Java中的字节流和字符流
Java IO流
JavaBasics
发布日期:   2019-05-07
文章字数:   5.3k
阅读时长:   22 分
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1. IO概述

我们把数据的传输，可以看做是一种数据的流动，按照流动的方向，以内存为基准，分为输入input 和输出output ，即流向内存是输入流，流出内存的输出流。

Java中I/O操作主要是指使用java.io包下的内容，进行输入、输出操作。输入也叫做读取数据，输出也叫做作写出(写入)数据。

1.1 IO的分类

根据数据的流向分为：输入流和输出流。

  • 输入流 ：把数据从其他设备上读取到内存中的流。
  • 输出流 ：把数据从内存 中写出到其他设备上的流。

根据数据的类型分为：字节流和字符流。

  • 字节流 ：以字节为单位，读写数据的流。
  • 字符流 ：以字符为单位，读写数据的流。

1.2 顶级父类

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2. 字节流

一切文件数据(文本、图片、视频等)在存储时，都是以二进制数字的形式保存，都一个一个的字节，那么传输时一样如此。所以，字节流可以传输任意文件数据。在操作流的时候，我们要时刻明确，无论使用什么样的流对象，底层传输的始终为二进制数据。

2.1 字节输出流[OutputStream]

java.io.OutputStream抽象类是表示字节输出流的所有类的超类，将指定的字节信息写出到目的地。它定义了字节输出流的基本共性功能方法。

  • public void close() ：关闭此输出流并释放与此流相关联的任何系统资源。
  • public void flush() ：刷新此输出流并强制任何缓冲的输出字节被写出。
  • public void write(byte[] b)：将 b.length字节从指定的字节数组写入此输出流。
  • public void write(byte[] b, int off, int len) ：从指定的字节数组写入 len字节，从偏移量 off开始输出到此输出流。
  • public abstract void write(int b) ：将指定的字节输出流。

Tips: close方法，当完成流的操作时，必须调用此方法，释放系统资源。

2.2 FileOutputStream类

OutputStream有很多子类，我们从最简单的一个子类开始。
java.io.FileOutputStream类是文件输出流，用于将数据写出到文件。

构造方法

  • public FileOutputStream(File file)：创建文件输出流以写入由指定的 File对象表示的文件。
  • public FileOutputStream(String name)： 创建文件输出流以指定的名称路径写入文件。

当你创建一个流对象时，必须传入一个文件路径。该路径下，如果没有这个文件，会创建该文件。如果有这个文件，会清空这个文件的数据。

  • 构造举例，代码如下：
    public class FileOutPutDemo01 {
  public static void main(String[] args) throws IOException {
      // 使用File对象创建流对象
      File file = new File("D:\\IDEA_WorkSpace\\Demo\\Demo5_6\\a.txt");
      FileOutputStream fos = new FileOutputStream(file);
      // 使用文件名称路径创建流对象
      FileOutputStream fos2 = new FileOutputStream("D:\\IDEA_WorkSpace\\Demo\\Demo5_6\\b.txt");
  }
}

    写出字节数据

  1. 写出字节：write(int b) 方法，每次可以写出一个字节数据，代码使用演示：
    public class FOSWrite {
 public static void main(String[] args) throws IOException {
     FileOutputStream fos = new FileOutputStream("D:\\IDEA_WorkSpace\\Demo" +
             "\\Demo5_6\\fos.txt");
     // 写入数据
     fos.write(97);
     fos.write(98);
     fos.write(99);
     // 关闭
     fos.close();
 }
}
// result:
abc

Tips: 

1. 虽然参数为int类型四个字节，但是只会保留一个字节的信息写出。
2. 流操作完毕后，必须释放系统资源，调用close方法，千万记得。

  1. 写出字节数组：write(byte[] b)，每次可以写出数组中的数据，代码使用演示：

    public class FOSWriteDemo02 {
 public static void main(String[] args) throws IOException {
     FileOutputStream fos = new FileOutputStream("D:\\IDEA_WorkSpace\\Demo" +
             "\\Demo5_6\\fos2.txt");
     // 将字符串转换为字节数组
     byte[] bytes = "测试写入".getBytes();
     // 写出字节数组数据
     fos.write(bytes); // 测试写入
     fos.close();
 }
}

  2. 写出指定长度字节数组：write(byte[] b, int off, int len) ,每次写出从off索引开始，len个字节，代码使用演示：

    public class FosWriteDemo03 {
 public static void main(String[] args) throws IOException {
     FileOutputStream fos = new FileOutputStream("D:\\IDEA_WorkSpace\\Demo\\Demo5_6\\fos3.txt");
     byte[] bytes = "abcdef".getBytes(); // 字符串转换为字节数组
     fos.write(bytes,2,2); // result：cd
     fos.close();
 }
}

数据追加续写

  • public FileOutputStream(File file, boolean append)： 创建文件输出流以写入由指定的 File对象表示的文件。
  • public FileOutputStream(String name, boolean append)： 创建文件输出流以指定的名称写入文件。

以上两个构造方法，参数中都需要传入一个boolean类型的值，true表示追加数据，false表示清空原有数据。代码示例如下：

public class FOSAppendWrite {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        FileOutputStream fos = new FileOutputStream("D:\\IDEA_WorkSpace\\Demo" +
                "\\Demo5_6\\fos2.txt",true); // 创建流对象，设置数据追加
        fos.write("，测试追加。".getBytes()); // result = 测试写入，测试追加。
        fos.close();
    }
}

写出换行

Windows中换行符号是\r\n。以下代码示例具体使用：

public class FOSWriteDemo04 {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        FileOutputStream fos = new FileOutputStream("D:\\IDEA_WorkSpace\\Demo\\Demo5_6\\c.txt");
        byte[] words = {97,98,99,100,101}; // abcde
        for (byte i:words){
            fos.write(i);
            fos.write("\r\n".getBytes()); // 写出一个换行，将换行符号转为数组写出
        }
        fos.close();
    }
}

/*
result:
a
b
c
d
e
 */

Tips：

  • 回车符\r和换行符\n ：
    • 回车符：回到一行的开头（return）。
    • 换行符：下一行（newline）。
  • 系统中的换行：
    • Windows系统里，每行结尾是 回车+换行 ，即\r\n；
    • Unix系统里，每行结尾只有 换行 ，即\n；
    • Mac系统里，每行结尾是 回车 ，即\r。从 Mac OS X开始与Linux统一。

2.3 字节输入流[InputStream]

java.io.InputStream抽象类是表示字节输入流的所有类的超类，可以读取字节信息到内存中。它定义了字节输入流的基本共性功能方法。

  • public void close() ：关闭此输入流并释放与此流相关联的任何系统资源。
  • public abstract int read()： 从输入流读取数据的下一个字节。
  • public int read(byte[] b)： 从输入流中读取一些字节数，并将它们存储到字节数组 b中 。

2.4 FileInputStream类

java.io.FileInputStream类是文件输入流，从文件中读取字节。

构造方法

  • FileInputStream(File file)： 通过打开与实际文件的连接来创建一个 FileInputStream ，该文件由文件系统中的 File对象 file命名。
  • FileInputStream(String name)： 通过打开与实际文件的连接来创建一个 FileInputStream ，该文件由文件系统中的路径名 name命名。

当你创建一个流对象时，必须传入一个文件路径。该路径下，如果没有该文件,会抛出FileNotFoundException 。

  • 代码示例如下：
    public class FileInputStreamDemo01 {
  public static void main(String[] args) throws IOException {
      // 使用File对象创建流对象
      FileInputStream fis = new FileInputStream(new File("Demo5_6\\fos2.txt"));
      // 使用文件名创建流对象
      FileInputStream fis2 = new FileInputStream("Demo5_6\\fos.txt");
  }
}

读取字节数据

  1. 读取字节：read方法，每次可以读取一个字节的数据，提升为int类型，读取到文件末尾，返回-1，代码演示如下：
    public class FISRead {
 public static void main(String[] args) throws IOException {
     FileOutputStream fos = new FileOutputStream("D:\\IDEA_WorkSpace\\Demo\\Demo5_6\\read.txt");
     byte[] bytes = {97,98,99,100,101};
     for (byte b:bytes){
         fos.write(b);
         fos.write("\n".getBytes());
     }
     fos.close();
     // 创建字节输入流对象，指向文件
     FileInputStream fis = new FileInputStream("D:\\IDEA_WorkSpace\\Demo\\Demo5_6\\read.txt");
 int b;
     while ((b = fis.read())!=-1){ // 判断从数据中读取的值不等于-1
         System.out.println((char)b); // byte字节型转换为char字符型
     }
     fis.close();
 }
}

Tips:虽然读取了一个字节，但是会自动提示为int类型。操作完毕后，一定要close()。

  1. 使用字节数组读取：read(byte[] b)，每次读取b的长度个字节到数组中，返回读取到的有效字节个数，读取到末尾时，返回-1 ，代码使用演示：
    public class FISReadDemo02 {
 public static void main(String[] args) throws IOException {
     FileInputStream fis = new FileInputStream("D:\\IDEA_WorkSpace\\Demo\\Demo5_6\\read.txt");
     int len; // 定义变量，作为有效个数
     byte[] bytes = new byte[2]; // 定义字节数组，作为放字节数据的容器，存储2个字节
     while ((len = fis.read(bytes))!=-1){ // 这样每次可以读取2个字节
         System.out.println(new String(bytes,0,len)); // 每次读取后，将数组变成字符串打印
     }
     fis.close();
 }
}

2.5 字节流练习：图片复制

复制原理图解

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代码示例

public class CopyImg {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 创建流对象，指定数据源
        FileInputStream fis = new FileInputStream("C:\\Users\\14908\\Desktop\\Java\\img\\2_copy.jpg");
        // 指定目的地
        FileOutputStream fos = new FileOutputStream("D:\\IDEA_WorkSpace\\Demo" +
                "\\Demo5_6\\copy.jpg");
        // 定义长度
        int len;
        // 定义数组
        byte[] b = new byte[1024];
        // 循环读取
        while ((len = fis.read(b))!=-1){
            fos.write(b,0,len);
        }
        fos.close();
        fis.close();
    }
}

Tips：
流的关闭原则：先开后关，后开先关。

3. 字符流

当使用字节流读取文本文件时，可能会有一个小问题。就是遇到中文字符时，可能不会显示完整的字符，那是因为一个中文字符可能占用多个字节存储。所以Java提供一些字符流类，以字符为单位读写数据，专门用于处理文本文件。

3.1 字符输入流[Reader]

java.io.Reader抽象类是表示用于读取字符流的所有类的超类，可以读取字符信息到内存中。它定义了字符输入流的基本共性功能方法。

  • public void close() ：关闭此流并释放与此流相关联的任何系统资源。
  • public int read()： 从输入流读取一个字符。
  • public int read(char[] cbuf)： 从输入流中读取一些字符，并将它们存储到字符数组 cbuf中 。

3.2 FileReader类

java.io.FileReader类是读取字符文件的便利类。构造时使用系统默认的字符编码和默认字节缓冲区。

Tips:

1. 字符编码：字节与字符的对应规则。Windows系统的中文编码默认是GBK编码表(IDEA中是UTF-8)
2. 字节缓冲区：一个字节数组，用来临时存储字节数据

构造方法

FileReader(File file)： 创建一个新的 FileReader ，给定要读取的File对象。
FileReader(String fileName)： 创建一个新的 FileReader ，给定要读取的文件的名称。

代码示例如下：

public class FileReaderDemo throws IOException{
    public static void main(String[] args){
        // 使用File对象创建流对象
        FileReader fr = new FileReader(new File("Demo5_6\\a.txt"))；
        // 使用文件名称创建流对象
        FileReader fr2 = new FileReader("Demo5_6\\a.txt")；
    }
}

读取字符数据

  1. 读取字符：read方法，每次可以读取一个字符的数据，提升为int类型，读取到文件末尾，返回-1，循环读取，代码演示如下：

    public class FRReadDemo01 {
 public static void main(String[] args) throws IOException {
     FileReader fr = new FileReader("D:\\IDEA_WorkSpace\\Demo\\Demo5_6\\d.txt");
     int w;
     while ((w = fr.read())!=-1){
         System.out.print((char)w);
     }
     fr.close();
 }
}

    Tips：虽然读取了一个字符，但是会自动提升为int类型。

  2. 使用字符数组读取：read(char[] cbuf)，每次读取b的长度个字符到数组中，返回读取到的有效字符个数，读取到末尾时，返回-1 ，代码演示如下：

    public class FRReadDemo02 {
 public static void main(String[] args) throws IOException {
     FileReader fr = new FileReader("D:\\IDEA_WorkSpace\\Demo\\Demo5_6\\d.txt");
     int len;
     char[] cbuf = new char[2]; // 定义字符数组，作为放字符数据的容器
     while ((len = fr.read(cbuf))!=-1){
         System.out.print(new String(cbuf,0,len)); // 转换为字符串输出
     }
     fr.close();
 }
}

3.3 字符输出流[Writer]

java.io.Writer抽象类是表示用于写出字符流的所有类的超类，将指定的字符信息写出到目的地。它定义了字节输出流的基本共性功能方法。

  • void write(int c) 写入单个字符。
  • void write(char[] cbuf)写入字符数组。
  • abstract void write(char[] cbuf, int off, int len)写入字符数组的某一部分,off数组的开始索引,len写的字符个数。
  • void write(String str)写入字符串。
  • void write(String str, int off, int len) 写入字符串的某一部分,off字符串的开始索引,len写的字符个数。
  • void flush()刷新该流的缓冲。
  • void close() 关闭此流，但要先刷新它。

3.4 FileWriter类

java.io.FileWriter类是写出字符到文件的便利类。构造时使用系统默认的字符编码和默认字节缓冲区。

构造方法

  • FileWriter(File file)： 创建一个新的 FileWriter，给定要读取的File对象。
  • FileWriter(String fileName)： 创建一个新的 FileWriter，给定要读取的文件的名称。

基本写出数据

写出字符：write(int b) 方法，每次可以写出一个字符数据，代码示例如下：

public class FWWrite {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        FileWriter fw = new FileWriter("D:\\IDEA_WorkSpace\\Demo\\Demo5_6\\fw.txt");
        // 写出数据
        fw.write(97);
        fw.write('b');
        fw.write('c');
        fw.write(30000);
        fw.close();
        // result: abc田
    }
}

Tips:

  1. 虽然参数为int类型四个字节，但是只会保留一个字符的信息写出。
  2. 未调用close方法，数据只是保存到了缓冲区，并未写出到文件中。

关闭和刷新

因为内置缓冲区的原因，如果不关闭输出流，无法写出字符到文件中。但是关闭的流对象，是无法继续写出数据的。如果我们既想写出数据，又想继续使用流，就需要flush 方法了。

  • flush ：刷新缓冲区，流对象可以继续使用。
  • close:先刷新缓冲区，然后通知系统释放资源。流对象不可以再被使用了。

代码示例：

public class FWWriteDemo02 {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        FileWriter fw = new FileWriter("D:\\IDEA_WorkSpace\\Demo\\Demo5_6\\fw02.txt");
        // 写出数据,通过flush
        fw.write('刷');
        fw.flush();
        fw.write('新');
        fw.flush();
        // 写出数据，通过close
        fw.write('关');
        fw.close();
        fw.write('闭'); // [报错] java.io.IOException: Stream closed
        fw.close();
    }
}

Tips：即使使用了flush方法写出了数据，操作到最后还是要调用close方法，释放系统资源。

写出其他数据

  1. 写出字符数组 ：write(char[] cbuf) 和 write(char[] cbuf, int off, int len) ，每次可以写出字符数组中的数据，用法类似FileOutputStream，实例如下：
    public class FWCharWrite {
 public static void main(String[] args) throws IOException {
     FileWriter fw = new FileWriter("D:\\IDEA_WorkSpace\\Demo\\Demo5_6\\fw03.txt");
     char[] chars = "测试写出字符数组".toCharArray(); // 将字符串转换为字符数组
     fw.write(chars); // 测试写出字符数组
     fw.write(chars,4,2); // 写出从索引2开始的2个字节，即"字符"2字
     fw.close();
 }
}

  2. 写出字符串：write(String str) 和 write(String str, int off, int len) ，每次可以写出字符串中的数据，更为方便，示例如下：

    public class FWWriteString {
 public static void main(String[] args) throws IOException {
     FileWriter fw = new FileWriter("D:\\IDEA_WorkSpace\\Demo\\Demo5_6\\fw04.txt");
     fw.write("测试字符串写出"); // 测试字符串写出
     fw.write("测试写出指定字符",2,2); // 写出
     fw.close();
 }
}

  3. 续写和换行：操作类似于FileOutputStream。

    public class FWWriteString {
 public static void main(String[] args) throws IOException {
     FileWriter fw = new FileWriter("D:\\IDEA_WorkSpace\\Demo\\Demo5_6\\fw04.txt");
     fw.write("测试字符串写出"); // 测试字符串写出
     fw.write("\r\n"); // 写出换行符
     fw.write("测试写出指定字符",2,2); // 写出
     fw.close();
 }
}

4. IO异常的处理

JDK7前的处理

之前的练习中，一直把异常直接抛出，实际开发中建议使用try...catch...finally 代码块，处理异常部分，代码示例如下：

public class HandleException01 {
    public static void main(String[] args) {
        // 声明一个Fw对象，指向空
        FileWriter fw = null;
        try {
            // 创建一个流对象，将fw指向该对象
            fw = new FileWriter("D:\\IDEA_WorkSpace\\Demo\\Demo5_6\\fw05.txt");
            // 写出数据
            fw.write("异常的处理测试");
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }finally{
            try{
                if (fw != null){
                    fw.close();
                }
            }catch (IOException e){
                e.printStackTrace();
            }
        }

    }
}

JDK7的处理

可以使用JDK7优化后的try-with-resource 语句，该语句确保了每个资源在语句结束时关闭。所谓的资源（resource）是指在程序完成后，必须关闭的对象。
格式：

try(创建流对象语句，如多个，使用';'隔开){
    // 读写语句
}catch(IOException e){
    e.printStackTrace();
}

代码示例：

public class FWJDK7Dispose {
    public static void main(String[] args) {
        try(FileWriter fw = new FileWriter("D:\\IDEA_WorkSpace\\Demo\\Demo5_6\\fw06.txt");){
            fw.write("测试JDK7后优化的try...catch");
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

JDK9的改进

JDK9中try-with-resource 的改进，对于引入对象的方式，支持的更加简洁。被引入的对象，同样可以自动关闭，无需手动close，格式如下。
改进前格式：

// 被final修饰的对象
final Resource resource1 = new Resource("resource1");
// 普通对象
Resource resource2 = new Resource("resource2");
// 引入方式：创建新的变量保存
try (Resource r1 = resource1;
     Resource r2 = resource2) {
     // 使用对象
}

改进后的格式：

// 被final修饰的对象
final Resource resource1 = new Resource("resource1");
// 普通对象
Resource resource2 = new Resource("resource2");

// 引入方式：直接引入
try (resource1; resource2) {
     // 使用对象
}

改进后的代码实例：

public class TryDemo {
    public static void main(String[] args) throws IOException{
        final FileReader fr = new FileReader("D:\\IDEA_WorkSpace\\Demo\\Demo5_6\\read.txt");
        FileWriter fw = new FileWriter("D:\\IDEA_WorkSpace\\Demo\\Demo5_6\\out.txt");
        try(fr;fw){
            int b;
            while ((b = fr.read())!=-1){
                fw.write(b);
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

5. 属性集

5.1 概述

java.util.Properties 继承于Hashtable ，来表示一个持久的属性集。它使用键值结构存储数据，每个键及其对应值都是一个字符串。该类也被许多Java类使用，比如获取系统属性时，System.getProperties 方法就是返回一个Properties对象。

5.2 Properties类

构造方法

public Properties() :创建一个空的属性列表。

基本的存储方法

  • public Object setProperty(String key, String value) ： 保存一对属性。
  • public String getProperty(String key) ：使用此属性列表中指定的键搜索属性值，返回搜索到的值
  • public Set<String> stringPropertyNames() ：返回所有键名称的集合。
    public class ProDemo {
  public static void main(String[] args) {
      // 创建属性集对象
      Properties pt = new Properties();
      // 添加键值对元素
      pt.setProperty("小梦","168");
      pt.setProperty("小明","175");
      pt.setProperty("小张","178");
      // 打印属性集对象
      System.out.println(pt);
      // 通过键获取值
      Set<String> set = pt.stringPropertyNames(); // 获取所以键，放入集合中
      for (String key:set){
          System.out.println(key+"-->"+pt.getProperty(key));
      }
  }
}
// result
{小明=175, 小张=178, 小梦=168}
小明-->175
小张-->178
小梦-->168

store方法

Properties集合中的方法store；用于把集合中的临时数据，持久化写入到硬盘中存储。

  • 构造方法
    • void store(OutPutStream out,String comments); 字节输出流，不能写入中文
    • void store(Write write,String comments); 字符输出流，可以写中文
    • String comments: 注释，用来解释说明保存的文件是做什么的，不能中文注释

代码示例：

public class ProDemo02 {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 1. 创建Properties集合对象，添加数据
        Properties pro = new Properties();
        pro.setProperty("小明","177");
        pro.setProperty("小立","181");
        pro.setProperty("小化","173");
        // 2. 创建字节输出流/字符输出流对象，绑定输出目的地。
        FileWriter fw = new FileWriter("D:\\IDEA_WorkSpace\\Demo\\Demo5_6\\prop.txt");
        // 3. 使用Properties集合中的方法store，把集合中的临时数据，写入到硬盘中
        pro.store(fw,"save data");
        // 4. 释放资源
        fw.close();
        /*
        prop.txt
            #save data
            #Tue May 07 20:47:14 CST 2019
            小明=177
            小立=181
            小化=173
         */
    }
}

load方法

可以使用Properties集合中的方法load，把硬盘中保存的文件(键值对形式的)，读取到集合中使用。

  • 构造方法：

    • void load(InputStream inStream); 字节输入流，不能读取含有中文的键值对
    • void load(Reader reader); 字符输入流，可以读取中文

  • 注意：

    1. 存储键值对的文件中，键与值的默认连接符号可以使用=，空格(其他符号)，一般使用=
    2. 存储键值对的文件中，可以使用# 做注释，注释的内容不会被读取
    3. 存储键值对的文件中，键值默认都是字符串，不需要再加引号

代码示例：

public class ProLoadMethod {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 1. 创建Properties集合对象
        Properties pro = new Properties();
        // 2. 使用Properties集合对象中的load方法来读取保存键值对的文件
        pro.load(new FileReader("D:\\IDEA_WorkSpace\\Demo\\Demo5_6\\prop.txt"));
        // 3.遍历Properties集合
        Set<String> set = pro.stringPropertyNames();
        for (String key:set){
            System.out.println(key + "-->" + pro.getProperty(key));
        }
    }
}

今日总结：

  1. IO的概述
  2. IO的分类：根据数据流向：输入流和输出流，根据数据类型：字节流和字符流。
  3. 字节输出流OutPutStream类的子类FileFileOutputStream类构造方法创建流对象的方式
  4. FileFileOutputStream类的基本方法write的三种使用方式
  5. 数据的追加续写：FileFileOutputStream类的第二个参数布尔值，true追加，false清空。
  6. 关于换行符的写入
  7. 字节输入流InputStream类的子类FileInputStream类
  8. FileInputStream类构造方法创建流对象的方式
  9. FileInputStream类的基本方法read的2种使用方式，读取字节和读取字节数组。
  10. 字符输入流Reader类的子类FileReader类
  11. FileReader类构造方法创建流对象的方式
  12. 读取字符数据的两种方式，读取字符和读取字符数据
  13. 字符输出流Write类的子类FileWrite类构造方法创建流对象的方式
  14. 使用write写出数据的方法：写出字符、写出字符数组写出字符串
  15. 关闭close()和刷新flush方法
  16. IO异常处理的优化方案
  17. 属性集的概述和使用
  18. Properties类的构造方法创建流对象
  19. 基本存储方法:setProperty(),getProperty(),stringPropertyNames()
  20. 读取load()和写入store()方法

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