //獲取到綁定的ByteBuffer ByteBuffer writeBuffer = (ByteBuffer) sk.attachment(); socketChannel.write(writeBuffer); //如果全部寫完,取消可寫事件綁定,解除writeBuffer綁定 if(!writeBuffer.hasRemaining()){ sk.attach(null); //取消可寫事件 sk.interestOps(sk.interestOps() - SelectionKey.OP_WRITE); } } } } }
到此這篇關(guān)于java基礎(chǔ)之NIO介紹及使用的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Java NIO詳解內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家!
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