Spring Cloud Ribbon服务路径的解析（一）

2024-03-07 18:19:48

一、RestTemplate

1.1简介

spring框架提供的RestTemplate类可用于在应用中调用rest服务，它简化了与http服务的通信方式，统一了RESTful的标准，封装了http链接，我们只需要传入url及返回值类型即可。相较于之前常用的HttpClient，RestTemplate是一种更优雅的调用RESTful服务的方式。

在Spring应用程序中访问第三方REST服务与使用Spring RestTemplate类有关。RestTemplate类的设计原则与许多其他Spring *模板类(例如JdbcTemplate、JmsTemplate)相同，为执行复杂任务提供了一种具有默认行为的简化方法。

RestTemplate默认依赖JDK提供http连接的能力（HttpURLConnection），如果有需要的话也可以通过setRequestFactory方法替换为例如 Apache HttpComponents、Netty或OkHttp等其它HTTP library。

考虑到RestTemplate类是为调用REST服务而设计的，因此它的主要方法与REST的基础紧密相连就不足为奇了，后者是HTTP协议的方法:HEAD、GET、POST、PUT、DELETE和OPTIONS。例如，RestTemplate类具有headForHeaders()、getForObject()、postForObject()、put()和delete()等方法。

1.2、实现

首先建两个项目

RestTemplate包含以下几个部分：

HttpMessageConverter 对象转换器
ClientHttpRequestFactory 默认是JDK的HttpURLConnection
ResponseErrorHandler 异常处理
ClientHttpRequestInterceptor 请求拦截器

spring-cloud-server的配置

<dependencies>
        <dependency>
            <groupId>org.springframework.boot</groupId>
            <artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>
        </dependency>

        <dependency>
            <groupId>org.springframework.boot</groupId>
            <artifactId>spring-boot-starter-test</artifactId>
            <scope>test</scope>
            <exclusions>
                <exclusion>
                    <groupId>org.junit.vintage</groupId>
                    <artifactId>junit-vintage-engine</artifactId>
                </exclusion>
            </exclusions>
        </dependency>
    </dependencies>

application.properties

spring.application.name=spring-cloud-serverserver.port=8080

RestTemplateServer.class

@RestController
public class RestTemplateServer {
    @Value("${server.port}")
    private int port;

    @GetMapping("/orders")
    public String getAllOrder(){
        System.out.println("port:"+port);
        return "测试成功";
    }
}

启动项目访问结果如下

spring-cloud-user的配置文件

<dependencies>
        <dependency>
            <groupId>org.springframework.boot</groupId>
            <artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>
        </dependency>

        <dependency>
            <groupId>org.springframework.boot</groupId>
            <artifactId>spring-boot-starter-test</artifactId>
            <scope>test</scope>
            <exclusions>
                <exclusion>
                    <groupId>org.junit.vintage</groupId>
                    <artifactId>junit-vintage-engine</artifactId>
                </exclusion>
            </exclusions>
        </dependency>
    </dependencies>

server.port=8088

业务代码RestTemplateUser.class

@RestController
public class RestTemplateUser {

    @Autowired
    RestTemplate restTemplate;

    //因为RestTemplate不存在所以要注入
    @Bean
    public RestTemplate restTemplate(){
        return new RestTemplate();
    }

    @GetMapping("/user")
    public String findById(){
        return restTemplate.getForObject("http://localhost:8080/orders",String.class);
    }
}

启动项目访问可得到8080服务的结果

这样我们初步完成了两个独立项目的通信，如果不想在通过new的方式创建RestTemplate那也可以通过build（）方法创建，修改后如下

@RestController
public class RestTemplateUser {

    @Autowired
    RestTemplate restTemplate;

    //因为RestTemplate不存在所以要注入
//    @Bean
//    public RestTemplate restTemplate(){
//        return new RestTemplate();
//    }
    @Bean
    public RestTemplate restTemplate(RestTemplateBuilder restTemplateBuilder){
        return restTemplateBuilder.build();
    }

    @GetMapping("/user")
    public String findById(){

        return restTemplate.getForObject("http://localhost:8080/orders",String.class);
    }
}

但是现在很多服务架构都是多节点的，那么我们就要考虑多节点负载均衡的问题，这时最先想到的是Ribbon，修改代码

修改cloud-cloud-user的pom.xml文件，增加

<dependency>
            <groupId>org.springframework.cloud</groupId>
            <artifactId>spring-cloud-starter-netflix-ribbon</artifactId>
            <version>2.2.3.RELEASE</version>
        </dependency>

为演示负载均衡，启动两个spring-cloud-server节点，再配置一个节点并启动

修改完后，再修改spring-cloud-user配置文件

server.port=8088

spring-cloud-server.ribbon.listOfServers=  localhost:8080,localhost:8081

这样玩后有心的人就发现了，业务再用return restTemplate.getForObject("http://localhost:8080/orders",String.class);访问另一个项目就不合适了，更改RestTemplateUser.class类

@RestController
public class RestTemplateUser {

    @Autowired
    RestTemplate restTemplate;

    //因为RestTemplate不存在所以要注入
//    @Bean
//    public RestTemplate restTemplate(){
//        return new RestTemplate();
//    }
    @Bean
    public RestTemplate restTemplate(RestTemplateBuilder restTemplateBuilder){
        return restTemplateBuilder.build();
    }
    @Autowired
    LoadBalancerClient loadBalancerClient;

    @GetMapping("/user")
    public String findById(){

        ServiceInstance serviceInstance=loadBalancerClient.choose("spring-cloud-server");
        String url=String.format("http://%s:%s",serviceInstance.getHost(),serviceInstance.getPort()+"/orders");
        return restTemplate.getForObject(url,String.class);
        //通过服务名称在配置文件中选择端口调用
       // return restTemplate.getForObject("http://localhost:8080/orders",String.class);
    }
}

访问下面地址，多点几次

说到了这里那我们现在就要来看下Ribbon了

二、Ribbon简介

需要解决的问题：

① 如何在配置Eureka Client注册中心时不去硬编码Eureka Server的地址？

② 在微服务不同模块间进行通信时，如何不去硬编码服务提供者的地址？
③ 当部署多个相同微服务时，如何实现请求时的负载均衡？
实现负载均衡方式1：通过服务器端实现负载均衡(nginx)

实现负载均衡方式2：通过客户端实现负载均衡

Ribbon是什么？

Ribbon是Netflix发布的云中间层服务开源项目，其主要功能是提供客户端实现负载均衡算法。Ribbon客户端组件提供一系列完善的配置项如连接超时，重试等。简单的说，Ribbon是一个客户端负载均衡器，我们可以在配置文件中Load Balancer后面的所有机器，Ribbon会自动的帮助你基于某种规则（如简单轮询，随机连接等）去连接这些机器，我们也很容易使用Ribbon实现自定义的负载均衡算法。

下图展示了Eureka使用Ribbon时的大致架构：

Ribbon工作时分为两步：第一步选择Eureka Server，它优先选择在同一个Zone且负载较少的Server；第二步再根据用户指定的策略，再从Server取到的服务注册列表中选择一个地址。其中Ribbon提供了很多策略，例如轮询round robin、随机Random、根据响应时间加权等。

为了更好的了解Ribbon后面肯定是要进入源码，在进入源码之前做个铺垫，我再来改造上面的代码，引入@LoadBalanced注解，修改下

@RestController
public class RestTemplateUser {

    @Autowired
    RestTemplate restTemplate;

    //因为RestTemplate不存在所以要注入
//    @Bean
//    public RestTemplate restTemplate(){
//        return new RestTemplate();
//    }
//    @Bean
//    public RestTemplate restTemplate(RestTemplateBuilder restTemplateBuilder){
//        return restTemplateBuilder.build();
//    }
    @Bean
    @LoadBalanced
    public RestTemplate restTemplate(RestTemplateBuilder restTemplateBuilder){
        return restTemplateBuilder.build();
    }

//    @Autowired
//    LoadBalancerClient loadBalancerClient;

    @GetMapping("/user")
    public String findById(){

//        ServiceInstance serviceInstance=loadBalancerClient.choose("spring-cloud-server");
//        String url=String.format("http://%s:%s",serviceInstance.getHost(),serviceInstance.getPort()+"/orders");
//        return restTemplate.getForObject(url,String.class);
        //通过服务名称在配置文件中选择端口调用
       return restTemplate.getForObject("http://spring-cloud-server/orders",String.class);
    }
}

启动项目后会发现@LoadBalanced也能实现负载均衡，这里面我们就应该进入看下@LoadBalanced到底做了啥，在没用@LoadBalanced之前getForObject只能识别ip的路径，并不能识别服务名进行负载均衡，所以我们要看下@LoadBalanced是怎么实现的负载均衡

在看码源前先剧透下，之前某人说我写的东西不好看懂，那我这次多花点时间画图，restTemplate.getForObject("http://spring-cloud-server/orders",String.class);这个方法他调用的是一个服务器名称，我们知道，如果要访问一个服务器我们一个具体的路径才能访问，那么@LoadBalanced是怎么做到的由一个服务名得到一个具体的路径呢，这就要说到拦截器，他在调用真实路径前会有拦截器拦截服务器名，然后拿到服务器去解析然后拼接得到一个真实的路径名称，然后拿真实路径去访问服务，详细的步骤在源码讲解中具体分析。

我们点击@LoadBalanced进入如下图

@Target({ ElementType.FIELD, ElementType.PARAMETER, ElementType.METHOD })
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Documented
@Inherited
@Qualifier
public @interface LoadBalanced {

}

我们会发现有一个叫@Qualifier的东西，其实这玩意就是一个标记的作用，但为了后面的源码分析，这里还是说明下@Qualifiler的用法

我们在spring-cloud-user项目中新建一个Qualifier包，在包中建三个类

public class QualifierTest {
    private String name;

    public QualifierTest(String name) {
        this.name = name;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
}

//@Configuration用于定义配置类，可替换xml配置文件，
// 被注解的类内部包含有一个或多个被@Bean注解的方法，
// 这些方法将会被AnnotationConfigApplicationContext或
// AnnotationConfigWebApplicationContext类进行扫描，
// 并用于构建bean定义，初始化Spring容器。
@Configuration
public class QualifierConfiguration {
    @Qualifier
    @Bean("QualifierTest1")
    QualifierTest QualifierTest1(){
        return new QualifierTest("QualifierTest1");
    }

    @Qualifier
    @Bean("QualifierTest2")
    QualifierTest QualifierTest2(){
        return new QualifierTest("QualifierTest2");
    }
}

@RestController
public class QualifierController {
    //@Qualifier作用是找到所有申明@Qualifier标记的实例
    @Qualifier
    @Autowired
    List<QualifierTest> testClassList= Collections.emptyList();

    @GetMapping("/qualifier")
    public Object test(){
        return testClassList;
    }
}

启动项目访问接口结果如下

除掉QualifierConfiguration.class中其中一个@Qualifier后刷新接口，会发现结果如下，这两个结果对比可以证明@Qualifier其实就是一个标记的作用

有了这个概念后我们进入LoadBalancerAutoConfiguration.class这个自动装配类中会发现有和我刚刚演示一样的代码，其实我就是从这个装配类中抄的，哈哈；

看到这里相信大家就明白了，因为红框的内容加了@LoadBalanced注解就能使RestTemplate生效是因为@Qualifier注解，有了这个概念接着往下走，在上图这个自动装配类中会加载注入所有加了@LoadBalanced注解的RestTemplate，这一步很关键，因为后面的拦截器加载跟这一步有关联；竟然我们来到了LoadBalancerAutoConfiguration，这个自动装配类来了，那就聊聊这里面的Bean装配，下面这个图是Bean的自动装配过程

首先看自动装配类拦截器LoadBalancerInterceptor

@Configuration(proxyBeanMethods = false)
    @ConditionalOnMissingClass("org.springframework.retry.support.RetryTemplate")
    static class LoadBalancerInterceptorConfig {
        //定义一个Bean
        @Bean
        public LoadBalancerInterceptor ribbonInterceptor(
                LoadBalancerClient loadBalancerClient,
                LoadBalancerRequestFactory requestFactory) {
            return new LoadBalancerInterceptor(loadBalancerClient, requestFactory);
        }
        //将定义的Bean作为参数传入
        @Bean
        @ConditionalOnMissingBean
        public RestTemplateCustomizer restTemplateCustomizer(
                final LoadBalancerInterceptor loadBalancerInterceptor) {
            return restTemplate -> {
                List<ClientHttpRequestInterceptor> list = new ArrayList<>(
                        restTemplate.getInterceptors());                //设置拦截器
                list.add(loadBalancerInterceptor);                //设置到restTemplate中去
                restTemplate.setInterceptors(list);
            };
        }

    }

@Bean
    public SmartInitializingSingleton loadBalancedRestTemplateInitializerDeprecated(
            final ObjectProvider<List<RestTemplateCustomizer>> restTemplateCustomizers) {
        return () -> restTemplateCustomizers.ifAvailable(customizers -> {            //对restTemplates进行for循环，对每一个restTemplate加一个包装叫RestTemplateCustomizer            //这个包装的意义是可以对restTemplate再加一个自定义的拦截
            for (RestTemplate restTemplate : LoadBalancerAutoConfiguration.this.restTemplates) {
                for (RestTemplateCustomizer customizer : customizers) {
                    customizer.customize(restTemplate);
                }
            }
        });
    }

有了上面的包装，才有下面的拦截的加强

@Bean
        @ConditionalOnMissingBean
        public RestTemplateCustomizer restTemplateCustomizer(
                final LoadBalancerInterceptor loadBalancerInterceptor) {
            return restTemplate -> {
                List<ClientHttpRequestInterceptor> list = new ArrayList<>(
                        restTemplate.getInterceptors());
                list.add(loadBalancerInterceptor);
                restTemplate.setInterceptors(list);
            };
        }

说到这里再将时序图画一下，我最初是通过@LoadBalanced注解进入到他的装配类LoadBalancerAutoConfiguration，然后在LoadBalancerAutoConfiguration装配类中找到拦截器的加载和增强的，根据这个逻辑画出的时序图如下

之前在开篇中还讲到过用下面这种方式进行负载均衡访问，其实针对LoadBalancerClient是一样的，他里面有一个RibbonAutoConfiguration

@Autowired
    LoadBalancerClient loadBalancerClient;

在RibbonAutoConfiguration装配类中会找到一个代码如果下，他在装配类中对LoadBalancerClient进行初始化

@Bean
    @ConditionalOnMissingBean(LoadBalancerClient.class)
    public LoadBalancerClient loadBalancerClient() {
        return new RibbonLoadBalancerClient(springClientFactory());
    }

我们看头文件，会发现加载了LoadBalancerAutoConfiguration

这时补充下时序图如下，这就是Bean的加载过程，经过这一过程拦截器就算是加载进去了

有了拦截器后，下一步要看的话肯定就是来看下拦截器到底做了啥，进入LoadBalancerInterceptor拦截器，会发现他会最终进入如下方法

@Override
    public ClientHttpResponse intercept(final HttpRequest request, final byte[] body,
            final ClientHttpRequestExecution execution) throws IOException {
        final URI originalUri = request.getURI();
        String serviceName = originalUri.getHost();
        Assert.state(serviceName != null,
                "Request URI does not contain a valid hostname: " + originalUri);        //将拦截委托给loadBalancer进行实现
        return this.loadBalancer.execute(serviceName,
                this.requestFactory.createRequest(request, body, execution));
    }

跟进loadBalancer看下做了啥（LoadBalancerClient注入是在RibbonAutoConfiguration配置类中完成的），跟踪进去发现最终还是调用了RibbonLoadBalancerClient

进入execute方法，会发现里面只做了两件事

public <T> T execute(String serviceId, LoadBalancerRequest<T> request, Object hint)
            throws IOException {         //获得负载均衡器
        ILoadBalancer loadBalancer = getLoadBalancer(serviceId);        //根据负载均衡器返回Server,这个Server返回是指定的某一个地址，其实负载的解析在这里就完成了
        Server server = getServer(loadBalancer, hint);
        if (server == null) {
            throw new IllegalStateException("No instances available for " + serviceId);
        }
        RibbonServer ribbonServer = new RibbonServer(serviceId, server,
                isSecure(server, serviceId),
                serverIntrospector(serviceId).getMetadata(server));

        return execute(serviceId, ribbonServer, request);
    }

进入getLoadBalancer看看他做了啥，在看之前先看下他的类关系图

ILoadBalancer接口：定义添加服务，选择服务，获取可用服务，获取所有服务方法

AbstractLoadBalancer抽像类：定义了一个关于服务实例的分组枚举，包含了三种类型的服务：ALL表示所有服务，STATUS_UP表示正常运行的服务，STATUS_NOT_UP表示下线的服务。

BaseLoadBalancer：

1）：类中有两个List集合，一个List集合用来保存所有的服务实例，还有一个List集合用来保存当前有效的服务实例

2）：定义了一个IPingStrategy，用来描述服务检查策略，IPingStrategy默认实现采用了SerialPingStrategy实现

3）：chooseServer方法中(负载均衡的核心方法)，调用IRule中的choose方法来找到一个具体的服务实例,默认实现是RoundRobinRule

4）：PingTask用来检查Server是否有效，默认执行时间间隔为10秒

5）：markServerDown方法用来标记一个服务是否有效，标记方式为调用Server对象的setAlive方法设置isAliveFlag属性为false

6）：getReachableServers方法用来获取所有有效的服务实例列表

7）：getAllServers方法用来获取所有服务的实例列表

8）：addServers方法表示向负载均衡器中添加一个新的服务实例列表

DynamicServerListLoadBalancer：主要是实现了服务实例清单在运行期间的动态更新能力，同时提供了对服务实例清单的过滤功能。

ZoneAwareLoadBalancer:主要是重写DynamicServerListLoadBalancer中的chooseServer方法，由于DynamicServerListLoadBalancer中负责均衡的策略依然是BaseLoadBalancer中的线性轮询策略，这种策略不具备区域感知功能

NoOpLoadBalancer：不做任何事的负载均衡实现，一般用于占位（然而貌似从没被用到过）。

有了这个概念后我们下面就来重点看BaseLoadBalancer，在唠唠之前先补充下时序图

点击getLoadBalancer进入如下代码

在向下写前，先提前说下ILoadBalancer这个类里面会帮我们做一件事，他会根据负载均衡的一个算法进行一个负载的选择，但是在负载之前他会有一个类的初始化过程，在选择完成后ILoadBalancer实现返回，然后将ILoadBalancer做为参数传给Server server = getServer(loadBalancer, hint);在ILoadBalancer中他有一个实现会去调用BaseLoadBalancer.chooseServer,它会调用rule.choose(),rule的初始化是在ZoneAvoidanceRule中完成的，所以接下来看要分两部分，ILoadBalancer做为一个负载均衡器，然后getServer会把这个负载均衡器会传过去后进行一个负载的计算，这个流程说完后可能很多人还在懵逼状态，那接下来我们就通过代码来看他的实现，首先看ILoadBalancer的实现是谁

接着上图来，点击getLoadBalancer

然后点击getInstance

@Override
    public <C> C getInstance(String name, Class<C> type) {        //这里面通过传送一个name和一个type得到一个实例，这里面是一个工厂模式，我们点击getInstance选择它的NamedContextFactory实现进去
        C instance = super.getInstance(name, type);
        if (instance != null) {
            return instance;
        }
        IClientConfig config = getInstance(name, IClientConfig.class);
        return instantiateWithConfig(getContext(name), type, config);
    }

public <T> T getInstance(String name, Class<T> type) {        //工厂模式会加载一个context
        AnnotationConfigApplicationContext context = getContext(name);
        if (BeanFactoryUtils.beanNamesForTypeIncludingAncestors(context,
                type).length > 0) {
            return context.getBean(type);
        }
        return null;
    }

getContext方法里面是用spring写的，比较复杂，点击getContext后如下图，这里面是有个默认缓存的，如果没有会用createContext(name)根据名称创建一个缓存

回退到AnnotationConfigApplicationContext context = getContext(name);

public <T> T getInstance(String name, Class<T> type) {
        AnnotationConfigApplicationContext context = getContext(name);
        if (BeanFactoryUtils.beanNamesForTypeIncludingAncestors(context,
                type).length > 0) {            通过type得到一个Bean
            return context.getBean(type);
        }
        return null;
    }

再回退到C instance = super.getInstance(name, type);进行打debug看下他返回的是什么类型的ILoadBalancer

从上图可以看到返回的是一个ZoneAwareLoadBalancer的ILoadBalancer，然后就拿着ILoadBalancer传入getServer(loadBalancer, hint);中，这时的时序图就如下了

到了这一步获取负载均衡器这一过程就完成了，下面就是来完成过程2.通过负载均衡器中配置的默认负载均衡算法选一个合适的Server，我们进入

Server server = getServer(loadBalancer, hint);的getServer方法，点击进去如下，这里面其实进行的就是针对一个服务节点的选择，其中loadBalancer.chooseServer(hint != null ? hint : "default");就是一种算法的选择，我们这里面没有选择算法，所以采用默认算法BaseLoadBalancer

进入默认算法截图如下

然后他会调用rule.choose(key);方法，我们可以在进入方法前先看下IRule是啥，通过下图我们可以很清楚的看到IRule里面所有的实现，之所以在这里提到IRule是因为IRule是Ribbon中实现负载均衡的一个很重要的规则，他实现了重置规则、轮询规则、随机规则及客户端是否启动轮询的规则；在后面我看机会说其中一到两种比较常用的算法说明下

我们这里rule.choose(key);采用的是轮询算法，选择PredicateBasedRule，进去后截图如下

@Override
    public Server choose(Object key) {
        ILoadBalancer lb = getLoadBalancer();        //根据我们的过滤规则过滤之后会根据轮询去进行筛选，其中lb.getAllServers是获取一个静态的服务列表
        Optional<Server> server = getPredicate().chooseRoundRobinAfterFiltering(lb.getAllServers(), key);
        if (server.isPresent()) {
            return server.get();
        } else {
            return null;
        }
    }
}

我们进入chooseRoundRobinAfterFiltering，下面的轮询比较简单，他先把节点数量eligible.size(）传进去，然后通过incrementAndGetModulo方法获取一个下标

public Optional<Server> chooseRoundRobinAfterFiltering(List<Server> servers, Object loadBalancerKey) {        //得到我们所有的配置信息
        List<Server> eligible = getEligibleServers(servers, loadBalancerKey);        //配置数量
        if (eligible.size() == 0) {
            return Optional.absent();
        }        //进行轮询计算
        return Optional.of(eligible.get(incrementAndGetModulo(eligible.size())));
    }

可以进入incrementAndGetModulo方法看下

private int incrementAndGetModulo(int modulo) {
        for (;;) {           //获取下一个节点的当前值
            int current = nextIndex.get();            //根据这个值进行取模运算
            int next = (current + 1) % modulo;           //设置下一个值
            if (nextIndex.compareAndSet(current, next) && current < modulo)
                return current;
        }
    }

上面就是轮询算法的实现，这个算法的实现比较简单，下面再来看一个随机算法的实现

public Server choose(ILoadBalancer lb, Object key) {
        if (lb == null) {
            return null;
        }
        Server server = null;

        while (server == null) {
            if (Thread.interrupted()) {
                return null;
            }
            List<Server> upList = lb.getReachableServers();            //得到所有节点信息
            List<Server> allList = lb.getAllServers();

            int serverCount = allList.size();
            if (serverCount == 0) {
                /*
                 * No servers. End regardless of pass, because subsequent passes
                 * only get more restrictive.
                 */
                return null;
            }
            //传入节点数量，然后随机取值，如果有人想看怎么取的点击这个chooseRandomInt就可以看到，它实现就一句话，就是把数量传进去得到一个随机值
            int index = chooseRandomInt(serverCount);
            server = upList.get(index);

            if (server == null) {
                /*
                 * The only time this should happen is if the server list were
                 * somehow trimmed. This is a transient condition. Retry after
                 * yielding.
                 */
                Thread.yield();
                continue;
            }

            if (server.isAlive()) {
                return (server);
            }

            // Shouldn't actually happen.. but must be transient or a bug.
            server = null;
            Thread.yield();
        }

        return server;

    }

随机实现聊完后，再回到我们跟踪的代码 return Optional.of(eligible.get(incrementAndGetModulo(eligible.size())));通过算法得到具体的节点后eligible.get就可以得到对应下标的服务列表，这时就得到了什么localhost:8082的具体端口号了，这一步完成后其实Server server = getServer(loadBalancer, hint);的活就做完了，下面的活就是拿着具体端口去重构了，更新下时序图

项目中所有例子源码：https://github.com/ljx958720/spring-cloud-Ribbon-1-.git

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