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Spring IoC容器的依赖注入

简介: 初始化的过程,主要完成的工作是在容器中建立 BeanDefinition 数据映射,并没有看到容器对Bean依赖关系进行注入 假设当前IoC容器已经载入用户定义的Bean信息,依赖注入主要发生在两个阶段 正常情况下,由用户第一次向IoC容器索要Bea...
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初始化的过程,主要完成的工作是在容器中建立 BeanDefinition 数据映射,并没有看到容器对Bean依赖关系进行注入

假设当前IoC容器已经载入用户定义的Bean信息,依赖注入主要发生在两个阶段

  • 正常情况下,由用户第一次向IoC容器索要Bean时触发
  • 但我们可以在 BeanDefinition 信息中通过控制 lazy-init 属性来让容器完成对Bean的预实例化,即在初始化的过程中就完成某些Bean的依赖注入的过程

1 getBean触发的依赖注入

BeanFactory 是最原始的 ioc 容器,有以下方法 1.getBean2.判断是否有 Bean,containsBean3.判断是否单例 isSingleton。

BeanFactory 只是对 ioc 容器最基本行为作了定义,而不关心 Bean 是怎样定义和加载的。如果我们想要知道一个工厂具体产生对象的过程,则要看这个接口的实现类。

在基本的容器接口 BeanFactory 中,有一个 getBean接口,这个接口的实现就是触发依赖注入发生的地方.
为了进一步了解这个依赖注入的过程,我们从 DefaultListableBeanFactory的基类AbstractBeanFactory入手去看看getBean的实现

    // 这里是对 BeanFactory 接口的实现,比如getBean接口方法
    //这些getBean接口方法最终是通过调用doGetBean来实现的
    public <T> T getBean(String name, Class<T> requiredType, Object... args) throws BeansException {
        return doGetBean(name, requiredType, args, false);
    }

        //这里是实际取得Bean的地方,也就是触发依赖注入发生的地方
    @SuppressWarnings("unchecked")
    protected <T> T doGetBean(
            final String name, final Class<T> requiredType, final Object[] args, boolean typeCheckOnly)
            throws BeansException {

        final String beanName = transformedBeanName(name);
        Object bean;

                //急切地检查单例模式缓存手动注册的单例
                //先从缓存中取得Bean,处理那些已经被创建过的单例Bean,这种Bean不要重复创建
        Object sharedInstance = getSingleton(beanName);
        if (sharedInstance != null && args == null) {
            if (logger.isDebugEnabled()) {
                if (isSingletonCurrentlyInCreation(beanName)) {
                    logger.debug("Returning eagerly cached instance of singleton bean '" + beanName +
                            "' that is not fully initialized yet - a consequence of a circular reference");
                }
                else {
                    logger.debug("Returning cached instance of singleton bean '" + beanName + "'");
                }
            }
                        //这里的getObjectForBeanInstance完成的是FactoryBean的相关处理,以取得FactoryBean的相关处理,以取得FactoryBean的生产结果,BeanFactory和FactoryBean的区别已在前面讲过,这个过程在后面还会详细地分析
            bean = getObjectForBeanInstance(sharedInstance, name, beanName, null);
        }

        else {
            // Fail if we're already creating this bean instance:
            // We're assumably within a circular reference.
            if (isPrototypeCurrentlyInCreation(beanName)) {
                throw new BeanCurrentlyInCreationException(beanName);
            }

            // 检查IoC容器中的BeanDefinition是否存在,若在当前工厂不存在则去顺着双亲BeanFactory链一直向上找
            BeanFactory parentBeanFactory = getParentBeanFactory();
            if (parentBeanFactory != null && !containsBeanDefinition(beanName)) {
                // Not found -> check parent.
                String nameToLookup = originalBeanName(name);
                if (args != null) {
                    // Delegation to parent with explicit args.
                    return (T) parentBeanFactory.getBean(nameToLookup, args);
                }
                else {
                    // No args -> delegate to standard getBean method.
                    return parentBeanFactory.getBean(nameToLookup, requiredType);
                }
            }

            if (!typeCheckOnly) {
                markBeanAsCreated(beanName);
            }

            try {
                //根据Bean的名字取得BeanDefinition  
                final RootBeanDefinition mbd = getMergedLocalBeanDefinition(beanName);
                checkMergedBeanDefinition(mbd, beanName, args);

                // Guarantee initialization of beans that the current bean depends on.
                //递归获得当前Bean依赖的所有Bean(如果有的话)
                String[] dependsOn = mbd.getDependsOn();
                if (dependsOn != null) {
                    for (String dep : dependsOn) {
                        if (isDependent(beanName, dep)) {
                            throw new BeanCreationException(mbd.getResourceDescription(), beanName,
                                    "Circular depends-on relationship between '" + beanName + "' and '" + dep + "'");
                        }
                        registerDependentBean(dep, beanName);
                        getBean(dep);
                    }
                }

                                //通过调用createBean方法创建Singleton bean实例
                if (mbd.isSingleton()) {
                    sharedInstance = getSingleton(beanName, new ObjectFactory<Object>() {
                        @Override
                        public Object getObject() throws BeansException {
                            try {
                                return createBean(beanName, mbd, args);
                            }
                            catch (BeansException ex) {
                                // Explicitly remove instance from singleton cache: It might have been put there
                                // eagerly by the creation process, to allow for circular reference resolution.
                                // Also remove any beans that received a temporary reference to the bean.
                                destroySingleton(beanName);
                                throw ex;
                            }
                        }
                    });
                    bean = getObjectForBeanInstance(sharedInstance, name, beanName, mbd);
                }
                                //这里是创建prototype bean的地方
                else if (mbd.isPrototype()) {
                    // It's a prototype -> create a new instance.
                    Object prototypeInstance = null;
                    try {
                        beforePrototypeCreation(beanName);
                        prototypeInstance = createBean(beanName, mbd, args);
                    }
                    finally {
                        afterPrototypeCreation(beanName);
                    }
                    bean = getObjectForBeanInstance(prototypeInstance, name, beanName, mbd);
                }

                else {
                    String scopeName = mbd.getScope();
                    final Scope scope = this.scopes.get(scopeName);
                    if (scope == null) {
                        throw new IllegalStateException("No Scope registered for scope name '" + scopeName + "'");
                    }
                    try {
                        Object scopedInstance = scope.get(beanName, new ObjectFactory<Object>() {
                            @Override
                            public Object getObject() throws BeansException {
                                beforePrototypeCreation(beanName);
                                try {
                                    return createBean(beanName, mbd, args);
                                }
                                finally {
                                    afterPrototypeCreation(beanName);
                                }
                            }
                        });
                        bean = getObjectForBeanInstance(scopedInstance, name, beanName, mbd);
                    }
                    catch (IllegalStateException ex) {
                        throw new BeanCreationException(beanName,
                                "Scope '" + scopeName + "' is not active for the current thread; consider " +
                                "defining a scoped proxy for this bean if you intend to refer to it from a singleton",
                                ex);
                    }
                }
            }
            catch (BeansException ex) {
                cleanupAfterBeanCreationFailure(beanName);
                throw ex;
            }
        }

        // Check if required type matches the type of the actual bean instance.
                // 这里对创建的Bean进行类型检查,如果没有问题,就返回这个新创建的Bean,这个Bean已经是包含了依赖关系的Bean
        if (requiredType != null && bean != null && !requiredType.isAssignableFrom(bean.getClass())) {
            try {
                return getTypeConverter().convertIfNecessary(bean, requiredType);
            }
            catch (TypeMismatchException ex) {
                if (logger.isDebugEnabled()) {
                    logger.debug("Failed to convert bean '" + name + "' to required type '" +
                            ClassUtils.getQualifiedName(requiredType) + "'", ex);
                }
                throw new BeanNotOfRequiredTypeException(name, requiredType, bean.getClass());
            }
        }
        return (T) bean;
    }

依赖注入就是在这里被触发的.
而依赖注入的发生是在容器中的BeanDefinition数据已经建立好的前提下进行的.
虽然我们可以用最简单的方式来描述容器,那就是视其为一个HashMap,但只能说这个HashMap是容器的最基本的数据结构,而不是IoC容器的全部

关于依赖注入过程会在下面详解

img_63535f63cb29e823169562ec4c5aea27.png
图1.1 依赖注入的过程

getBean是依赖注入的起点,之后会调用AbstractAutowireCapableBeanFactory中的createBean来生产需要的Bean,还对Bean初始化进行了处理,比如实现了在BeanDefinition中的init-method属性定义,Bean后置处理器等.
下面通过createBean代码了解这个过程

    @Override 
    protected Object createBean(String beanName, RootBeanDefinition mbd, Object[] args) throws BeanCreationException {
        if (logger.isDebugEnabled()) {
            logger.debug("Creating instance of bean '" + beanName + "'");
        }
        RootBeanDefinition mbdToUse = mbd;

        // Make sure bean class is actually resolved at this point, and
        // clone the bean definition in case of a dynamically resolved Class
        // which cannot be stored in the shared merged bean definition.
                //这里判断需要创建的Bean是否可以被实例化,这个类是否可以通过类加载器来载入
        Class<?> resolvedClass = resolveBeanClass(mbd, beanName);
        if (resolvedClass != null && !mbd.hasBeanClass() && mbd.getBeanClassName() != null) {
            mbdToUse = new RootBeanDefinition(mbd);
            mbdToUse.setBeanClass(resolvedClass);
        }

        // Prepare method overrides.
        try {
            mbdToUse.prepareMethodOverrides();
        }
        catch (BeanDefinitionValidationException ex) {
            throw new BeanDefinitionStoreException(mbdToUse.getResourceDescription(),
                    beanName, "Validation of method overrides failed", ex);
        }

        try {
            // Give BeanPostProcessors a chance to return a proxy instead of the target bean instance.
                       //如果Bean配置了PostProcessor,那么这里返回的是一个Proxy
            Object bean = resolveBeforeInstantiation(beanName, mbdToUse);
            if (bean != null) {
                return bean;
            }
        }
        catch (Throwable ex) {
            throw new BeanCreationException(mbdToUse.getResourceDescription(), beanName,
                    "BeanPostProcessor before instantiation of bean failed", ex);
        }

        try {
            Object beanInstance = doCreateBean(beanName, mbdToUse, args);
            if (logger.isDebugEnabled()) {
                logger.debug("Finished creating instance of bean '" + beanName + "'");
            }
            return beanInstance;
        }
        catch (BeanCreationException ex) {
            // A previously detected exception with proper bean creation context already...
            throw ex;
        }
        catch (ImplicitlyAppearedSingletonException ex) {
            // An IllegalStateException to be communicated up to DefaultSingletonBeanRegistry...
            throw ex;
        }
        catch (Throwable ex) {
            throw new BeanCreationException(
                    mbdToUse.getResourceDescription(), beanName, "Unexpected exception during bean creation", ex);
        }
    }



    //接着到doCreate中去看看Bean是怎样生成的
    protected Object doCreateBean(final String beanName, final RootBeanDefinition mbd, final Object[] args) {
        // Instantiate the bean.
                //用来持有创建出来的Bean对象
        BeanWrapper instanceWrapper = null;
                //如果是单例,则先把缓存中的同名Bean清除
        if (mbd.isSingleton()) {
            instanceWrapper = this.factoryBeanInstanceCache.remove(beanName);
        }
                //这里是创建Bean的地方,由createBeanInstance来完成
        if (instanceWrapper == null) {
                       //根据指定bean使用对应的策略创建新的实例,如:工厂方法,构造函数自动注入,简单初始化
            instanceWrapper =  createBeanInstance(beanName, mbd, args);
        }
        final Object bean = (instanceWrapper != null ? instanceWrapper.getWrappedInstance() : null);
        Class<?> beanType = (instanceWrapper != null ? instanceWrapper.getWrappedClass() : null);

        // Allow post-processors to modify the merged bean definition.
        synchronized (mbd.postProcessingLock) {
            if (!mbd.postProcessed) {
                applyMergedBeanDefinitionPostProcessors(mbd, beanType, beanName);
                mbd.postProcessed = true;
            }
        }

        // Eagerly cache singletons to be able to resolve circular references
        // even when triggered by lifecycle interfaces like BeanFactoryAware.
                //是否需要提前曝光:单例&允许循环依赖&当前bean正在创建中,检测循环依赖
        boolean earlySingletonExposure = (mbd.isSingleton() && this.allowCircularReferences &&
                isSingletonCurrentlyInCreation(beanName));
        if (earlySingletonExposure) {
            if (logger.isDebugEnabled()) {
                logger.debug("Eagerly caching bean '" + beanName +
                        "' to allow for resolving potential circular references");
            }
                       //为避免后期循环依赖,可以在bean初始化完成前将创建实例的ObjectFactory加入工厂
            addSingletonFactory(beanName, new ObjectFactory<Object>() {
                @Override
                public Object getObject() throws BeansException {
                                        //对bean再次依赖引用,主要应用SMartInstantialiationAware BeanPostProcessor,
                                       //其中我们熟知的AOP就是在这里将advice动态织入bean中,若无则直接返回bean,不做任何处理
                    return getEarlyBeanReference(beanName, mbd, bean);
                }
            });
        }

        // Initialize the bean instance.
                //这里是对Bean的初始化,依赖注入往往在这里发生,这个exposedObject在初始化处理完后悔返回作为依赖注入完成后的Bean
        Object exposedObject = bean;
        try {
                       //对bean进行填充,将各个属性值注入,其中可能存在依赖于其他bean的属性,则会递归初始化依赖bean
            populateBean(beanName, mbd, instanceWrapper);
            if (exposedObject != null) {
                                //调用初始化方法,比如init-method
                exposedObject = initializeBean(beanName, exposedObject, mbd);
            }
        }
        catch (Throwable ex) {
            if (ex instanceof BeanCreationException && beanName.equals(((BeanCreationException) ex).getBeanName())) {
                throw (BeanCreationException) ex;
            }
            else {
                throw new BeanCreationException(mbd.getResourceDescription(), beanName, "Initialization of bean failed", ex);
            }
        }

        if (earlySingletonExposure) {
            Object earlySingletonReference = getSingleton(beanName, false);
                        // earlySingletonReference 只有在检测到有循环依赖的情况下才会非空
            if (earlySingletonReference != null) {
                if (exposedObject == bean) {
                                        //如果exposedObject 没有在初始化方法中被改变,也就是没有被增强
                    exposedObject = earlySingletonReference;
                }
                else if (!this.allowRawInjectionDespiteWrapping && hasDependentBean(beanName)) {
                    String[] dependentBeans = getDependentBeans(beanName);
                    Set<String> actualDependentBeans = new LinkedHashSet<String>(dependentBeans.length);
                    for (String dependentBean : dependentBeans) {
                                               //检测依赖
                        if (!removeSingletonIfCreatedForTypeCheckOnly(dependentBean)) {
                            actualDependentBeans.add(dependentBean);
                        }
                    }
                                        //因为bean创建后其所依赖的bean一定是已经创建的,actualDependentBeans非空则表示当前bean创建后其依赖的bean却没有全部创建完,也就是说存在循环依赖
                    if (!actualDependentBeans.isEmpty()) {
                        throw new BeanCurrentlyInCreationException(beanName,
                                "Bean with name '" + beanName + "' has been injected into other beans [" +
                                StringUtils.collectionToCommaDelimitedString(actualDependentBeans) +
                                "] in its raw version as part of a circular reference, but has eventually been " +
                                "wrapped. This means that said other beans do not use the final version of the " +
                                "bean. This is often the result of over-eager type matching - consider using " +
                                "'getBeanNamesOfType' with the 'allowEagerInit' flag turned off, for example.");
                    }
                }
            }
        }
           // Register bean as disposable.
        try {
                        //根据scope注册bean
            registerDisposableBeanIfNecessary(beanName, bean, mbd);
        }
        catch (BeanDefinitionValidationException ex) {
            throw new BeanCreationException(mbd.getResourceDescription(), beanName, "Invalid destruction signature", ex);
        }

        return exposedObject;
    }

依赖注入其实包括两个主要过程

  • 生产Bean所包含的Java对象
  • Bean对象生成之后,把这些Bean对象的依赖关系设置好

我们从上可以看到与依赖注入关系特别密切的方法有

  • createBeanInstance
    生成Bean包含的Java对象
  • populateBean.
    处理对各种Bean对象的属性进行处理的过程(即依赖关系处理的过程)

先来看 createBeanInstance源码

    /**
     * Create a new instance for the specified bean, using an appropriate instantiation strategy:
     * factory method, constructor autowiring, or simple instantiation. 
     */
    protected BeanWrapper createBeanInstance(String beanName, RootBeanDefinition mbd, Object[] args) {
                // 确认需要创建的Bean实例的类可以实例化
        Class<?> beanClass = resolveBeanClass(mbd, beanName);

        if (beanClass != null && !Modifier.isPublic(beanClass.getModifiers()) && !mbd.isNonPublicAccessAllowed()) {
            throw new BeanCreationException(mbd.getResourceDescription(), beanName,
                    "Bean class isn't public, and non-public access not allowed: " + beanClass.getName());
        }

        Supplier<?> instanceSupplier = mbd.getInstanceSupplier();
        if (instanceSupplier != null) {
            return obtainFromSupplier(instanceSupplier, beanName);
        }
                //若工厂方法非空,则使用工厂方法策略对Bean进行实例化
        if (mbd.getFactoryMethodName() != null)  {
            return instantiateUsingFactoryMethod(beanName, mbd, args);
        }

        // Shortcut when re-creating the same bean...
        boolean resolved = false;
        boolean autowireNecessary = false;
        if (args == null) {
            synchronized (mbd.constructorArgumentLock) {
                                //一个类有多个构造函数,每个构造函数都有不同的参数,所以调用前需要先根据参数锁定构造函数或对应的工厂方法
                if (mbd.resolvedConstructorOrFactoryMethod != null) {
                    resolved = true;
                    autowireNecessary = mbd.constructorArgumentsResolved;
                }
            }
        }
                //如果已经解析过则使用解析好的构造函数方法不需要再次锁定
        if (resolved) {
            if (autowireNecessary) {
                                //构造函数自动注入
                return autowireConstructor(beanName, mbd, null, null);
            }
            else {
                               //使用默认构造函数构造
                return instantiateBean(beanName, mbd);
            }
        }

                 // 使用构造函数对Bean进行实例化
        Constructor<?>[] ctors = determineConstructorsFromBeanPostProcessors(beanClass, beanName);
        if (ctors != null ||
                mbd.getResolvedAutowireMode() == RootBeanDefinition.AUTOWIRE_CONSTRUCTOR ||
                mbd.hasConstructorArgumentValues() || !ObjectUtils.isEmpty(args))  {
            return autowireConstructor(beanName, mbd, ctors, args);
        }

        // No special handling: simply use no-arg constructor.
               //使用默认的构造函数对Bean进行实例化
        return instantiateBean(beanName, mbd);
    }

        //最常见的实例化过程instantiateBean
    protected BeanWrapper instantiateBean(final String beanName, final RootBeanDefinition mbd) {
                 //使用默认的实例化策略对Bean进行实例化,默认的实例化策略是
       //CglibSubclassingInstantiationStrategy,也就是使用CGLIB实例化Bean 
        try {
            Object beanInstance;
            final BeanFactory parent = this;
            if (System.getSecurityManager() != null) {
                beanInstance = AccessController.doPrivileged(new PrivilegedAction<Object>() {
                    @Override
                    public Object run() {
                        return getInstantiationStrategy().instantiate(mbd, beanName, parent);
                    }
                }, getAccessControlContext());
            }
            else {
                beanInstance = getInstantiationStrategy().instantiate(mbd, beanName, parent);
            }
            BeanWrapper bw = new BeanWrapperImpl(beanInstance);
            initBeanWrapper(bw);
            return bw;
        }
        catch (Throwable ex) {
            throw new BeanCreationException(
                    mbd.getResourceDescription(), beanName, "Instantiation of bean failed", ex);
        }
    }

这里使用了CGLIB对Bean进行实例化
CGLIB是一个字节码生成器的类库,它提供了一系列的API来提供生成和转换Java的字节码的功能.
在Spring AOP中也使用CGLIB对Java的字节码进行增强.
在IoC容器中,要了解怎样使用CGLIB来生成Bean对象,需要看一下SimpleInstantiationStrategy类.
它是Spring用来生成Bean对象的默认类,它提供了两种实例化Bean对象的方法

  • 通过BeanUtils,使用Java原生的反射功能
  • 通过CGLIB
public class SimpleInstantiationStrategy implements InstantiationStrategy {
@Override
    public Object instantiate(RootBeanDefinition bd, String beanName, BeanFactory owner) {
        // Don't override the class with CGLIB if no overrides.
        if (bd.getMethodOverrides().isEmpty()) {
                        //这里取得指定的构造器或者生成对象的工厂方法来对Bean进行实例化
            Constructor<?> constructorToUse;
            synchronized (bd.constructorArgumentLock) {
                constructorToUse = (Constructor<?>) bd.resolvedConstructorOrFactoryMethod;
                if (constructorToUse == null) {
                    final Class<?> clazz = bd.getBeanClass();
                    if (clazz.isInterface()) {
                        throw new BeanInstantiationException(clazz, "Specified class is an interface");
                    }
                    try {
                        if (System.getSecurityManager() != null) {
                            constructorToUse = AccessController.doPrivileged(new PrivilegedExceptionAction<Constructor<?>>() {
                                @Override
                                public Constructor<?> run() throws Exception {
                                    return clazz.getDeclaredConstructor((Class[]) null);
                                }
                            });
                        }
                        else {
                            constructorToUse =  clazz.getDeclaredConstructor((Class[]) null);
                        }
                        bd.resolvedConstructorOrFactoryMethod = constructorToUse;
                    }
                    catch (Throwable ex) {
                        throw new BeanInstantiationException(clazz, "No default constructor found", ex);
                    }
                }
            }
            //通过BeanUtils进行实例化,这个BeanUtils的实例化通过Constructor来实例化Bean,在BeanUtils中可以看到具体的调用ctor.newInstance(args)
            return BeanUtils.instantiateClass(constructorToUse);
        }
        else {      
            // 使用CGLIB来实例化对象
            return instantiateWithMethodInjection(bd, beanName, owner);
        }
    }
}

2 Bean之间依赖关系的处理

依赖关系处理的入口是前面提到的populateBean方法.
由于其中涉及的面太多,在这里就不贴代码了.
简要介绍一下依赖关系处理的流程:
在populateBean方法中,

  • 首先取得在BeanDefinition中设置的property值,然后开始依赖注入的过程
  • 首先处理autowire的注入,可以by Name/Type,之后对属性进行注入
  • 接着需要对Bean Reference进行解析,在对ManageList、ManageSet、ManageMap等进行解析完之后,就已经为依赖注入准备好了条件,这是真正把Bean对象设置到它所依赖的另一个Bean属性中去的地方,其中处理的属性是各种各样的
  • 依赖注入发生在BeanWrapper的setPropertyValues中,具体的完成却是在BeanWrapper的子类BeanWrapperImpl中实现的,它会完成Bean的属性值的注入,其中包括对Array的注入、对List等集合类以及对非集合类的域进行注入

经过一系列的注入,这样就完成了对各种Bean属性的依赖注入过程

在Bean的创建和对象依赖注入的过程中,需要依据BeanDefinition中的信息来递归地完成依赖注入。
从前面的几个递归过程中可以看到,这些递归都是以getBean为入口

  • 一个递归是在上下文中查找需要的Bean和创建Bean的递归调用
  • 另一个递归是在依赖注入时,通过递归调用容器的getBean方法,得到当前Bean的依赖Bean,同时也触发对依赖Bean的创建和注入。

在对Bean的属性进行依赖注入时,解析的过程也是一个递归的过程
这样,根据依赖关系,一层层地完成Bean的创建和注入,直到最后完成当前Bean的创建
有了这个顶层Bean的创建和对它属性依赖注入的完成,意味着和当前Bean相关的整个依赖链的注入也就完成了

在Bean创建和依赖注入完成后,在容器中建立起一系列依靠依赖关系联系起来的Bean,这个Bean已经不再是简单的Java对象了。该Bean系列以及Bean之间的依赖关系建立完成之后,通过IoC的相关接口方法,就可以非常方便地供上层应用使用了。

2. lazy-init属性和预实例化

在前面的refresh中,可看到调用了finishBeanFactoryInitialization来对配置了lazy-init的Bean进行处理
其实在这个方法中,封装了对lazy-init属性的处理,实际的处理是在DefaultListableBeanFactory这个基本容器的preInstantiateSingleton方法中完成的
该方法对单例Bean完成预实例化,这个预实例化的完成巧妙地委托给了容器来实现
如果需要预实例化,那么就直接在这里采用getBean去触发依赖注入

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