源码学习之MyBatis的底层查询原理
导读
本文通过MyBatis一个低版本的bug（3.4.5之前的版本）入手，分析MyBatis的一次完整的查询流程，从配置文件的解析到一个查询的完整执行过程详细解读MyBatis的一次查询流程，通过本文可以详细了解MyBatis的一次查询过程。在平时的代码编写中，发现了MyBatis一个低版本的bug（3.4.5之前的版本），由于现在很多工程中的版本都是低于3.4.5的，因此在这里用一个简单的例子复现问题，并且从源码角度分析MyBatis一次查询的流程，让大家了解MyBatis的查询原理
导读
本文通过MyBatis一个低版本的bug（3.4.5之前的版本）入手，分析MyBatis的一次完整的查询流程，从配置文件的解析到一个查询的完整执行过程详细解读MyBatis的一次查询流程，通过本文可以详细了解MyBatis的一次查询过程。在平时的代码编写中，发现了MyBatis一个低版本的bug（3.4.5之前的版本），由于现在很多工程中的版本都是低于3.4.5的，因此在这里用一个简单的例子复现问题，并且从源码角度分析MyBatis一次查询的流程，让大家了解MyBatis的查询原理
01 问题现象
在今年的敏捷团队建设中，我通过Suite执行器实现了一键自动化单元测试。Juint除了Suite执行器还有哪些执行器呢？由此我的Runner探索之旅开始了！
1.1 场景问题复现
如下图所示，在示例Mapper中，下面提供了一个方法queryStudents,从student表中查询出符合查询条件的数据，入参可以为student_name或者student_name的集合，示例中参数只传入的是studentName的List集合
List<String> studentNames = new LinkedList<>(); studentNames.add("lct"); studentNames.add("lct2"); condition.setStudentNames(studentNames); <select id="queryStudents" parameterType="mybatis.StudentCondition" resultMap="resultMap">
select * from student <where> <if test="studentNames != null and studentNames.size > 0 "> AND student_name IN <foreach collection="studentNames" item="studentName" open="(" separator="," close=")"> #{studentName, jdbcType=VARCHAR} </foreach> </if>
<if test="studentName != null and studentName != '' "> AND student_name = #{studentName, jdbcType=VARCHAR} </if> </where> </select>select * from student WHERE student_name IN ( 'lct' , 'lct2' )==> Preparing: select * from student WHERE student_name IN ( ? , ? ) AND student_name = ?
==> Parameters: lct(String), lct2(String), lct2(String)
<== Columns: id, student_name, age
<== Row: 2, lct2, 2
<== Total: 1
通过运行结果可以看到，没有给student_name单独赋值，但是经过MyBatis解析以后，单独给student_name赋值了一个值，可以推断出MyBatis在解析SQL并对变量赋值的时候是有问题的，初步猜测是foreach循环中的变量的值带到了foreach外边，导致SQL解析出现异常，下面通过源码进行分析验证
02 MyBatis查询原理
理解，首先 MCube 会依据模板缓存状态判断是否需要网络获取最新模板，当获取到模板后进行模板加载，加载阶段会将产物转换为视图树的结构，转换完成后将通过表达式引擎解析表达式并取得正确的值，通过事件解析引擎解析用户自定义事件并完成事件的绑定，完成解析赋值以及事件绑定后进行视图的渲染，最终将目标页面展示到屏幕。
2.1 MyBatis架构
2.1.1 架构图
先简单来看看MyBatis整体上的架构模型，从整体上看MyBatis主要分为四大模块:
接口层：主要作用就是和数据库打交道
数据处理层：数据处理层可以说是MyBatis的核心，它要完成两个功能：
通过传入参数构建动态SQL语句；
SQL语句的执行以及封装查询结果集成List<E>
框架支撑层：主要有事务管理、连接池管理、缓存机制和SQL语句的配置方式
引导层：引导层是配置和启动MyBatis 配置信息的方式。MyBatis 提供两种方式来引导MyBatis ：基于XML配置文件的方式和基于Java API 的方式
2.1.2 MyBatis四大对象
贯穿MyBatis整个框架的有四大核心对象，ParameterHandler、ResultSetHandler、StatementHandler和Executor，四大对象贯穿了整个框架的执行过程，四大对象的主要作用为：
ParameterHandler：设置预编译参数
ResultSetHandler：处理SQL的返回结果集
StatementHandler：处理sql语句预编译，设置参数等相关工作
Executor：MyBatis的执行器，用于执行增删改查操作
2.2 从源码解读MyBatis的一次查询过程
首先给出复现问题的代码以及相应的准备过程
2.2.1 数据准备
CREATE TABLE `student` ( `id` bigint(20) NOT NULL AUTO_INCREMENT, `student_name` varchar(255) NULL DEFAULT NULL, `age` int(11) NULL DEFAULT NULL, PRIMARY KEY (`id`) USING BTREE) ENGINE = InnoDB AUTO_INCREMENT = 1;
-- ------------------------------ Records of student-- ----------------------------INSERT INTO `student` VALUES (1, 'lct', 1);INSERT INTO `student` VALUES (2, 'lct2', 2);2.2.2 代码准备
1.mapper配置文件
<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?><!DOCTYPE mapper PUBLIC "-//mybatis.org//DTD Mapper 3.0//EN" "http://mybatis.org/dtd/mybatis-3-mapper.dtd" >
<mapper namespace="mybatis.StudentDao"> <!-- 映射关系 --> <resultMap id="resultMap" type="mybatis.Student"> <id column="id" property="id" jdbcType="BIGINT" /> <result column="student_name" property="studentName" jdbcType="VARCHAR" /> <result column="age" property="age" jdbcType="INTEGER" />
</resultMap>
<select id="queryStudents" parameterType="mybatis.StudentCondition" resultMap="resultMap">
select * from student <where> <if test="studentNames != null and studentNames.size > 0 "> AND student_name IN <foreach collection="studentNames" item="studentName" open="(" separator="," close=")"> #{studentName, jdbcType=VARCHAR} </foreach> </if>
<if test="studentName != null and studentName != '' "> AND student_name = #{studentName, jdbcType=VARCHAR} </if> </where> </select>
</mapper>2.示例代码
public static void main(String[] args) throws IOException { String resource = "mybatis-config.xml"; InputStream inputStream = Resources.getResourceAsStream(resource); //1.获取SqlSessionFactory对象 SqlSessionFactory sqlSessionFactory = new SqlSessionFactoryBuilder().build(inputStream); //2.获取对象 SqlSession sqlSession = sqlSessionFactory.openSession(); //3.获取接口的代理类对象 StudentDao mapper = sqlSession.getMapper(StudentDao.class); StudentCondition condition = new StudentCondition(); List<String> studentNames = new LinkedList<>(); studentNames.add("lct"); studentNames.add("lct2"); condition.setStudentNames(studentNames); //执行方法 List<Student> students = mapper.queryStudents(condition); }2.2.3 查询过程分析
1.SqlSessionFactory的构建
先看SqlSessionFactory的对象的创建过程
//1.获取SqlSessionFactory对象SqlSessionFactory sqlSessionFactory = new SqlSessionFactoryBuilder().build(inputStream);代码中首先通过调用SqlSessionFactoryBuilder中的build方法来获取对象，进入build方法
public SqlSessionFactory build(InputStream inputStream) { return build(inputStream, null, null); }调用自身的build方法
图1 build方法自身调用调试图例
在这个方法里会创建一个XMLConfigBuilder的对象，用来解析传入的MyBatis的配置文件，然后调用parse方法进行解析
图2 parse解析入参调试图例
在这个方法中，会从MyBatis的配置文件的根目录中获取xml的内容，其中parser这个对象是一个XPathParser的对象，这个是专门用来解析xml文件的，具体怎么从xml文件中获取到各个节点这里不再进行讲解。这里可以看到解析配置文件是从configuration这个节点开始的，在MyBatis的配置文件中这个节点也是根节点
<?xml version="1.0" encoding="UTF-8" ?><!DOCTYPE configuration PUBLIC "-//mybatis.org//DTD Config 3.0//EN" "http://mybatis.org/dtd/mybatis-3-config.dtd"><configuration>
<properties> <property name="dialect" value="MYSQL" /> <!-- SQL方言 --> </properties>然后将解析好的xml文件传入parseConfiguration方法中，在这个方法中会获取在配置文件中的各个节点的配置 图3 解析配置调试图例
以获取mappers节点的配置来看具体的解析过程
<mappers> <mapper resource="mappers/StudentMapper.xml"/> </mappers>进入mapperElement方法 mapperElement(root.evalNode("mappers"));图4 mapperElement方法调试图例
看到MyBatis还是通过创建一个XMLMapperBuilder对象来对mappers节点进行解析，在parse方法中
public void parse() { if (!configuration.isResourceLoaded(resource)) { configurationElement(parser.evalNode("/mapper")); configuration.addLoadedResource(resource); bindMapperForNamespace(); }
parsePendingResultMaps(); parsePendingCacheRefs(); parsePendingStatements();}通过调用configurationElement方法来解析配置的每一个mapper文件
private void configurationElement(XNode context) { try { String namespace = context.getStringAttribute("namespace"); if (namespace == null || namespace.equals("")) { throw new BuilderException("Mapper's namespace cannot be empty"); } builderAssistant.setCurrentNamespace(namespace); cacheRefElement(context.evalNode("cache-ref")); cacheElement(context.evalNode("cache")); parameterMapElement(context.evalNodes("/mapper/parameterMap")); resultMapElements(context.evalNodes("/mapper/resultMap")); sqlElement(context.evalNodes("/mapper/sql")); buildStatementFromContext(context.evalNodes("select|insert|update|delete")); } catch (Exception e) { throw new BuilderException("Error parsing Mapper XML. Cause: " + e, e); }}以解析mapper中的增删改查的标签来看看是如何解析一个mapper文件的
进入buildStatementFromContext方法
private void buildStatementFromContext(List<XNode> list, String requiredDatabaseId) { for (XNode context : list) { final XMLStatementBuilder statementParser = new XMLStatementBuilder(configuration, builderAssistant, context, requiredDatabaseId); try { statementParser.parseStatementNode(); } catch (IncompleteElementException e) { configuration.addIncompleteStatement(statementParser); } }}可以看到MyBatis还是通过创建一个XMLStatementBuilder对象来对增删改查节点进行解析，通过调用这个对象的parseStatementNode方法，在这个方法里会获取到配置在这个标签下的所有配置信息，然后进行设置
图5 parseStatementNode方法调试图例
解析完成以后，通过方法addMappedStatement将所有的配置都添加到一个MappedStatement中去，然后再将mappedstatement添加到configuration中去
builderAssistant.addMappedStatement(id, sqlSource, statementType, sqlCommandType, fetchSize, timeout, parameterMap, parameterTypeClass, resultMap, resultTypeClass, resultSetTypeEnum, flushCache, useCache, resultOrdered, keyGenerator, keyProperty, keyColumn, databaseId, langDriver, resultSets);图6 增加解析完成的mapper方法调试图例
可以看到一个mappedstatement中包含了一个增删改查标签的详细信息
图7 mappedstatement对象方法调试图例
而一个configuration就包含了所有的配置信息，其中mapperRegistertry和mappedStatements
图8 config对象方法调试图例
具体的流程
图9 SqlSessionFactory对象的构建过程
2.SqlSession的创建过程
SqlSessionFactory创建完成以后，接下来看看SqlSession的创建过程
SqlSession sqlSession = sqlSessionFactory.openSession();首先会调用DefaultSqlSessionFactory的openSessionFromDataSource方法
@Overridepublic SqlSession openSession() { return openSessionFromDataSource(configuration.getDefaultExecutorType(), null, false);}在这个方法中，首先会从configuration中获取DataSource等属性组成对象Environment，利用Environment内的属性构建一个事务对象TransactionFactory
private SqlSession openSessionFromDataSource(ExecutorType execType, TransactionIsolationLevel level, boolean autoCommit) { Transaction tx = null; try { final Environment environment = configuration.getEnvironment(); final TransactionFactory transactionFactory = getTransactionFactoryFromEnvironment(environment); tx = transactionFactory.newTransaction(environment.getDataSource(), level, autoCommit); final Executor executor = configuration.newExecutor(tx, execType); return new DefaultSqlSession(configuration, executor, autoCommit); } catch (Exception e) { closeTransaction(tx); // may have fetched a connection so lets call close() throw ExceptionFactory.wrapException("Error opening session. Cause: " + e, e); } finally { ErrorContext.instance().reset(); }}事务创建完成以后开始创建Executor对象，Executor对象的创建是根据 executorType创建的，默认是SIMPLE类型的，没有配置的情况下创建了SimpleExecutor，如果开启二级缓存的话，则会创建CachingExecutor
public Executor newExecutor(Transaction transaction, ExecutorType executorType) { executorType = executorType == null ? defaultExecutorType : executorType; executorType = executorType == null ? ExecutorType.SIMPLE : executorType; Executor executor; if (ExecutorType.BATCH == executorType) { executor = new BatchExecutor(this, transaction); } else if (ExecutorType.REUSE == executorType) { executor = new ReuseExecutor(this, transaction); } else { executor = new SimpleExecutor(this, transaction); } if (cacheEnabled) { executor = new CachingExecutor(executor); } executor = (Executor) interceptorChain.pluginAll(executor); return executor;}创建executor以后，会执行executor = (Executor) interceptorChain.pluginAll(executor)方法，这个方法对应的含义是使用每一个拦截器包装并返回executor，最后调用DefaultSqlSession方法创建SqlSession
图10 SqlSession对象的创建过程
3.Mapper的获取过程
有了SqlSessionFactory和SqlSession以后，就需要获取对应的Mapper，并执行mapper中的方法
StudentDao mapper = sqlSession.getMapper(StudentDao.class);在第一步中知道所有的mapper都放在MapperRegistry这个对象中，因此通过调用org.apache.ibatis.binding.MapperRegistry#getMapper方法来获取对应的mapper
public <T> T getMapper(Class<T> type, SqlSession sqlSession) { final MapperProxyFactory<T> mapperProxyFactory = (MapperProxyFactory<T>) knownMappers.get(type); if (mapperProxyFactory == null) { throw new BindingException("Type " + type + " is not known to the MapperRegistry."); } try { return mapperProxyFactory.newInstance(sqlSession); } catch (Exception e) { throw new BindingException("Error getting mapper instance. Cause: " + e, e); }}在MyBatis中，所有的mapper对应的都是一个代理类，获取到mapper对应的代理类以后执行newInstance方法，获取到对应的实例，这样就可以通过这个实例进行方法的调用
public class MapperProxyFactory<T> {
private final Class<T> mapperInterface; private final Map<Method, MapperMethod> methodCache = new ConcurrentHashMap<Method, MapperMethod>();
public MapperProxyFactory(Class<T> mapperInterface) { this.mapperInterface = mapperInterface; }
public Class<T> getMapperInterface() { return mapperInterface; }
public Map<Method, MapperMethod> getMethodCache() { return methodCache; }
@SuppressWarnings("unchecked") protected T newInstance(MapperProxy<T> mapperProxy) { return (T) Proxy.newProxyInstance(mapperInterface.getClassLoader(), new Class[] { mapperInterface }, mapperProxy); }
public T newInstance(SqlSession sqlSession) { final MapperProxy<T> mapperProxy = new MapperProxy<T>(sqlSession, mapperInterface, methodCache); return newInstance(mapperProxy); }
}获取mapper的流程为
图11 Mapper的获取过程
4.查询过程
获取到mapper以后，就可以调用具体的方法
//执行方法List<Student> students = mapper.queryStudents(condition);首先会调用org.apache.ibatis.binding.MapperProxy#invoke的方法，在这个方法中，会调用org.apache.ibatis.binding.MapperMethod#execute
public Object execute(SqlSession sqlSession, Object[] args) { Object result; switch (command.getType()) { case INSERT: { Object param = method.convertArgsToSqlCommandParam(args); result = rowCountResult(sqlSession.insert(command.getName(), param)); break; } case UPDATE: { Object param = method.convertArgsToSqlCommandParam(args); result = rowCountResult(sqlSession.update(command.getName(), param)); break; } case DELETE: { Object param = method.convertArgsToSqlCommandParam(args); result = rowCountResult(sqlSession.delete(command.getName(), param)); break; } case SELECT: if (method.returnsVoid() && method.hasResultHandler()) { executeWithResultHandler(sqlSession, args); result = null; } else if (method.returnsMany()) { result = executeForMany(sqlSession, args); } else if (method.returnsMap()) { result = executeForMap(sqlSession, args); } else if (method.returnsCursor()) { result = executeForCursor(sqlSession, args); } else { Object param = method.convertArgsToSqlCommandParam(args); result = sqlSession.selectOne(command.getName(), param); } break; case FLUSH: result = sqlSession.flushStatements(); break; default: throw new BindingException("Unknown execution method for: " + command.getName()); } if (result == null && method.getReturnType().isPrimitive() && !method.returnsVoid()) { throw new BindingException("Mapper method '" + command.getName() + " attempted to return null from a method with a primitive return type (" + method.getReturnType() + ")."); } return result;}首先根据SQL的类型增删改查决定执行哪个方法，在此执行的是SELECT方法，在SELECT中根据方法的返回值类型决定执行哪个方法，可以看到在select中没有selectone单独方法，都是通过selectList方法，通过调用org.apache.ibatis.session.defaults.DefaultSqlSession#selectList(java.lang.String, java.lang.Object)方法来获取到数据
@Overridepublic <E> List<E> selectList(String statement, Object parameter, RowBounds rowBounds) { try { MappedStatement ms = configuration.getMappedStatement(statement); return executor.query(ms, wrapCollection(parameter), rowBounds, Executor.NO_RESULT_HANDLER); } catch (Exception e) { throw ExceptionFactory.wrapException("Error querying database. Cause: " + e, e); } finally { ErrorContext.instance().reset(); }}在selectList中，首先从configuration对象中获取MappedStatement,在statement中包含了Mapper的相关信息，然后调用org.apache.ibatis.executor.CachingExecutor#query()方法
图12 query()方法调试图示
在这个方法中，首先对SQL进行解析根据入参和原始SQL，对SQL进行拼接
图13 SQL拼接过程代码图示
调用MapperedStatement里的getBoundSql最终解析出来的SQL为
图14 SQL拼接过程结果图示
接下来调用org.apache.ibatis.parsing.GenericTokenParser#parse对解析出来的SQL进行解析
图15 SQL解析过程图示
最终解析的结果为
图16 SQL解析结果图示
最后会调用SimpleExecutor中的doQuery方法，在这个方法中，会获取StatementHandler，然后调用org.apache.ibatis.executor.statement.PreparedStatementHandler#parameterize这个方法进行参数和SQL的处理，最后调用statement的execute方法获取到结果集，然后 利用resultHandler对结进行处理
图17 SQL处理结果图示
查询的主要流程为
图18 查询流程处理图示
5.查询流程总结
总结整个查询流程如下
图19 查询流程抽象
2.3 场景问题原因及解决方案
2.3.1 个人排查
这个问bug出现的地方在于绑定SQL参数的时候再源码中位置为
@Override public <E> List<E> query(MappedStatement ms, Object parameter, RowBounds rowBounds, ResultHandler resultHandler) throws SQLException { BoundSql boundSql = ms.getBoundSql(parameter); CacheKey key = createCacheKey(ms, parameter, rowBounds, boundSql); return query(ms, parameter, rowBounds, resultHandler, key, boundSql);}由于所写的SQL是一个动态绑定参数的SQL，因此最终会走到org.apache.ibatis.scripting.xmltags.DynamicSqlSource#getBoundSql这个方法中去
public BoundSql getBoundSql(Object parameterObject) { BoundSql boundSql = sqlSource.getBoundSql(parameterObject); List<ParameterMapping> parameterMappings = boundSql.getParameterMappings(); if (parameterMappings == null || parameterMappings.isEmpty()) { boundSql = new BoundSql(configuration, boundSql.getSql(), parameterMap.getParameterMappings(), parameterObject); }
// check for nested result maps in parameter mappings (issue #30) for (ParameterMapping pm : boundSql.getParameterMappings()) { String rmId = pm.getResultMapId(); if (rmId != null) { ResultMap rm = configuration.getResultMap(rmId); if (rm != null) { hasNestedResultMaps |= rm.hasNestedResultMaps(); } } }
return boundSql;}在这个方法中，会调用 rootSqlNode.apply(context)方法，由于这个标签是一个foreach标签，因此这个apply方法会调用到org.apache.ibatis.scripting.xmltags.ForEachSqlNode#apply这个方法中去
@Overridepublic boolean apply(DynamicContext context) { Map<String, Object> bindings = context.getBindings(); final Iterable<?> iterable = evaluator.evaluateIterable(collectionExpression, bindings); if (!iterable.iterator().hasNext()) { return true; } boolean first = true; applyOpen(context); int i = 0; for (Object o : iterable) { DynamicContext oldContext = context; if (first) { context = new PrefixedContext(context, ""); } else if (separator != null) { context = new PrefixedContext(context, separator); } else { context = new PrefixedContext(context, ""); } int uniqueNumber = context.getUniqueNumber(); // Issue #709 if (o instanceof Map.Entry) { @SuppressWarnings("unchecked") Map.Entry<Object, Object> mapEntry = (Map.Entry<Object, Object>) o; applyIndex(context, mapEntry.getKey(), uniqueNumber); applyItem(context, mapEntry.getValue(), uniqueNumber); } else { applyIndex(context, i, uniqueNumber); applyItem(context, o, uniqueNumber); } contents.apply(new FilteredDynamicContext(configuration, context, index, item, uniqueNumber)); if (first) { first = !((PrefixedContext) context).isPrefixApplied(); } context = oldContext; i++; } applyClose(context); return true;}当调用appItm方法的时候将参数进行绑定，参数的变量问题都会存在bindings这个参数中区
private void applyItem(DynamicContext context, Object o, int i) { if (item != null) { context.bind(item, o); context.bind(itemizeItem(item, i), o); }}进行绑定参数的时候，绑定完成foreach的方法的时候，可以看到bindings中不止绑定了foreach中的两个参数还额外有一个参数名字studentName->lct2,也就是说最后一个参数也是会出现在bindings这个参数中的，
private void applyItem(DynamicContext context, Object o, int i) { if (item != null) { context.bind(item, o); context.bind(itemizeItem(item, i), o); }}图20 参数绑定过程
最后判定
org.apache.ibatis.scripting.xmltags.IfSqlNode#apply
@Overridepublic boolean apply(DynamicContext context) { if (evaluator.evaluateBoolean(test, context.getBindings())) { contents.apply(context); return true; } return false;}
可以看到在调用evaluateBoolean方法的时候会把context.getBindings()就是前边提到的bindings参数传入进去，因为现在这个参数中有一个studentName,因此在使用Ognl表达式的时候，判定为这个if标签是有值的因此将这个标签进行了解析
图21 单个参数绑定过程
最终绑定的结果为
图22 全部参数绑定过程
因此这个地方绑定参数的地方是有问题的，至此找出了问题的所在。
2.3.2 官方解释
翻阅MyBatis官方文档进行求证，发现在3.4.5版本发行中bug fixes中有这样一句
图23 此问题官方修复github记录
修复了foreach版本中对于全局变量context的修改的bug
issue地址为https://github.com/mybatis/mybatis-3/pull/966
修复方案为https://github.com/mybatis/mybatis-3/pull/966/commits/84513f915a9dcb97fc1d602e0c06e11a1eef4d6a
可以看到官方给出的修改方案，重新定义了一个对象，分别存储全局变量和局部变量，这样就会解决foreach会改变全局变量的问题。
图24 此问题官方修复代码示例
2.3.3 修复方案
升级MyBatis版本至3.4.5以上
如果保持版本不变的话，在foreach中定义的变量名不要和外部的一致
03 源码阅读过程总结
理解，首先 MCube 会依据模板缓存状态判断是否需要网络获取最新模板，当获取到模板后进行模板加载，加载阶段会将产物转换为视图树的结构，转换完成后将通过表达式引擎解析表达式并取得正确的值，通过事件解析引擎解析用户自定义事件并完成事件的绑定，完成解析赋值以及事件绑定后进行视图的渲染，最终将目标页面展示到屏幕。
图25 MyBatis代码结构图
组合模式：如ChooseSqlNode，IfSqlNode等
模板方法模式：例如BaseExecutor和SimpleExecutor，还有BaseTypeHandler和所有的子类例如IntegerTypeHandler
Builder模式：例如 SqlSessionFactoryBuilder、XMLConfigBuilder、XMLMapperBuilder、XMLStatementBuilder、CacheBuilder
工厂模式：例如SqlSessionFactory、ObjectFactory、MapperProxyFactory
代理模式：MyBatis实现的核心，比如MapperProxy、ConnectionLogger
04 文档参考
04 文档参考
https://mybatis.org/mybatis-3/zh/index.html
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