Java常見延遲隊(duì)列的實(shí)現(xiàn)方案總結(jié)
一、延時(shí)隊(duì)列的應(yīng)用
什么是延時(shí)隊(duì)列？顧名思義：首先它要具有隊(duì)列的特性，再給它附加一個(gè)延遲消費(fèi)隊(duì)列消息的功能，也就是說可以指定隊(duì)列中的消息在哪個(gè)時(shí)間點(diǎn)被消費(fèi)。
延時(shí)隊(duì)列在項(xiàng)目中的應(yīng)用還是比較多的，尤其像電商類平臺(tái)：
1、訂單成功后，在30分鐘內(nèi)沒有支付，自動(dòng)取消訂單
2、外賣平臺(tái)發(fā)送訂餐通知，下單成功后60s給用戶推送短信。
3、如果訂單一直處于某一個(gè)未完結(jié)狀態(tài)時(shí)，及時(shí)處理關(guān)單，并退還庫存
4、淘寶新建商戶一個(gè)月內(nèi)還沒上傳商品信息，將凍結(jié)商鋪等
上邊的這些場景都可以應(yīng)用延時(shí)隊(duì)列解決。
二、延時(shí)隊(duì)列的實(shí)現(xiàn)
我個(gè)人一直秉承的觀點(diǎn)：工作上能用JDK自帶API實(shí)現(xiàn)的功能，就不要輕易自己重復(fù)造輪子，或者引入三方中間件。一方面自己封裝很容易出問題（大佬除外），再加上調(diào)試驗(yàn)證產(chǎn)生許多不必要的工作量；另一方面一旦接入三方的中間件就會(huì)讓系統(tǒng)復(fù)雜度成倍的增加，維護(hù)成本也大大的增加。
1、DelayQueue 延時(shí)隊(duì)列
JDK 中提供了一組實(shí)現(xiàn)延遲隊(duì)列的API，位于Java.util.concurrent包下DelayQueue。
DelayQueue是一個(gè)BlockingQueue（無界阻塞）隊(duì)列，它本質(zhì)就是封裝了一個(gè)PriorityQueue（優(yōu)先隊(duì)列），PriorityQueue內(nèi)部使用完全二叉堆（不知道的自行了解哈）來實(shí)現(xiàn)隊(duì)列元素排序，我們在向DelayQueue隊(duì)列中添加元素時(shí)，會(huì)給元素一個(gè)Delay（延遲時(shí)間）作為排序條件，隊(duì)列中最小的元素會(huì)優(yōu)先放在隊(duì)首。隊(duì)列中的元素只有到了Delay時(shí)間才允許從隊(duì)列中取出。隊(duì)列中可以放基本數(shù)據(jù)類型或自定義實(shí)體類，在存放基本數(shù)據(jù)類型時(shí)，優(yōu)先隊(duì)列中元素默認(rèn)升序排列，自定義實(shí)體類就需要我們根據(jù)類屬性值比較計(jì)算了。
先簡單實(shí)現(xiàn)一下看看效果，添加三個(gè)order入隊(duì)DelayQueue，分別設(shè)置訂單在當(dāng)前時(shí)間的5秒、10秒、15秒后取消。
要實(shí)現(xiàn)DelayQueue延時(shí)隊(duì)列，隊(duì)中元素要implements Delayed 接口，這哥接口里只有一個(gè)getDelay方法，用于設(shè)置延期時(shí)間。Order類中compareTo方法負(fù)責(zé)對(duì)隊(duì)列中的元素進(jìn)行排序。
public class Order implements Delayed {
/**
* 延遲時(shí)間
*/
@JsonFormat(locale = "zh", timezone = "GMT+8", pattern = "yyyy-MM-dd HH:mm:ss")
private long time;
String name;
public Order(String name, long time, TimeUnit unit) {
this.name = name;
this.time = System.currentTimeMillis() + (time > 0 ? unit.toMillis(time) : 0);
}
@Override
public long getDelay(TimeUnit unit) {
return time - System.currentTimeMillis();
}
@Override
public int compareTo(Delayed o) {
Order Order = (Order) o;
long diff = this.time - Order.time;
if (diff <= 0) {
return -1;
} else {
return 1;
}
}
}DelayQueue的put方法是線程安全的，因?yàn)閜ut方法內(nèi)部使用了ReentrantLock鎖進(jìn)行線程同步。DelayQueue還提供了兩種出隊(duì)的方法 poll() 和 take() ， poll() 為非阻塞獲取，沒有到期的元素直接返回null；take() 阻塞方式獲取，沒有到期的元素線程將會(huì)等待。
public class DelayQueueDemo {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Order Order1 = new Order("Order1", 5, TimeUnit.SECONDS);
Order Order2 = new Order("Order2", 10, TimeUnit.SECONDS);
Order Order3 = new Order("Order3", 15, TimeUnit.SECONDS);
DelayQueue<Order> delayQueue = new DelayQueue<>();
delayQueue.put(Order1);
delayQueue.put(Order2);
delayQueue.put(Order3);
System.out.println("訂單延遲隊(duì)列開始時(shí)間:" + LocalDateTime.now().format(DateTimeFormatter.ofPattern("yyyy-MM-dd HH:mm:ss")));
while (delayQueue.size() != 0) {
/**
* 取隊(duì)列頭部元素是否過期
*/
Order task = delayQueue.poll();
if (task != null) {
System.out.format("訂單:{%s}被取消, 取消時(shí)間:{%s}\n", task.name, LocalDateTime.now().format(DateTimeFormatter.ofPattern("yyyy-MM-dd HH:mm:ss")));
}
Thread.sleep(1000);
}
}
}上邊只是簡單的實(shí)現(xiàn)入隊(duì)與出隊(duì)的操作，實(shí)際開發(fā)中會(huì)有專門的線程，負(fù)責(zé)消息的入隊(duì)與消費(fèi)。
執(zhí)行后看到結(jié)果如下，Order1、Order2、Order3 分別在 5秒、10秒、15秒后被執(zhí)行，至此就用DelayQueue實(shí)現(xiàn)了延時(shí)隊(duì)列。
訂單延遲隊(duì)列開始時(shí)間:2020-05-06 14:59:09
訂單:{Order1}被取消, 取消時(shí)間:{2020-05-06 14:59:14}
訂單:{Order2}被取消, 取消時(shí)間:{2020-05-06 14:59:19}
訂單:{Order3}被取消, 取消時(shí)間:{2020-05-06 14:59:24}2、Quartz 定時(shí)任務(wù)
Quartz一款非常經(jīng)典任務(wù)調(diào)度框架，在Redis、RabbitMQ還未廣泛應(yīng)用時(shí)，超時(shí)未支付取消訂單功能都是由定時(shí)任務(wù)實(shí)現(xiàn)的。定時(shí)任務(wù)它有一定的周期性，可能很多單子已經(jīng)超時(shí)，但還沒到達(dá)觸發(fā)執(zhí)行的時(shí)間點(diǎn)，那么就會(huì)造成訂單處理的不夠及時(shí)。
引入quartz框架依賴包
<dependency>
<groupId>org.springframework.boot</groupId>
<artifactId>spring-boot-starter-quartz</artifactId>
</dependency>在啟動(dòng)類中使用@EnableScheduling注解開啟定時(shí)任務(wù)功能。
@EnableScheduling
@SpringBootApplication
public class DelayqueueApplication {
public static void main(String[] args) {
SpringApplication.run(DelayqueueApplication.class, args);
}
}編寫一個(gè)定時(shí)任務(wù)，每個(gè)5秒執(zhí)行一次。
@Component
public class QuartzDemo {
//每隔五秒
@Scheduled(cron = "0/5 * * * * ? ")
public void process(){
System.out.println("我是定時(shí)任務(wù)！");
}
}3、Redis sorted set
Redis的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)Zset，同樣可以實(shí)現(xiàn)延遲隊(duì)列的效果，主要利用它的score屬性，redis通過score來為集合中的成員進(jìn)行從小到大的排序。
通過zadd命令向隊(duì)列delayqueue 中添加元素，并設(shè)置score值表示元素過期的時(shí)間；向delayqueue 添加三個(gè)order1、order2、order3，分別是10秒、20秒、30秒后過期。
zadd delayqueue 3 order3
消費(fèi)端輪詢隊(duì)列delayqueue， 將元素排序后取最小時(shí)間與當(dāng)前時(shí)間比對(duì)，如小于當(dāng)前時(shí)間代表已經(jīng)過期移除key。
/**
* 消費(fèi)消息
*/
public void pollOrderQueue() {
while (true) {
Set<Tuple> set = jedis.zrangeWithScores(DELAY_QUEUE, 0, 0);
String value = ((Tuple) set.toArray()[0]).getElement();
int score = (int) ((Tuple) set.toArray()[0]).getScore();
Calendar cal = Calendar.getInstance();
int nowSecond = (int) (cal.getTimeInMillis() / 1000);
if (nowSecond >= score) {
jedis.zrem(DELAY_QUEUE, value);
System.out.println(sdf.format(new Date()) + " removed key:" + value);
}
if (jedis.zcard(DELAY_QUEUE) <= 0) {
System.out.println(sdf.format(new Date()) + " zset empty ");
return;
}
Thread.sleep(1000);
}
}我們看到執(zhí)行結(jié)果符合預(yù)期
2020-05-07 13:24:09 add finished. 2020-05-07 13:24:19 removed key:order1 2020-05-07 13:24:29 removed key:order2 2020-05-07 13:24:39 removed key:order3 2020-05-07 13:24:39 zset empty
4、Redisson延時(shí)隊(duì)列(推薦)
我們上面第三點(diǎn)講解了如何使用Redis sorted set實(shí)現(xiàn)延時(shí)隊(duì)列，其實(shí)Redisson已經(jīng)幫我們封裝好這一塊的代碼，我們可以直接使用，十分方便
我們可以通過getBlockingQueue和getDelayedQueue這兩個(gè)方法來分別獲取堵塞隊(duì)列和延時(shí)隊(duì)列
其中g(shù)etBlockingQueue需要傳入一個(gè)key標(biāo)識(shí)參數(shù)，而getDelayedQueue需要傳入一個(gè)堵塞隊(duì)列參數(shù)
@Override
public <T> RBlockingQueue<T> getBlockingQueue(String key) {
return redissonClient.getBlockingQueue(key);
}
@Override
public <T> RDelayedQueue<T> getDelayedQueue(RBlockingQueue<T> rBlockingQueue) {
return redissonClient.getDelayedQueue(rBlockingQueue);
}如下，我們可以通過先獲取堵塞隊(duì)列，再獲取對(duì)應(yīng)堵塞隊(duì)列的延時(shí)隊(duì)列，當(dāng)我們往延時(shí)隊(duì)列中存放元素后，經(jīng)過指定時(shí)間后會(huì)被放入堵塞隊(duì)列中。
// 將庫存入庫任務(wù)存放到延時(shí)隊(duì)列中
@Override
public void awardStockConsumeSendQueue(StrategyAwardStockKeyVO strategyAwardStockKeyVO) {
String cacheKey = Constants.RedisKey.STRATEGY_AWARD_COUNT_QUERY_KEY;
// 獲取對(duì)應(yīng)key的堵塞隊(duì)列
RBlockingQueue<StrategyAwardStockKeyVO> blockingQueue = redisService.getBlockingQueue(cacheKey);
// 獲取對(duì)應(yīng)堵塞隊(duì)列的延時(shí)隊(duì)列
RDelayedQueue<StrategyAwardStockKeyVO> delayedQueue = redisService.getDelayedQueue(blockingQueue);
// 將任務(wù)對(duì)象(你自己定義的對(duì)象)放入延時(shí)隊(duì)列中，三秒后會(huì)放入堵塞隊(duì)列
delayedQueue.offer(strategyAwardStockKeyVO, 3, TimeUnit.SECONDS);
}
// 從堵塞隊(duì)列中獲取任務(wù)
@Override
public StrategyAwardStockKeyVO takeStockQueueValue() throws InterruptedException {
String cacheKey = Constants.RedisKey.STRATEGY_AWARD_COUNT_QUERY_KEY;
RBlockingQueue<StrategyAwardStockKeyVO> destinationQueue = redisService.getBlockingQueue(cacheKey);
return destinationQueue.poll();
}使用定時(shí)任務(wù)消費(fèi)堵塞隊(duì)列的任務(wù)
// 庫存數(shù)據(jù)同步任務(wù)
@Scheduled(cron = "0/5 * * * * ?")
public void awardStockUpdate() {
try {
log.info("定時(shí)任務(wù)，更新獎(jiǎng)品消耗庫存【延遲隊(duì)列獲取】");
StrategyAwardStockKeyVO strategyAwardStockKeyVO = raffleStock.takeStockQueueValue();
if (null == strategyAwardStockKeyVO) return;
log.info("定時(shí)任務(wù)，更新獎(jiǎng)品消耗庫存 strategyId:{} awardId:{}", strategyAwardStockKeyVO.getStrategyId(), strategyAwardStockKeyVO.getAwardId());
raffleStock.updateStrategyAwardStock(strategyAwardStockKeyVO.getStrategyId(), strategyAwardStockKeyVO.getAwardId());
} catch (Exception e) {
log.error("定時(shí)任務(wù)，更新獎(jiǎng)品消耗庫存失敗", e);
}
}5、Redis 過期回調(diào)
Redis 的key過期回調(diào)事件，也能達(dá)到延遲隊(duì)列的效果，簡單來說我們開啟監(jiān)聽key是否過期的事件，一旦key過期會(huì)觸發(fā)一個(gè)callback事件。
修改redis.conf文件開啟notify-keyspace-events Ex
notify-keyspace-events Ex
Redis監(jiān)聽配置，注入Bean RedisMessageListenerContainer
@Configuration
public class RedisListenerConfig {
@Bean
RedisMessageListenerContainer container(RedisConnectionFactory connectionFactory) {
RedisMessageListenerContainer container = new RedisMessageListenerContainer();
container.setConnectionFactory(connectionFactory);
return container;
}
}編寫Redis過期回調(diào)監(jiān)聽方法，必須繼承KeyExpirationEventMessageListener ，有點(diǎn)類似于MQ的消息監(jiān)聽。
@Component
public class RedisKeyExpirationListener extends KeyExpirationEventMessageListener {
public RedisKeyExpirationListener(RedisMessageListenerContainer listenerContainer) {
super(listenerContainer);
}
@Override
public void onMessage(Message message, byte[] pattern) {
String expiredKey = message.toString();
System.out.println("監(jiān)聽到key：" + expiredKey + "已過期");
}
}到這代碼就編寫完成，非常的簡單，接下來測試一下效果，在redis-cli客戶端添加一個(gè)key 并給定3s的過期時(shí)間。
set xiaofu 123 ex 3
在控制臺(tái)成功監(jiān)聽到了這個(gè)過期的key。
監(jiān)聽到過期的key為：xiaofu
6、RabbitMQ 延時(shí)隊(duì)列(推薦)
利用 RabbitMQ 做延時(shí)隊(duì)列是比較常見的一種方式，而實(shí)際上RabbitMQ 自身并沒有直接支持提供延遲隊(duì)列功能，而是通過 RabbitMQ 消息隊(duì)列的 TTL和 DXL這兩個(gè)屬性間接實(shí)現(xiàn)的。
先來認(rèn)識(shí)一下 TTL和 DXL兩個(gè)概念：
Time To Live(TTL) ：
TTL 顧名思義：指的是消息的存活時(shí)間，RabbitMQ可以通過x-message-tt參數(shù)來設(shè)置指定Queue（隊(duì)列）和 Message（消息）上消息的存活時(shí)間，它的值是一個(gè)非負(fù)整數(shù)，單位為微秒。
RabbitMQ 可以從兩種維度設(shè)置消息過期時(shí)間，分別是隊(duì)列和消息本身
- 設(shè)置隊(duì)列過期時(shí)間，那么隊(duì)列中所有消息都具有相同的過期時(shí)間。
- 設(shè)置消息過期時(shí)間，對(duì)隊(duì)列中的某一條消息設(shè)置過期時(shí)間，每條消息
TTL都可以不同。
如果同時(shí)設(shè)置隊(duì)列和隊(duì)列中消息的TTL，則TTL值以兩者中較小的值為準(zhǔn)。而隊(duì)列中的消息存在隊(duì)列中的時(shí)間，一旦超過TTL過期時(shí)間則成為Dead Letter（死信）。
Dead Letter Exchanges（DLX）：
DLX即死信交換機(jī)，綁定在死信交換機(jī)上的即死信隊(duì)列。RabbitMQ的 Queue（隊(duì)列）可以配置兩個(gè)參數(shù)x-dead-letter-exchange 和 x-dead-letter-routing-key（可選），一旦隊(duì)列內(nèi)出現(xiàn)了Dead Letter（死信），則按照這兩個(gè)參數(shù)可以將消息重新路由到另一個(gè)Exchange（交換機(jī)），讓消息重新被消費(fèi)。
x-dead-letter-exchange：隊(duì)列中出現(xiàn)Dead Letter后將Dead Letter重新路由轉(zhuǎn)發(fā)到指定 exchange（交換機(jī)）。
x-dead-letter-routing-key：指定routing-key發(fā)送，一般為要指定轉(zhuǎn)發(fā)的隊(duì)列。
隊(duì)列出現(xiàn)Dead Letter的情況有：
- 消息或者隊(duì)列的
TTL過期 - 隊(duì)列達(dá)到最大長度
- 消息被消費(fèi)端拒絕（basic.reject or basic.nack）
下邊結(jié)合一張圖看看如何實(shí)現(xiàn)超30分鐘未支付關(guān)單功能，我們將訂單消息A0001發(fā)送到延遲隊(duì)列order.delay.queue，并設(shè)置x-message-tt消息存活時(shí)間為30分鐘，當(dāng)?shù)竭_(dá)30分鐘后訂單消息A0001成為了Dead Letter（死信），延遲隊(duì)列檢測到有死信，通過配置x-dead-letter-exchange，將死信重新轉(zhuǎn)發(fā)到能正常消費(fèi)的關(guān)單隊(duì)列，直接監(jiān)聽關(guān)單隊(duì)列處理關(guān)單邏輯即可。
發(fā)送消息時(shí)指定消息延遲的時(shí)間
public void send(String delayTimes) {
amqpTemplate.convertAndSend("order.pay.exchange", "order.pay.queue","大家好我是延遲數(shù)據(jù)", message -> {
// 設(shè)置延遲毫秒值
message.getMessageProperties().setExpiration(String.valueOf(delayTimes));
return message;
});
}
}設(shè)置延遲隊(duì)列出現(xiàn)死信后的轉(zhuǎn)發(fā)規(guī)則
/**
* 延時(shí)隊(duì)列
*/
@Bean(name = "order.delay.queue")
public Queue getMessageQueue() {
return QueueBuilder
.durable(RabbitConstant.DEAD_LETTER_QUEUE)
// 配置到期后轉(zhuǎn)發(fā)的交換
.withArgument("x-dead-letter-exchange", "order.close.exchange")
// 配置到期后轉(zhuǎn)發(fā)的路由鍵
.withArgument("x-dead-letter-routing-key", "order.close.queue")
.build();
}7、時(shí)間輪（netty延時(shí)隊(duì)列）
前邊幾種延時(shí)隊(duì)列的實(shí)現(xiàn)方法相對(duì)簡單，比較容易理解，時(shí)間輪算法就稍微有點(diǎn)抽象了。kafka、netty都有基于時(shí)間輪算法實(shí)現(xiàn)延時(shí)隊(duì)列，下邊主要實(shí)踐Netty的延時(shí)隊(duì)列講一下時(shí)間輪是什么原理。
先來看一張時(shí)間輪的原理圖，解讀一下時(shí)間輪的幾個(gè)基本概念
wheel ：時(shí)間輪，圖中的圓盤可以看作是鐘表的刻度。比如一圈round 長度為24秒，刻度數(shù)為 8，那么每一個(gè)刻度表示 3秒。那么時(shí)間精度就是 3秒。時(shí)間長度 / 刻度數(shù)值越大，精度越大。
當(dāng)添加一個(gè)定時(shí)、延時(shí)任務(wù)A，假如會(huì)延遲25秒后才會(huì)執(zhí)行，可時(shí)間輪一圈round 的長度才24秒，那么此時(shí)會(huì)根據(jù)時(shí)間輪長度和刻度得到一個(gè)圈數(shù) round和對(duì)應(yīng)的指針位置 index，也是就任務(wù)A會(huì)繞一圈指向0格子上，此時(shí)時(shí)間輪會(huì)記錄該任務(wù)的round和 index信息。當(dāng)round=0，index=0 ，指針指向0格子 任務(wù)A并不會(huì)執(zhí)行，因?yàn)?round=0不滿足要求。
所以每一個(gè)格子代表的是一些時(shí)間，比如1秒和25秒 都會(huì)指向0格子上，而任務(wù)則放在每個(gè)格子對(duì)應(yīng)的鏈表中，這點(diǎn)和HashMap的數(shù)據(jù)有些類似。
Netty構(gòu)建延時(shí)隊(duì)列主要用HashedWheelTimer，HashedWheelTimer底層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)依然是使用DelayedQueue，只是采用時(shí)間輪的算法來實(shí)現(xiàn)。
下面我們用Netty 簡單實(shí)現(xiàn)延時(shí)隊(duì)列，HashedWheelTimer構(gòu)造函數(shù)比較多，解釋一下各參數(shù)的含義。
ThreadFactory ：表示用于生成工作線程，一般采用線程池；
tickDuration和unit：每格的時(shí)間間隔，默認(rèn)100ms；
ticksPerWheel：一圈下來有幾格，默認(rèn)512，而如果傳入數(shù)值的不是2的N次方，則會(huì)調(diào)整為大于等于該參數(shù)的一個(gè)2的N次方數(shù)值，有利于優(yōu)化hash值的計(jì)算。
public HashedWheelTimer(ThreadFactory threadFactory, long tickDuration, TimeUnit unit, int ticksPerWheel) {
this(threadFactory, tickDuration, unit, ticksPerWheel, true);
}TimerTask：一個(gè)定時(shí)任務(wù)的實(shí)現(xiàn)接口，其中run方法包裝了定時(shí)任務(wù)的邏輯。
Timeout：一個(gè)定時(shí)任務(wù)提交到Timer之后返回的句柄，通過這個(gè)句柄外部可以取消這個(gè)定時(shí)任務(wù)，并對(duì)定時(shí)任務(wù)的狀態(tài)進(jìn)行一些基本的判斷。
Timer：是HashedWheelTimer實(shí)現(xiàn)的父接口，僅定義了如何提交定時(shí)任務(wù)和如何停止整個(gè)定時(shí)機(jī)制。
public class NettyDelayQueue {
public static void main(String[] args) {
final Timer timer = new HashedWheelTimer(Executors.defaultThreadFactory(), 5, TimeUnit.SECONDS, 2);
//定時(shí)任務(wù)
TimerTask task1 = new TimerTask() {
public void run(Timeout timeout) throws Exception {
System.out.println("order1 5s 后執(zhí)行 ");
timer.newTimeout(this, 5, TimeUnit.SECONDS);//結(jié)束時(shí)候再次注冊
}
};
timer.newTimeout(task1, 5, TimeUnit.SECONDS);
TimerTask task2 = new TimerTask() {
public void run(Timeout timeout) throws Exception {
System.out.println("order2 10s 后執(zhí)行");
timer.newTimeout(this, 10, TimeUnit.SECONDS);//結(jié)束時(shí)候再注冊
}
};
timer.newTimeout(task2, 10, TimeUnit.SECONDS);
//延遲任務(wù)
timer.newTimeout(new TimerTask() {
public void run(Timeout timeout) throws Exception {
System.out.println("order3 15s 后執(zhí)行一次");
}
}, 15, TimeUnit.SECONDS);
}
}從執(zhí)行的結(jié)果看，order3、order3延時(shí)任務(wù)只執(zhí)行了一次，而order2、order1為定時(shí)任務(wù)，按照不同的周期重復(fù)執(zhí)行。
order1 5s 后執(zhí)行 order2 10s 后執(zhí)行 order3 15s 后執(zhí)行一次 order1 5s 后執(zhí)行 order2 10s 后執(zhí)行
總結(jié)
以上就是Java常見延遲隊(duì)列的實(shí)現(xiàn)方案總結(jié)的詳細(xì)內(nèi)容，更多關(guān)于Java延遲隊(duì)列的資料請關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！
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mybatis查詢默認(rèn)是一次獲取全部，如果數(shù)據(jù)過于龐大，就會(huì)導(dǎo)致OOM問題，本文就介紹了tk.mybatis 流式查詢，具有一定的參考價(jià)值，感興趣的可以了解一下2021-12-12
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