前言:奮鬥是這麼個過程,當時不覺累,事後不會悔。走一段再回頭,會發現一個更強的自己,宛如新生!
一、概述
在Android開發過程中,我們常常會將一些耗時的操作放在子線程中執行(work thread),然後將執行的結果告訴UI線程(main thread)也叫主線程,因爲UI的更新只能在Main Thread中執行,那麼這裏就涉及怎麼將數據傳遞給主線程(main thread),需要藉助安卓的消息機制。
Android爲我們提供了消息傳遞機制——Handler,來幫助我們將數據從子線程傳遞給主線程,其實,當我們熟悉Handler的原理之後,Handler不僅能實現子線程傳遞數據給主線程,還能實現任意兩個線程之間的數據傳遞。
主線程:也叫UI線程,或者Activity Thread,用於運行四大組件和用戶的交互,用於處理各種和界面相關的事情,Activity Thread管理應用進程的主線程的執行。
子線程:用於執行耗時操作,比如I/O操作或者網絡請求,安卓3.0以後要求訪問網絡必須在子線程中執行,更新UI的操作必須交給主線程,子線程不允許更新UI。
1.什麼是消息機制?
不同線程之間的通信。
2.什麼是安卓消息機制?
Handler運行機制。
3.安卓消息機制有什麼用?
線程之間通信,主要是避免ANR(Application Not Responding),一旦出現ANR,程序就會崩潰。
4.什麼情況下出現ANR?
- Activity裏面的響應超過5秒;
- Broadcast在處理的時間超過10秒;
- Service處理時間超過20秒;
造成上面三種情況的原因很多,網絡請求,大文件的讀取,耗時的計算等都會引發ANR。
5.如何避免ANR?
主線程不能執行耗時操作,子線程不行更新UI,那麼把耗時操作放到子線程中執行,通過Handler消息機制通知主線程更新UI。
6.爲什麼子線程不能更新UI?
在Andorid系統中出於性能優化的考慮,UI操作不是線程安全的,這意味着多個線程併發操作ui控件可能會導致線程安全問題,如果對UI控件加上上鎖機制,會使控件變得複雜低效,也會阻塞某些進程的執行。爲了解決這個問題,Android規定只允許UI線程(主線程)修改Activity中的UI組件,但是實際上,有部分UI需要在子線程中控制邏輯,因此子線程需要通過Handler通知主線程修改UI,實現線程間通信。最根本就是爲了解決多線程併發的問題。
二、Handler的使用
首先來看下Handler最常規的使用模式(源碼地址在文章最後給出)
private Handler mHandler = new Handler() {
@Override
public void handleMessage(Message msg) {
super.handleMessage(msg);
switch (msg.what) {
case 1:
mTextView.setText((String) msg.obj);
Toast.makeText(MainActivity.this, (String) msg.obj, Toast.LENGTH_SHORT).show();
break;
}
}
};
/**
* 子線程通知主線程更新UI
*/
private void sendMsgToMainThreadByWorkThread() {
//創建子線程
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
//獲取消息載體
Message msg = Message.obtain();
msg.what = 1;
msg.obj = "子線程通知主線程更新UI";
mHandler.sendMessage(msg);
}
}).start();
}
通常我們在主線程中創建一個Handler,通過重寫handler的handleMessage(Message msg)方法,從參數Message中獲取傳遞過來的信息數據,子線程中通過obtain()獲取Message信息載體實例,最後通過sendMessage(msg)發送消息,我們來看看Message的幾個屬性:
- Message.what 用來標識信息得int值,區分來自不同地方的信息來源
- Message.obj 用來傳遞的實例化對象(信息數據)
- Message.arg1/Message.arg2 Message初始定義的用來傳遞int類型值的兩個變量
Handler消息機制的處理過程:從Handler中通過obtainMessage()獲取消息對象Message,把數據封裝到Message消息對象中,通過handler的sendMessage()方法把消息push到MessageQueque中,Looper對象會輪詢MessageQueque隊列,把消息對象取出,再通過dispatchMessage分發給handler,通過回調實現handler的handleMessage方法處理消息。
這裏引出了handler機制的幾個關鍵對象,handler、Looper、MessageQueque、Message。
Handler:發送和處理消息,它把消息發送給Looper管理的MessageQueque,並負責處理Looper發送給他的消息
Looper:消息隊列的處理者(輪詢隊列),每個線程只有一個Looper,負責管理MessageQueque,會不斷地從Message中取出消息,分發給Handler
Message:消息對象(存儲數據),它封裝了任務攜帶的額外信息和處理該任務的 Handler 引用。
MessageQueque:消息隊列,由Looper管理,採用先進先出的方法管理Message(存放數據結構,內部使用鏈表數據結構存儲多個消息對象,最大長度爲50,目的是爲了重用message對象,減少Message對象的創建,造成產生大量的垃圾對象)
三、任意線程和原理
我們來看看任意兩個子線程間調用handler:
private Handler handler;
/**
* 任意線程間的通信
*/
private void handlerWorkThread() {
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
// Looper.prepare();//不寫此代碼會報異常
// 注意:一定要在兩個方法之間創建綁定當前Looper的Handler對象,
// 否則一旦線程開始進入死循環就沒法再創建Handler處理Message了
handler = new Handler() {
@Override
public void handleMessage(final Message msg) {
super.handleMessage(msg);
switch (msg.what) {
case 2:
runOnUiThread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
mTextView.setText((String) msg.obj);
Toast.makeText(MainActivity.this, (String) msg.obj, Toast.LENGTH_SHORT).show();
System.out.println("Str=============================" + msg.obj);
}
});
break;
}
}
};
//開始循壞處理消息隊列
// Looper.loop();//不寫此代碼會無法接受數據
}
}).start();
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
//不需要直接new Message,通過handler.obtainMessage()獲取Message實例,底層直接是
//調用了Message.obtain()方法,實現消息的複用,Message內部維護有數據緩存池
Message message = handler.obtainMessage();
message.what = 2;
message.obj = "任意線程間的通信";
handler.sendMessage(message);
}
}).start();
}
從代碼中,我們創建了兩個子線程,在第一個子線程中創建handler,並且實現handlerMessage()方法,在第二個子線程中創建消息實例Message,封裝數據並通過handler發送。將上面的代碼跑起來,但是報異常了:
java.lang.RuntimeException: Can't create handler inside thread that has not called Looper.prepare()
No Looper;
注意:一個線程創建handler時是需要先創建Looper的,而且每個線程只需要創建一個Looper,否則會報錯:
RuntimeException: Only one Looper may be created per thread。
其實,子線程中如果使用handler需要手動調用Looper.prepare()和Looper.loop(),不調用Looper.prepare()會報上面兩個異常,不調用Looper.loop()則會handler收不到消息,我們來看看爲什麼子線程中不創建Looper會報錯,在new Handler()爲什麼會報錯,
3.1 Handler
//可以看到Looper爲空的時候才跑出該異常
public Handler(Callback callback, boolean async) {
//關聯到當前線程的Looper
mLooper = Looper.myLooper();
if (mLooper == null) {
throw new RuntimeException(
"Can't create handler inside thread " + Thread.currentThread()
+ " that has not called Looper.prepare()");
}
//持有當前Looper中消息隊列的引用
mQueue = mLooper.mQueue;
mCallback = callback;
//設置消息是否異步
mAsynchronous = async;
}
//我們來看看Looper.prepare()都幹了什麼
public static void prepare() {
prepare(true);
}
private static void prepare(boolean quitAllowed) {
if (sThreadLocal.get() != null) {
throw new RuntimeException("Only one Looper may be created per thread");
}
sThreadLocal.set(new Looper(quitAllowed));
}
//可以看出在當前Thread創建了一個Looper,ThreadLocal主要用於維護本地線程的變量,而Looper的構造函
//數又爲我們創建了一個消息隊列MessageQueue
private Looper(boolean quitAllowed) {
mQueue = new MessageQueue(quitAllowed);
mThread = Thread.currentThread();
}
但是爲什麼主線程中不需要Looper.prepare()和Looper.loop(),其實是因爲App初始化的時候都會執行ActivityThread的main方法,所以UI線程能直接使用Handler,我們可看一看裏面做了什麼操作:
3.2 ActivityThread-Main
public static void main(String[] args) {
Looper.prepareMainLooper();
ActivityThread thread = new ActivityThread();
thread.attach(false, startSeq);
if (sMainThreadHandler == null) {
sMainThreadHandler = thread.getHandler();
}
if (false) {
Looper.myLooper().setMessageLogging(new
LogPrinter(Log.DEBUG, "ActivityThread"));
}
// End of event ActivityThreadMain.
Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER);
Looper.loop();
throw new RuntimeException("Main thread loop unexpectedly exited");
}
從中可以看到在創建主線程的時候android已經幫我們調用了Looper.prepareMainLooper()和Looper.loop()方法,所以我們能再主線程中直接創建Handler使用。
我們來看看Handler發送消息的過程,有多個方法實現這個功能,如:post()、postAtTime()、postDelayed()、sendMessage()、sendMessageAtTime()、sendMessageDelayed()等等:
3.3 handler發送消息
public final boolean sendMessage(Message msg)
{
return sendMessageDelayed(msg, 0);
}
public final boolean sendMessageDelayed(Message msg, long delayMillis)
{
if (delayMillis < 0) {
delayMillis = 0;
}
return sendMessageAtTime(msg, SystemClock.uptimeMillis() + delayMillis);
}
public boolean sendMessageAtTime(Message msg, long uptimeMillis) {
MessageQueue queue = mQueue;
if (queue == null) {
RuntimeException e = new RuntimeException(
this + " sendMessageAtTime() called with no mQueue");
Log.w("Looper", e.getMessage(), e);
return false;
}
return enqueueMessage(queue, msg, uptimeMillis);
}
private boolean enqueueMessage(MessageQueue queue, Message msg, long uptimeMillis) {
// 核心代碼,sendMessage一路調用到此,讓Message持有當前Handler的引用
// 當消息被Looper線程輪詢到時,可以通過target回調Handler的handleMessage方法
msg.target = this;
if (mAsynchronous) {
msg.setAsynchronous(true);
}
//將message加入MessageQueque中,並且根據消息延遲排序
return queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis);
}
最後一段是發送消息的核心代碼,handler發送消息最終會走到這裏,讓Message持有當前Handler的引用,當消息被Looper輪詢到時,可以通過target回調handler的handleMessage()方法,sendMessage()的關鍵在於queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis),其內部調用了MessageQueque的enqueueMessage()方法。
3.4 MessageQueque
enqueueMessage()
boolean enqueueMessage(Message msg, long when) {
if (msg.target == null) {
throw new IllegalArgumentException("Message must have a target.");
}
if (msg.isInUse()) {
throw new IllegalStateException(msg + " This message is already in use.");
}
synchronized (this) {
//如果發送消息所在的線程已經終止,則回收消息,返回消息插入失敗的結果
if (mQuitting) {
IllegalStateException e = new IllegalStateException(
msg.target + " sending message to a Handler on a dead thread");
Log.w(TAG, e.getMessage(), e);
msg.recycle();
return false;
}
msg.markInUse();
msg.when = when;
Message p = mMessages;
boolean needWake;
if (p == null || when == 0 || when < p.when) {
//隊列無消息或者插入消息的執行時間爲0(強制插入隊頭)亦或者插入消息的執行時間先於隊頭時間,這三總情況插入消息爲新隊頭,如果隊列被阻塞,則會被喚醒。
// New head, wake up the event queue if blocked.
msg.next = p;
mMessages = msg;
needWake = mBlocked;
} else {
// Inserted within the middle of the queue. Usually we don't have to wake
// up the event queue unless there is a barrier at the head of the queue
// and the message is the earliest asynchronous message in the queue.
//根據執行時間插入到消息隊列中間,通常我們不必喚醒隊列事件,除非
// 隊列頭部有消息屏障阻塞隊列,並且插入的消息是隊列中第一個異步消息
needWake = mBlocked && p.target == null && msg.isAsynchronous();
Message prev;
for (;;) {
prev = p;
p = p.next;
if (p == null || when < p.when) {
break;
}
//如果不是隊頭的異步消息則不喚醒隊列
if (needWake && p.isAsynchronous()) {
needWake = false;
}
}
msg.next = p; // invariant: p == prev.next
prev.next = msg;
}
// We can assume mPtr != 0 because mQuitting is false.
if (needWake) {
//喚醒等待的線程
nativeWake(mPtr);
}
}
return true;
}
從代碼可以看出,Message存放到MessageQueque中時,是將Message存放到Message.next中,形成一個鏈式的列表,同時也保證了Message列表的時序性,MessageQueque.next()方法從消息隊列中取出一個需要處理的消息,如果沒有消息或者消息還沒到時該隊列會阻塞,等待消息通過MessageQueque.enqueueMessage()進入消息隊列後喚醒線程。
MessageQueque.next()
Message next() {
······
final long ptr = mPtr;
if (ptr == 0) {
return null;
}
int pendingIdleHandlerCount = -1; // -1 only during first iteration
int nextPollTimeoutMillis = 0;
for (;;) {
if (nextPollTimeoutMillis != 0) {
Binder.flushPendingCommands();
}
//通過Native層的MessageQueque阻塞nextPollTimeoutMillis毫秒時間
nativePollOnce(ptr, nextPollTimeoutMillis);
synchronized (this) {
//嘗試檢索下一條消息,如果找到則返回該消息
final long now = SystemClock.uptimeMillis();
Message prevMsg = null;
Message msg = mMessages;
if (msg != null && msg.target == null) {
//被target爲null的消息屏障阻塞,查找隊列中的下一個異步消息
do {
prevMsg = msg;
msg = msg.next;
} while (msg != null && !msg.isAsynchronous());
}
if (msg != null) {
if (now < msg.when) {
//下一個消息尚未就緒,設置超時以在準備就緒時喚醒
nextPollTimeoutMillis = (int) Math.min(msg.when - now, Integer.MAX_VALUE);
} else {
//從隊列中獲取一個重要執行的消息
mBlocked = false;
if (prevMsg != null) {
prevMsg.next = msg.next;
} else {
mMessages = msg.next;
}
msg.next = null;
if (DEBUG) Log.v(TAG, "Returning message: " + msg);
msg.markInUse();
return msg;
}
} else {
//隊列沒有消息,一值被阻塞,等待喚醒
nextPollTimeoutMillis = -1;
}
// Process the quit message now that all pending messages have been handled.
if (mQuitting) {
dispose();
return null;
}
// If first time idle, then get the number of idlers to run.
// Idle handles only run if the queue is empty or if the first message
// in the queue (possibly a barrier) is due to be handled in the future.
if (pendingIdleHandlerCount < 0
&& (mMessages == null || now < mMessages.when)) {
pendingIdleHandlerCount = mIdleHandlers.size();
}
if (pendingIdleHandlerCount <= 0) {
// No idle handlers to run. Loop and wait some more.
mBlocked = true;
continue;
}
if (mPendingIdleHandlers == null) {
mPendingIdleHandlers = new IdleHandler[Math.max(pendingIdleHandlerCount, 4)];
}
mPendingIdleHandlers = mIdleHandlers.toArray(mPendingIdleHandlers);
}
// Run the idle handlers.
// We only ever reach this code block during the first iteration.
for (int i = 0; i < pendingIdleHandlerCount; i++) {
final IdleHandler idler = mPendingIdleHandlers[i];
mPendingIdleHandlers[i] = null; // release the reference to the handler
boolean keep = false;
try {
keep = idler.queueIdle();
} catch (Throwable t) {
Log.wtf(TAG, "IdleHandler threw exception", t);
}
if (!keep) {
synchronized (this) {
mIdleHandlers.remove(idler);
}
}
}
// Reset the idle handler count to 0 so we do not run them again.
pendingIdleHandlerCount = 0;
// While calling an idle handler, a new message could have been delivered
// so go back and look again for a pending message without waiting.
nextPollTimeoutMillis = 0;
}
}
Message的發送實際是放入Handler對應線程的MessageQueque中,那麼Message是如何被取出來的呢?在前面的例子也講到,如果不調用Looper.loop()的話,handler是接收不到消息的,我們來看看loop()方法:
3.5 Looper
Looper.loop()
/**
* Run the message queue in this thread. Be sure to call
* {@link #quit()} to end the loop.
*/
public static void loop() {
//得到當前線程的Looper對象
final Looper me = myLooper();
//調用Looper.prepare()之前是不能調用該方法的,不然又拋異常了
if (me == null) {
throw new RuntimeException("No Looper; Looper.prepare() wasn't called on this thread.");
}
//等到消息隊列
final MessageQueue queue = me.mQueue;
// Make sure the identity of this thread is that of the local process,
// and keep track of what that identity token actually is.
Binder.clearCallingIdentity();
final long ident = Binder.clearCallingIdentity();
// Allow overriding a threshold with a system prop. e.g.
// adb shell 'setprop log.looper.1000.main.slow 1 && stop && start'
final int thresholdOverride =
SystemProperties.getInt("log.looper."
+ Process.myUid() + "."
+ Thread.currentThread().getName()
+ ".slow", 0);
boolean slowDeliveryDetected = false;
//開始循環
for (;;) {
//從消息隊列中獲取一下message,該方法可以被阻塞
Message msg = queue.next(); // might block
if (msg == null) {
// No message indicates that the message queue is quitting.
return;
}
// This must be in a local variable, in case a UI event sets the logger
final Printer logging = me.mLogging;
if (logging != null) {
logging.println(">>>>> Dispatching to " + msg.target + " " +
msg.callback + ": " + msg.what);
}
······
final long dispatchStart = needStartTime ? SystemClock.uptimeMillis() : 0;
final long dispatchEnd;
try {
//將message推送到Message中的target處理,此處的target就是發送該Message的handler對象
msg.target.dispatchMessage(msg);
dispatchEnd = needEndTime ? SystemClock.uptimeMillis() : 0;
} finally {
if (traceTag != 0) {
Trace.traceEnd(traceTag);
}
}
·······
if (logSlowDispatch) {
showSlowLog(slowDispatchThresholdMs, dispatchStart, dispatchEnd, "dispatch", msg);
}
if (logging != null) {
logging.println("<<<<< Finished to " + msg.target + " " + msg.callback);
}
·······
//回收message,這樣通過Message.obtain()複用
msg.recycleUnchecked();
}
}
該方法啓動線程的循環模式,從Looper的MessageQueque中不斷提取Message,再交給Handler處理任務,最後回收Message複用。我們再回頭看下Looper.prepare()方法:
Looper.prepare()
public final class Looper {
//每個線程僅包含一個Looper對象,定義爲一個本地存儲對象
static final ThreadLocal<Looper> sThreadLocal = new ThreadLocal<Looper>();
private static Looper sMainLooper; // guarded by Looper.class
//每一個Looper維護一個唯一的消息隊列
final MessageQueue mQueue;
final Thread mThread;
private Looper(boolean quitAllowed) {
mQueue = new MessageQueue(quitAllowed);
mThread = Thread.currentThread();
}
public static void prepare() {
prepare(true);
}
//該方法會在調用線程的TLS中創建Looper對象,爲線程私有
private static void prepare(boolean quitAllowed) {
if (sThreadLocal.get() != null) {
//如果Looper已經存在則拋出異常
throw new RuntimeException("Only one Looper may be created per thread");
}
sThreadLocal.set(new Looper(quitAllowed));
}
}
該方法在線程中將Looper定義爲ThreadLocal對象,使得Looper成爲線程的私有對象,一個線程最多僅有一個Looper,並在這Looper對象中維護一個消息隊列MessageQueque和持有當前線程的引用,因此MessageQueque也是線程私有。
從上面的Looper.loop()中得知,Looper通過MessageQueque中取出消息Message,通過Message的Target(就是handler)調用dispatchMessage()去分發消息,繼續分析Message的分發:
3.6 handler-handleMessage()
public interface Callback {
public boolean handleMessage(Message msg);
}
/**
* Handle system messages here.
*/
//處理消息,此方法由Looper的loop方法調用
public void dispatchMessage(Message msg) {
if (msg.callback != null) {
//處理Runnable類消息
handleCallback(msg);
} else {
//這種方法允許Activity等實現Handler.Callback接口,避免自己定義handler重寫HandleMessage()方法
if (mCallback != null) {
if (mCallback.handleMessage(msg)) {
return;
}
}
//根據handler子類實現回調方法處理消息
handleMessage(msg);
}
}
//處理Runnable類消息方法
private static void handleCallback(Message message) {
//直接調用Message中封裝的Runnable的run方法
message.callback.run();
}
//handler子類實現回調的方法
public void handleMessage(Message msg) {
}
如果設置了callback(Runnable對象),則會直接調用handleCallback方法,如果msg.callback==null,會直接調用我們的mCallback.handleMessage(msg),即handler的handlerMessage方法。由於Handler對象是在主線程中創建的,所以handler的handlerMessage方法的執行也會在主線程中。
任何持有handler引用的其他線程都可發送消息,消息都發送到Handler內部關聯的MessageQueque中,而handler是在Looper線程中創建的(Looper.praprepare()之後,Looper.loop()之前),所以handler是在其關聯的Looper線程中處理取得關聯消息的。
3.7 Message
在消息處理機制中,Message扮演的角色就是消息本身,它封裝了任務攜帶的額外消息和處理該任務的Handler引用。
Message雖然有public構造方法,但是還是建議用Message.obtain()從一個全局的消息池中得到空的Message對象,這樣有效的節省系統資源,Handler有一套obtain方法,其本質是調用Message的obtain方法,最終都是調用Message.obtain()。
另外可以利用Message.what來區分消息類型,以處理不同的任務,在需要攜帶簡單的int類型額外消息時,可以優先使用Message.arg1和Message.arg2,這樣比bundle封裝消息更省資源。
源碼總結:
1、創建Handler實例,關聯Looper(非主線程還要調用looper.prepare(),handler所創建的線程需要維護一個唯一的Looper對象,一個線程最多僅有一個Looper,每個線程的Looper通過ThreadLocal來保證,並在這Looper對象中維護一個消息隊列MessageQueque和持有當前線程的引用)。
2、Handler通過sendMessage(Message msg)發送消息,sendMessage()其內部最終調用了MessageQueque的enqueueMessage()方法。將message時序性放入Handler對應線程的MessageQueque中。Message在MessageQueue不是通過一個列表來存儲的,而是將傳入的Message存入到了上一個Message的next中,在取出的時候通過頂部的Message就能按放入的順序依次取出Message
3、Looper.loop()啓動線程的循環模式,從Looper的MessageQueque中不斷提取Message,通過msg.target.dispatchMessage(msg)完成消息的發送,將message推送到Message中的target(handler)處理,再交給Handler處理任務,最後回收Message複用。
4、最後handler實現handlerMessage()方法接收處理數據。
圖片流程:
四、handler的使用注意事項
4.1 注意內存泄漏
使用Handler是用來線程間通信的,所以新開的線程會持有Handler的引用,如果在Activity中創建Handler並且是非靜態內部類的形式,就有可能導致內存泄漏。
1.因爲非靜態內部類會隱式持有外部類的引用,當其他線程持有該handler,如果線程沒有被銷燬,就會知道Activity一直被Handler持有引用而導致無法回收。
2.如果消息隊列MessageQueque中還有沒處理完的消息,Message中的target也是會持有Activity的引用,也會造成內存泄漏。
解決辦法:使用靜態內部類+弱引用
(1.)靜態內部類不會持有有外部了的引用,當使用外部類相關操作時,可以通過弱引用回去相關數據
public static class ProtectHandler extends Handler {
private WeakReference<Activity> mActivity;
public ProtectHandler(Activity activity) {
mActivity = new WeakReference<>(activity);
}
@Override
public void handleMessage(Message msg) {
super.handleMessage(msg);
Activity activity = mActivity.get();
if (activity != null && !activity.isFinishing()) {
//todo
}
}
}
(2.)在外部類被銷燬時,將消息隊列清空,例如:在activity銷燬時清空MessageQueque.
@Override
protected void onDestroy() {
//清空消息
mHandler.removeCallbacksAndMessages(null);
super.onDestroy();
}
4.2 ThreadLocal是什麼?
ThreadLocal可以包裝一個對象,使其成爲線程私有的局部變量,通過ThreadLocal的get()和set()獲得的變量,不受其他線程影響。ThreadLocal實現了線程之間的數據隔離,同時提升了同一線程訪問變量的便利性。
至此,本文結束!
源碼地址:https://github.com/FollowExcellence/HandlerDemo
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