java高并发编程(一)

时间:2022-11-17 18:06:38

读马士兵java高并发编程,引用他的代码,做个记录。

一、分析下面程序输出:  

/**
 * 分析一下这个程序的输出
 * @author mashibing
 */

package yxxy.c_005;

public class T implements Runnable {

    private int count = 10;
    
    public synchronized void run() { 
        count--;
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " count = " + count);
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        T t = new T();
        for(int i=0; i<5; i++) {
            new Thread(t, "THREAD" + i).start();
        }
    }
    
}
THREAD0 count = 9
THREAD4 count = 8
THREAD1 count = 7
THREAD3 count = 6
THREAD2 count = 5

分析:

启动了5个线程,thread0先拿到这把锁,开始执行,thread1-4都在等待准备抢这把锁;thread0执行完之后,释放锁;thread4率先抢到了这把锁,开始执行;执行完之后thread1又抢到了这把锁,开始执行....;
所以看到每次线程访问一次,count-1;而且thread执行的先后顺序每次执行的结果不同,因为你不知道哪个线程先执行了;
 
二、对比上一个程序,分析这个程序的输出:
java高并发编程(一)java高并发编程(一)
/**
 * 对比上面一个小程序,分析一下这个程序的输出
 * @author mashibing
 */

package yxxy.c_006;

public class T implements Runnable {

    private int count = 10;
    
    public synchronized void run() { 
        count--;
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " count = " + count);
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        
        for(int i=0; i<5; i++) {
            T t = new T();
            new Thread(t, "THREAD" + i).start();
        }
    }
    
}
View Code
THREAD0 count = 9
THREAD4 count = 9
THREAD3 count = 9
THREAD1 count = 9
THREAD2 count = 9

分析:

启动了5个线程,因为每次都是new了一个t,每个线程都能锁住t,一共有5个t,5个count;所以这里5个线程执行完,count都是9;
但是因为不知道哪个线程先被cpu执行,所以thread名字的顺序是随机的;
 
三、同步和非同步方法是否可以同时调用?
/**
 * 同步和非同步方法是否可以同时调用?
 * @author mashibing
 */

package yxxy.c_007;

public class T {

    public synchronized void m1() { 
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " m1 start...");
        try {
            Thread.sleep(10000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " m1 end");
    }
    
    public void m2() {
        try {
            Thread.sleep(5000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " m2 ");
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        T t = new T();
        
        new Thread(()->t.m1(), "t1").start();
        new Thread(()->t.m2(), "t2").start();
    }
    
}
t1 m1 start...
t2 m2 
t1 m1 end
分析:
t1线程执行m1方法,开始睡10s,在这过程之中,t2线程执行m2方法,5s之后打印了m2;由此可见在m1执行的过程之中,m2是可以运行的。
同步方法的执行过程中,非同步方法是可以执行的。只有synchronized这样的方法在运行时候才需要申请那把锁,而别的方法是不需要申请那把锁的。
new Thread(()->t.m1())这个写法是java8里面的Lambda表达式,一种简写,还可以写成这样:
public static void main(String[] args) {
        T t = new T();

        new Thread(t::m1, "t1").start();
        new Thread(t::m2, "t2").start();*/
    
}
就是之前最原始的写法:
java高并发编程(一)java高并发编程(一)
public static void main(String[] args) {
        T t = new T();
        
        new Thread(new Runnable(){
            @Override
            public void run() {
                t.m1();
            }
        }, "t1").start();
        
        new Thread(new Runnable(){
            @Override
            public void run() {
                t.m2();
            }
        }, "t2").start();
    }
View Code

 

四、对业务写方法加锁,对业务读方法不加锁,容易产生脏读问题(dirtyRead)

java高并发编程(一)java高并发编程(一)
/**
 * 对业务写方法加锁
 * 对业务读方法不加锁
 * 容易产生脏读问题(dirtyRead)
 */

package yxxy.c_008;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class Account {
    String name;
    double balance;
    
    public synchronized void set(String name, double balance) {
        this.name = name;
        
        try {
            Thread.sleep(2000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        
        this.balance = balance;
    }
    
    public double getBalance(String name) {
        return this.balance;
    }
    
    
    public static void main(String[] args) {
        Account a = new Account();
        new Thread(()->a.set("zhangsan", 100.0)).start();
        
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        
        System.out.println(a.getBalance("zhangsan"));
        
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        
        System.out.println(a.getBalance("zhangsan"));
    }
}
View Code
0.0
100.0

分析:

主线程里面第一次读zhangsan里面的钱是0.0,第二次读是100.0;原因是set修改钱的时候过程中,sleep了2s钟;为什么sleep 2s就是放大了在线程的执行过程之中的时间差,set钱方法里面this.name=name和this.balance=balance之间可能是会被别的程序执行的;
在线程的执行过程set钱之中,尽管写的这个方法set加上了synchronized锁定了这个对象,锁定这个对象过程之中,它仍然有可能被那些非锁定的方法/非同步方法访问的;
尽管对写进行了加锁,但是由于没有对读加锁,那么有可能会读到在写的过程中还没有完成的数据,产生了脏读问题;
 
解决:
对读方法枷锁:
java高并发编程(一)java高并发编程(一)
public synchronized double getBalance(String name) {
        return this.balance;
    }
View Code

 

五、一个同步方法可以调用另外一个同步方法:

一个线程已经拥有某个对象的锁,再次申请的时候仍然会得到该对象的锁.
java高并发编程(一)java高并发编程(一)
/**
 * 一个同步方法可以调用另外一个同步方法,一个线程已经拥有某个对象的锁,再次申请的时候仍然会得到该对象的锁.
 * 也就是说synchronized获得的锁是可重入的.(可重入的意思就是获得锁之后还可以再获得一遍)
 * @author mashibing
 */
package yxxy.c_009;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class T {
    synchronized void m1() {
        System.out.println("m1 start");
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        m2();
    }
    
    synchronized void m2() {
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("m2");
    }
}
View Code

分析:

对t执行m1的时候,需要在t上面加把锁,拿到这个锁了,开始执行,执行锁定的过程之中,调用了m2();
调用m2的过程中,发现m2也是需要申请一把锁,而申请的这把锁就是当前自己已经持有的这把锁;
严格来讲,这把锁m1已经持有了,m2还能持有吗?由于是在同一个线程里面,这个是没关系的。它可以再去申请我自己已经拥有的这把锁,实际上就在这把锁上加个数字,从1变成2,锁定了2次。总而言之,再去申请当前持有的这把锁没问题,仍然会得到该对象的锁。

 

六、重入锁的另外一种情形,继承中子类的同步方法调用父类的同步方法

java高并发编程(一)java高并发编程(一)
/**
 * 一个同步方法可以调用另外一个同步方法,一个线程已经拥有某个对象的锁,再次申请的时候仍然会得到该对象的锁.
 * 也就是说synchronized获得的锁是可重入的
 * 这里是继承中有可能发生的情形,子类调用父类的同步方法
 * @author mashibing
 */
package yxxy.c_010;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class T {
    synchronized void m() {
        System.out.println("m start");
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("m end");
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        new TT().m();
    }
    
}

class TT extends T {
    @Override
    synchronized void m() {
        System.out.println("child m start");
        super.m();
        System.out.println("child m end");
    }
}
View Code
java高并发编程(一)java高并发编程(一)
child m start
m start
m end
child m end
View Code

 

七、synchronized同步方法如果遇到异常,锁就会被释放

java高并发编程(一)java高并发编程(一)
/**
 * 程序在执行过程中,如果出现异常,默认情况锁会被释放
 * 所以,在并发处理的过程中,有异常要多加小心,不然可能会发生不一致的情况。
 * 比如,在一个web app处理过程中,多个servlet线程共同访问同一个资源,这时如果异常处理不合适,
 * 在第一个线程中抛出异常,其他线程就会进入同步代码区,有可能会访问到异常产生时的数据。
 * 因此要非常小心的处理同步业务逻辑中的异常
 * @author mashibing
 */
package yxxy.c_011;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class T {
    int count = 0;
    synchronized void m() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " start");
        while(true) {
            count ++;
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " count = " + count);
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
                
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            
            if(count == 5) {
                int i = 1/0; //此处抛出异常,锁将被释放,要想不被释放,可以在这里进行catch,然后让循环继续
            }
        }
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        T t = new T();
        
        new Thread(()->t.m(), "t1").start();
        
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        
        new Thread(()->t.m(), "t2").start();
    }
    
}
View Code
执行结果:
java高并发编程(一)java高并发编程(一)
t1 start
t1 count = 1
t1 count = 2
t1 count = 3
t1 count = 4
t1 count = 5
t2 start
t2 count = 6
Exception in thread "t1" java.lang.ArithmeticException: / by zero
    at yxxy.c_011.T.m(T.java:28)
    at yxxy.c_011.T.lambda$0(T.java:36)
    at java.lang.Thread.run(Thread.java:745)
t2 count = 7
t2 count = 8
t2 count = 9
View Code
分析:
t1线程启动后,如果int i=1/0这里抛了异常后,锁不被释放的话,t2线程就永远启动不起来,永远执行不了;
但是抛出异常之后,锁被释放了,t2得到了执行;
 
解决:
处理异常,锁不被释放,循环继续,t2线程永远执行不了:
java高并发编程(一)java高并发编程(一)
/**
 * 程序在执行过程中,如果出现异常,默认情况锁会被释放
 * 所以,在并发处理的过程中,有异常要多加小心,不然可能会发生不一致的情况。
 * 比如,在一个web app处理过程中,多个servlet线程共同访问同一个资源,这时如果异常处理不合适,
 * 在第一个线程中抛出异常,其他线程就会进入同步代码区,有可能会访问到异常产生时的数据。
 * 因此要非常小心的处理同步业务逻辑中的异常
 * @author mashibing
 */
package yxxy.c_011;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class T {
    int count = 0;
    synchronized void m() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " start");
        while(true) {
            count ++;
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " count = " + count);
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
                
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            
            if(count == 5) {
                try{
                    int i = 1/0; //此处抛出异常,锁将被释放,要想不被释放,可以在这里进行catch,然后让循环继续
                }catch(Exception e){
                    System.out.println(e.getMessage());
                }
            }
        }
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        T t = new T();
        
        new Thread(()->t.m(), "t1").start();
        
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        
        new Thread(()->t.m(), "t2").start();
    }
    
}
View Code
java高并发编程(一)java高并发编程(一)
t1 start
t1 count = 1
t1 count = 2
t1 count = 3
t1 count = 4
t1 count = 5
/ by zero
t1 count = 6
t1 count = 7
t1 count = 8
t1 count = 9
t1 count = 10
t1 count = 11
t1 count = 12
View Code

 

八、volatile关键字              

java高并发编程(一)java高并发编程(一)
/**
 * volatile 关键字,使一个变量在多个线程间可见
 * A B线程都用到一个变量,java默认是A线程中保留一份copy,这样如果B线程修改了该变量,则A线程未必知道
 * 使用volatile关键字,会让所有线程都会读到变量的修改值
 * 
 * 在下面的代码中,running是存在于堆内存的t对象中
 * 当线程t1开始运行的时候,会把running值从内存中读到t1线程的工作区,在运行过程中直接使用这个copy,并不会每次都去
 * 读取堆内存,这样,当主线程修改running的值之后,t1线程感知不到,所以不会停止运行
 * 
 * 使用volatile,将会强制所有线程都去堆内存中读取running的值
 * 
 * 可以阅读这篇文章进行更深入的理解
 * http://www.cnblogs.com/nexiyi/p/java_memory_model_and_thread.html
 * 
 * volatile并不能保证多个线程共同修改running变量时所带来的不一致问题,也就是说volatile不能替代synchronized
 * @author mashibing
 */
package yxxy.c_012;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class T {
    volatile boolean running = true; //对比一下有无volatile的情况下,整个程序运行结果的区别
    void m() {
        System.out.println("m start");
        while(running) {
        }
        System.out.println("m end!");
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        T t = new T();
        
        new Thread(t::m, "t1").start();
        
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        
        t.running = false;
    }
    
}
View Code

分析:

不加volatile是不行的,线程1没法结束,那么volatile到底是干嘛的?
线程之间要让running这个值进行可见,这里要涉及到java的内存模型,java对于线程处理的内存模型;
在jmm(java memory model)里面有个内存它叫主内存,我们所熟识的栈内存,堆内存都可以认为是主内存;每一个线程在执行的过程之中,它有一个线程自己的一块内存,(实际上不能认为这块是内存,有可能它是内存,还有cpu上的缓冲区,是一个统称,就是线程存放它自己变量的一块内存),如果两个cpu在运行不同线程的话,每个线程上都有自己的一块缓冲区,缓冲区就是把主内存JMM里面的内容读过来在缓冲区里面进行修改,如果+1,+1加了好多次再写回去;
现在有个running在主内存里面,值是true,占一个字节;
第一个线程启动的时候会把这个字节copy到自己的缓冲区里面,cpu在处理的过程之中就不再去主内存里面读了;它在运行这个线程的过程之中,由于这个cpu非常的忙,在while(running)里面,没空再去主线程里面去刷一下running值了;它一直读自己缓存里面的内容,running永远是true;
第二个主线程里面,它首先也是把running读到它自己的缓冲区,然后把running改成false,发现running已经改了那就把running写回到主内存里面去;写回到主内存之后,但是第一个线程它没有在主内存重新读啊,所以第一个线程永远结束不了;
 
加了volatile,第一个线程运行中,不是要求你每次while(running)循环的时候都要到主内存里面读一次running的值,而是说一旦主内存running这个值发生改变后会通知别的线程,说你们的缓冲区里面内容过期了请重新读一下,第一个线程再去读的时候running已经改了,所以线程结束了。
加了volatile的意思就是当running改了后会通知其他的所有线程的缓冲区,说你们那边的值已经过期了,请你们再去主内存里面重新读一下。
而并不是通知所有的线程cpu执行的时候每次用的时候都要去主内存读一下,不是,是写完之后进行缓存过期通知。
 
要保证线程之间的可见性,那么需要对两个线程共同访问的变量加上volatile;如果不想加volatile那只能用synchronized;但volatile的效率要比synchronized高的多;所以在很多高并发的框架里面好多的volatile关键字都在用;比如JDK的并发容器的源码;能用volatile的时候就不要加锁,程序的并发性就要提高很多;

 图:

java高并发编程(一)

 

九、volatile并不能保证多个线程共同修改running变量时所带来的不一致问题,也就是说volatile不能替代synchronized

java高并发编程(一)java高并发编程(一)
/**
 * volatile并不能保证多个线程共同修改running变量时所带来的不一致问题,也就是说volatile不能替代synchronized
 * 运行下面的程序,并分析结果
 * @author mashibing
 */
package yxxy.c_013;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class T {
    volatile int count = 0; 
    void m() {
        for(int i=0; i<10000; i++) count++;
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        T t = new T();
        
        List<Thread> threads = new ArrayList<Thread>();
        
        for(int i=0; i<10; i++) {
            threads.add(new Thread(t::m, "thread-"+i));
        }
        
        threads.forEach((o)->o.start());
        
        threads.forEach((o)->{
            try {
                o.join();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        });
        
        System.out.println(t.count);
        
    }
    
}
View Code

volatile和synchronized区别?

volatile只保证可见性,并不保证原子性;
synchronized既保证可见性,又保证原子性;但效率要比volatile低不少;
如果只需要保证可见性的时候,使用volatile,不要使用synchronized;
 
Thread.join()方法解释见:https://www.cnblogs.com/huangzejun/p/7908898.html
 
十、对比上一个程序,可以用synchronized解决
java高并发编程(一)java高并发编程(一)
/**
 * 对比上一个程序,可以用synchronized解决,synchronized可以保证可见性和原子性,volatile只能保证可见性
 * @author mashibing
 */
package yxxy.c_014;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class T {
    int count = 0;
    synchronized void m() { 
        for (int i = 0; i < 10000; i++) count++;
    }

    public static void main(String[] args) {
        T t = new T();

        List<Thread> threads = new ArrayList<Thread>();

        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            threads.add(new Thread(t::m, "thread-" + i));
        }

        threads.forEach((o) -> o.start());

        threads.forEach((o) -> {
            try {
                o.join();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        });

        System.out.println(t.count);
    }
}
View Code

运行结果:100000

 

如果你只是处理这种++,--,这一类的操作,只是涉及到一些简单的数字运算,在java里面提供了一些原子类;见下面十一:
 

十一、使用AtomXXX类                                       

java高并发编程(一)java高并发编程(一)
/**
 * 解决同样的问题的更高效的方法,使用AtomXXX类
 * AtomXXX类本身方法都是原子性的,但不能保证多个方法连续调用是原子性的
 * @author mashibing
 */
package yxxy.c_015;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

public class T {
    AtomicInteger count = new AtomicInteger(0); 

    void m() {
        for (int i = 0; i < 10000; i++)
            count.incrementAndGet();  //count++
    }

    public static void main(String[] args) {
        T t = new T();

        List<Thread> threads = new ArrayList<Thread>();

        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            threads.add(new Thread(t::m, "thread-" + i));
        }

        threads.forEach((o) -> o.start());

        threads.forEach((o) -> {
            try {
                o.join();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        });

        System.out.println(t.count);
    }
}
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运行结果:100000

AtomicInteger:原子性操作的int类型;
incrementAndGet(): 原子方法,你可以认为它是加了synchronized的,当然它内部实现不是用synchronized的而是用系统相当底层的实现来去完成的;它的效率要比synchronized高很多;
 
 
 
十二、synchronized优化            
java高并发编程(一)java高并发编程(一)
/**
 * synchronized优化
 * 同步代码块中的语句越少越好
 * 比较m1和m2
 * @author mashibing
 */
package yxxy.c_016;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class T {
    
    int count = 0;

    synchronized void m1() {
        //do sth need not sync
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        //业务逻辑中只有下面这句需要sync,这时不应该给整个方法上锁
        count ++;
        
        //do sth need not sync
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
    
    void m2() {
        //do sth need not sync
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        //业务逻辑中只有下面这句需要sync,这时不应该给整个方法上锁
        //采用细粒度的锁,可以使线程争用时间变短,从而提高效率
        synchronized(this) {
            count ++;
        }
        //do sth need not sync
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}
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分析:

m2()的并发效率要比m1()高不少;细粒度的锁执行效率要比粗粒度的锁执行效率要高不少;
 
 
 
 
十三、避免将锁定对象的引用变成另外的对象,例子:
java高并发编程(一)java高并发编程(一)
/**
 * 锁定某对象o,如果o的属性发生改变,不影响锁的使用
 * 但是如果o变成另外一个对象,则锁定的对象发生改变
 * 应该避免将锁定对象的引用变成另外的对象
 * @author mashibing
 */
package yxxy.c_017;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class T {
    Object o = new Object();

    void m() {
        synchronized(o) {
            while(true) {
                try {
                    TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println(Thread.currentThread().getName());
            }
        }
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        T t = new T();
        //启动第一个线程
        new Thread(t::m, "t1").start();
        
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        //创建第二个线程
        Thread t2 = new Thread(t::m, "t2");
        
        t.o = new Object(); //锁对象发生改变,所以t2线程得以执行,如果注释掉这句话,线程2将永远得不到执行机会
        
        t2.start();
    }
}
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运行结果:

t1
t1
t1
t2
t1
t2
t1
t2
t1
t2
t1
t2
t1
t2
t1
t2
t1
t2
t1
...

分析:

t.o = new Object();锁的对象发生改变,就不需要锁原来的对象,直接锁新对象就行了;而新对象还没有锁的,所以t2线程就被执行了;
所以,这就证明这个锁是锁在什么地方?是锁在堆内存里new出来的对象上,不是锁在栈内存里头o的引用,不是锁的引用,而是锁new出来的真正的对象;
锁的信息是记录在堆内存里的。
 
 
 
 
十四、不要以字符串常量作为锁定对象
java高并发编程(一)java高并发编程(一)
/**
 * 不要以字符串常量作为锁定对象
 * 在下面的例子中,m1和m2其实锁定的是同一个对象
 * 这种情况还会发生比较诡异的现象,比如你用到了一个类库,在该类库中代码锁定了字符串“Hello”,
 * 但是你读不到源码,所以你在自己的代码中也锁定了"Hello",这时候就有可能发生非常诡异的死锁阻塞,
 * 因为你的程序和你用到的类库不经意间使用了同一把锁
 * 
 * jetty
 * 
 * @author mashibing
 */
package yxxy.c_018;

public class T {
    
    String s1 = "Hello";
    String s2 = "Hello";

    void m1() {
        synchronized(s1) {
            
        }
    }
    
    void m2() {
        synchronized(s2) {
            
        }
    }
}
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