初识Java 15-1 文件

w_pab2023-10-23 22:45

目录

文件和目录路径

选择Path的片段

分析Path

添加或删除路径片段

目录

文件系统

监听Path

查找文件

读写文件

本笔记参考自： 《On Java 中文版》

更多详细内容请查看官方文档。

Java 7优化了Java的I/O编程，具体的表现就是java.nio.file。其中，nio中的n原本表示"new"，现在则是指代"non-blocking"（非阻塞）。在此之后的Java 8还新增了流，因此现在可以较为轻松地使用Java的文件编程。

文件和目录路径

Path对象表示的是一个文件或目录的路径，它是在不同操作系统和文件系统之上的抽象。

这一对象存在的目的是，让我们在构建路径时++不必在意底层的操作系统++。换言之，我们的代码无须重写就能在不同的操作系统上运行。

在开始第一个示例之前，需要先介绍static get方法，它在java.nio.file.Paths类中进行了重载：

现在它能够接受一个String，或是一个URL（统一资源标志符），并将其转换为一个Path对象。

【例子：查看文件的信息】

java 复制代码 
import java.io.File;
import java.io.IOException;
import java.net.URI;
import java.nio.file.Files;
import java.nio.file.Path;

public class PathInfo {
    static void show(String id, Object p) {
        System.out.println(id + p);
    }

    static void info(Path p) {
        show("显示文件路径（toString）：", p);
        show("路径指向文件是否存在：", Files.exists(p));
        show("路径指向文件是否是常规文件：", Files.isRegularFile(p));
        show("路径是否指向目录：", Files.isDirectory(p));
        show("判断该路径是否为绝对路径：", p.isAbsolute());
        show("返回路径指向文件的名字：", p.getFileName());
        show("返回父路径（若路径不存在，返回null）：", p.getParent());
        show("当前路径的根：", p.getRoot());
        System.out.println("=========================");
    }

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(System.getProperty("os.name")); // 显示操作系统的名称

        info(Path.of(
                "./", "path", "to", "nowhere", "该文件不存在.txt"));

        Path p = Path.of("PathInfo.java");
        info(p);

        Path ap = p.toAbsolutePath(); // 返回绝对路径
        info(ap);
        info(ap.getParent());

        try {
            info(p.toRealPath()); // 返回p的实际路径
        } catch (IOException e) {
            System.out.println(e);
        }

        URI u = p.toUri();
        System.out.println("URI: " + u);
        Path puri = Path.of(u);
        System.out.println(Files.exists(puri));
        File f = ap.toFile(); // 注意：toFile生成的File对象表示的是一个文件，或者是目录
    }
}

程序执行的结果是：

"该文件不存在.txt"表示，我们可以描述一个不存在的文件，这就允许我们创建一条新的路径。

在上述的show()方法中，存在一条用来描述实际路径的语句。实际上，文档中对实际路径的定义较为模糊，因为这一路径取决于特定的文件系统。

最后是toFile()，这一方法的存在是为了向后兼容。它表示的是文件或者目录（就像Path）。

选择Path的片段

可以使用方法获取Path对象路径的各个部分：

【例子：获取Path的片段】

java 复制代码 
import java.nio.file.Path;

public class PartsOfPaths {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(System.getProperty("os.name"));

        System.out.println();
        Path p = Path.of("PartsOfPaths.java").toAbsolutePath();
        for (int i = 0; i < p.getNameCount(); i++)
            System.out.println(p.getName(i));
        System.out.println("此路径是否以【.java】结尾：" + p.endsWith(".java"));

        System.out.println();
        for (Path pp : p) {
            System.out.println("当前路径是否以【"+pp+"】为开始："+p.startsWith(pp));
            System.out.println("当前路径是否以【"+pp+"】结尾："+p.endsWith(pp));
            System.out.println("---------------");
        }

        System.out.println("是否以【" + p.getRoot() +
                "】作为路径起点：" + p.startsWith(p.getRoot()));
    }
}

程序执行的结果是：

因为Path可以生成Iterator，因此我们可以使用for-in来遍历整个Path。这里有一个问题，尽管路径确实以.java结尾，但是endsWith()方法的结果依旧是false。这是因为endsWith()会比较整个路径组件，而不是路径中单一的子串，for-in循环验证了这一点。

另外，当我们对Path进行遍历时，并没有包含根目录。当我们使用startsWith()检查根目录时，我们获得了true。

分析Path

files工具包中存在许多用来检查Path信息的方法：

【例子：检查Path的信息】

java 复制代码 
import java.io.IOException;
import java.nio.file.FileSystems;
import java.nio.file.Files;
import java.nio.file.Path;

public class PathAnalysis {
    static void say(String id, Object result) {
        System.out.print(id + ": ");
        System.out.println(result);
    }

    public static void main(String[] args)
            throws IOException {
        System.out.println(System.getProperty("os.name"));

        System.out.println();
        Path p =
                Path.of("PathAnalysis.java").toAbsolutePath();

        say("是否存在", Files.exists(p));
        say("是否是一个目录：", Files.isDirectory(p));
        say("是否是一个常规文件", Files.isRegularFile(p));
        say("是否可执行：", Files.isExecutable(p));
        say("是否可读：", Files.isReadable(p));
        say("是否可写", Files.isWritable(p));
        say("按当前路径定位的文件是否存在：", Files.notExists(p));
        say("是否是被隐藏的：", Files.isHidden(p));
        say("文件的大小（以字节为单位）：", Files.size(p));
        say("文件所在存储区的FileStore（卷）：", Files.getFileStore(p));
        say("文件上次修改的时间：", Files.getLastModifiedTime(p));
        say("文件的所有者：", Files.getOwner(p));
        say("文件的内容类型：", Files.probeContentType(p));

        say("是否是一个符号链接：", Files.isSymbolicLink(p));
        if (Files.isSymbolicLink(p))
            say("读取当前符号链接：", Files.readSymbolicLink(p));
        if (FileSystems.getDefault()
                .supportedFileAttributeViews().contains("posix"))
            say("文件的POSIX文件权限：", Files.getPosixFilePermissions(p));
    }
}

程序执行的结果是：

最后一项测试，若系统不支持Posix，会得到一个运行时异常。

添加或删除路径片段

Java++允许++ 我们通过对Path对象进行++路径片段的增删++ 来构建Path对象。对应增删的有两个方法：

  • relativize()：可用来删除基准路径，基准路径由使用者自己决定（只有当Path是绝对路径时，才能作为该方法的参数）。
  • resolve()：可用来增加路径片段。

【例子：Path的增删】

java 复制代码 
import java.io.IOException;
import java.nio.file.Path;

public class AddAndSubtractPaths {
    // 自定义基准路径
    static Path base = Path.of("..", "..", "..")
            .toAbsolutePath()
            .normalize(); // 消除路径中的冗余元素

    static void show(int id, Path result) {
        if (result.isAbsolute())
            System.out.println("绝对路径(" + id + ") "
                    + base.relativize(result));
        else
            System.out.println("(" + id + ") " + result);

        try {
            System.out.println("实际路径：" + result.toRealPath());
        } catch (IOException e) {
            System.out.println(e);
        }
        System.out.println("-------------");
    }

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(System.getProperty("os.name"));

        System.out.println();
        System.out.println("base: " + base);
        Path p = Path.of("AddAndSubtractPaths.java")
                .toAbsolutePath();
        show(1, p);

        Path convoluted = p
                .getParent()
                .getParent()
                .resolve("strings")
                .resolve("..")
                .resolve(p.getParent().getFileName());
        show(2, convoluted);

        show(3, convoluted.normalize());

        Path p2 = Path.of("..", "..");
        show(4, p2);
        show(5, p2.normalize());
        show(6, p2.toAbsolutePath().normalize());

        Path p3 = Path.of(".").toAbsolutePath();
        Path p4 = p3.resolve(p2);
        show(7, p4);
        show(8, p4.normalize());

        Path p5 = Path.of("").toAbsolutePath();
        show(9, p5);
        show(10, p5.resolveSibling("strings"));
        show(11, Path.of("不存在的路径"));
    }
}

程序执行的结果是：

目录

Files工具类包含了操作目录和文件的大部分操作。但遗憾的是，其中并没有用于删除目录树的工具。下面是一个删除目录树的例子：

【例子：删除目录树】

java 复制代码 
package onjava;

import java.io.IOException;
import java.nio.file.FileVisitResult;
import java.nio.file.Files;
import java.nio.file.Path;
import java.nio.file.SimpleFileVisitor;
import java.nio.file.attribute.BasicFileAttributes;

public class Rmdir {
    public static void rmdir(Path dir)
            throws IOException {
        Files.walkFileTree(dir, // 遍历目录树
                // 访问目录中的文件
                new SimpleFileVisitor<Path>() {
                    @Override
                    public FileVisitResult visitFile(Path file,
                                                     BasicFileAttributes attrs)
                            throws IOException {
                        Files.delete(file); // 删除文件
                        return FileVisitResult.CONTINUE;
                    }

                    // 该方法在访问了目录的所有条目后调用
                    @Override
                    public FileVisitResult postVisitDirectory(Path dir,
                                                              IOException exc)
                            throws IOException {
                        Files.delete(dir); // 删除目录
                        return FileVisitResult.CONTINUE;
                    }
                });
    }
}

walkFileTree的意思是查找每个子目录和文件，也就是遍历。

这种访问者 的设计模式提供了一个访问集合中的每个对象的标准机制，它要求我们提供需要在每个对象上执行的动作。而这一动作又取决于我们如何实现FileVisitor。

FileVisitor接口包含了以下方法：

  • preVisitDirectory()：先处理当前目录，再进入这个目录下的文件和目录中。
  • visitFile()：在这个目录下的每个文件上运行。
  • visitFileFailed()：当文件无法访问时调用。
  • postVisitDirectory()：先进入这个目录下的文件和目录中（包括子目录），最后处理当前目录。

java.nio.file.SimpleFileVisitor为所有这些方法提供了默认的定义。上述例子仅仅简单（而不规范）地重写了这些方法。

下面的例子会根据一个基准目录test，通过旋转parts生成不同的子目录路径：

【例子：生成子目录】

java 复制代码 
import onjava.RmDir;

import java.nio.file.FileSystems;
import java.nio.file.Files;
import java.nio.file.Path;
import java.util.Arrays;
import java.util.Collections;
import java.util.List;

public class Directories {
    static Path test = Path.of("test"); // 生成一个基准目录test的Path对象
    static String sep = // 获取默认文件系统的分隔符（在Windows中，就是【/】）
            FileSystems.getDefault().getSeparator();

    static List<String> parts =
            Arrays.asList("foo", "bar", "baz", "bag");

    static Path makeVariant() {
        Collections.rotate(parts, 1); // 将parts中的元素进行旋转
        return Path.of("test", String.join(sep, parts)); // 通过分隔符sep连接parts中的元素，形成字符串
    }

    static void refreshTestDir()
            throws Exception {
        if (Files.exists(test)) // 若文件存在
            RmDir.rmdir(test);
        if (!Files.exists(test)) // 再次检查
            Files.createDirectory(test);
    }

    public static void main(String[] args)
            throws Exception { 
        refreshTestDir(); // 检测test是否已经存在
        Files.createFile(test.resolve("Hello.txt")); // 根据路径创建一个文件
        Path variant = makeVariant();

        try {
            Files.createDirectory(variant); // 只能用于创建单层目录
        } catch (Exception e) {
            System.out.println("无法正常工作（目录层次太多）");
        }

        populateTestDir();

        Path tempdir =
                Files.createTempDirectory(test, "DIR_"); // 使用给定前缀创建目录
        Files.createTempFile(tempdir, "pre", ".non"); // 使用给定的前缀和后缀生成文件
        Files.newDirectoryStream(test) // 一个流，用以迭代目录中的所有条目
                .forEach(System.out::println);
        System.out.println("============");

        Files.walk(test) // 遍历目录树
                .forEach(System.out::println);
    }

    static void populateTestDir()
            throws Exception {
        for (int i = 0; i < parts.size(); i++) {
            Path variant = makeVariant();
            if (!Files.exists(variant)) {
                Files.createDirectories(variant); // 与createDirectory的不同之处在于，不会因为目录已经存在而抛出异常
                Files.copy(Path.of("Directories.java"),
                        variant.resolve("File.txt")); // 将Directories.java的内容复制到File.txt中
                Files.createTempFile(variant, null, null); // 在临时目录中创建一个空文件
            }
        }
    }
}

程序执行的结果是：

若一个目录已经存在，此时调用createDirectory()将会产生异常。因此在创建目录之前最好检查一下。另外，该方法++只能用于创建单层目录++ ，所以当我们传入一个包含许多层次的variant时，我们捕获了异常。

再说一下newDirectoryStream()和walk()的区别，这两者都会生成一个关于目录的流。但从结果就可以看出，newDirectoryStream()中只有test目录下的内容，并没有进入目录内部，而walk()可以做到这点。

文件系统

获取文件系统信息的方式有3种：

  • 通过FileSystems工具来获取"默认"的文件系统信息。
  • 通过Path对象的getFileSystem()来获取创建这个路径对象的文件系统的信息。

另外，我们还可以通过给定的URI获得或构建一个文件系统。

【例子：获取文件系统的信息】

java 复制代码 
import java.nio.file.FileStore;
import java.nio.file.FileSystem;
import java.nio.file.FileSystems;
import java.nio.file.Path;

public class FileStstemDemo {
    static void show(String id, Object o) {
        System.out.println(id + ": " + o);
    }

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(System.getProperty("os.name"));

        System.out.println();
        FileSystem fsys = FileSystems.getDefault(); // 获取默认的文件系统
        for (FileStore fs : fsys.getFileStores()) // 获取底层（即硬盘上的）文件存储流
            show("文件存储", fs);
        for (Path rd : fsys.getRootDirectories()) // 获取根目录的流
            show("根目录的路径", rd);
        show("名称分隔符", fsys.getSeparator());

        System.out.println();
        show("此系统的UserPrincipalLookupService",
                fsys.getUserPrincipalLookupService());
        show("此文件系统是否打开", fsys.isOpen());
        show("此文件存储区是否是只读访问", fsys.isReadOnly());
        show("创建此文件系统的提供程序", fsys.provider());
        show("此文件系统支持的文件属性视图", fsys.supportedFileAttributeViews());
    }
}

程序执行的结果是（由于Linux的文件存储过长，故不做展示）：

监听Path

FileSystem还提供了WatchService，通过它我们能够监听目录的变化。

【例子：监听一个目录】

java 复制代码 
import java.io.IOException;
import java.nio.file.*;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

import static java.nio.file.StandardWatchEventKinds.*;

public class PathWatcher {
    static Path test = Path.of("test");

    static void delTxtFiles() {
        try {
            Files.walk(test)
                    .filter(f -> // 删除所有以.txt结尾的文件
                            f.toString().endsWith(".txt"))
                    .forEach(f -> {
                        try {
                            System.out.println("正在删除：" + f);
                            Files.delete(f);
                        } catch (IOException e) {
                            throw new RuntimeException(e);
                        }
                    });
        } catch (IOException e) { // 因为一些原因，Java会要求我们在内部和外部都捕获异常
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }

    public static void main(String[] args)
            throws Exception {
        Directories.refreshTestDir(); // 创建目录
        Directories.populateTestDir();
        Files.createFile(test.resolve("Hello.txt"));

        WatchService watcher =
                FileSystems.getDefault().newWatchService(); // 创建一个新的监听
        test.register(watcher, ENTRY_DELETE); // 向监听服务watcher注册test，监听删除行为

        // 创建一个单线程执行器，在给定时延后运行delTxtFiles
        Executors.newSingleThreadScheduledExecutor()
                .schedule(
                        PathWatcher::delTxtFiles,
                        250, TimeUnit.MILLISECONDS);

        WatchKey key = watcher.take(); //检索、删除（并返回）下一个监听标识
        // 将监听的事件逐个打印
        for (WatchEvent evt : key.pollEvents()) {
            System.out.println(
                    "事件所处上下文: " + evt.context() +
                            "\n事件计数: " + evt.count() +
                            "\n事件类型: " + evt.kind());
            System.exit(0);
        }
    }
}

程序执行的结果是：

在delTxtFiles()中，需要显式地调用f.toString()，否则endWith()会比较整个Path对象，而不是用其字符串表示的名字部分。

FileSystem创建了一个WatchSerive：

可以将需要监听的事件（将其组成参数列表）传输给test.register()进行注册。可以注册三种事件：

  • 创建：ENTRY_CREATE
  • 删除：ENTRY_DELETE
  • 修改：ENTRY_MODIFY

（注意，删除和创建并不算做修改）

当我们使用watcher.take()进行监听时，程序会停留在这里等待知道预订的事件出现（串行执行）。此时若没有外力介入删除其监听的文件，程序就不会继续执行。因此，我们需要并行执行delTxtFiles()：

通过这条语句，我们设置了一个执行器。schedule()操作允许我们指定方法，在给定时间后执行它。此时我们调用watch.take()，主线程会等待，直到删除操作发生。

注意： WatchService只会监听当前目录，这意味着就算这个目录存在子目录，其中发生的任何事也不会被该WatchService中监听。

因此，若想要监听整个目录树，就必须为所有的子目录都设置一个WatchSerive：

【例子：监听整个目录树】

java 复制代码 
import java.io.IOException;
import java.nio.file.*;
import java.util.concurrent.Executors;

import static java.nio.file.StandardWatchEventKinds.*;

public class TreeWatcher {
    static void watchDir(Path dir) {
        try {
            WatchService watcher =
                    FileSystems.getDefault().newWatchService();
            dir.register(watcher, ENTRY_DELETE);
            Executors.newSingleThreadScheduledExecutor().submit(() -> { // 直接运行任务
                try {
                    WatchKey key = watcher.take();
                    for (WatchEvent evt : key.pollEvents()) {
                        System.out.println(
                                "事件所处上下文: " + evt.context() +
                                        "\n事件计数: " + evt.count() +
                                        "\n事件类型: " + evt.kind());
                        System.exit(0);
                    }
                } catch (InterruptedException e) {
                    return;
                }
            });
        } catch (IOException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }

    public static void main(String[] args)
            throws Exception {
        Directories.refreshTestDir();
        Directories.populateTestDir();
        Files.walk(Path.of("test"))
                .filter(Files::isDirectory)
                .forEach(TreeWatcher::watchDir);
        PathWatcher.delTxtFiles();
    }
}

程序执行的结果是：

这次我们为每一个进程单独设置了一个WatchService。并且没有推迟任务运行，而是通过submit()操作让任务即刻生效。

查找文件

在此之前，我们使用Path的toString()和String的操作来查看结果。但java.nio.file提供了一个更好的方案：PathMatcher。FileSystem对象有一个getPathMatcher()，通过它我们能获取一个PathMatcher。

从图片的描述中可以发现，这个方法有一个参数，我们能够选择一个模式并且传给它。模式的两个选项分别为glob和regex，这里会展示前者的用法。

下面的例子会通过使用glob来查找所有文件以.tmp或.txt结尾的Path。

【例子：使用getPathMatcher】

java 复制代码 
import java.nio.file.FileSystems;
import java.nio.file.Files;
import java.nio.file.Path;
import java.nio.file.PathMatcher;

public class Find {
    public static void main(String[] args)
            throws Exception {
        Path test = Path.of("test");
        Directories.refreshTestDir();
        Directories.populateTestDir();
        // 创建一个目录（而不是文件）：
        Files.createDirectory(test.resolve("dir.tmp"));

        PathMatcher matcher1 = FileSystems.getDefault()
                .getPathMatcher("glob:**/*.{tmp,txt}"); // 匹配目录树中，所有以.tmp或.txt结尾的文件
        Files.walk(test)
                .filter(matcher1::matches) // 匹配成功则进行打印
                .forEach(System.out::println);
        System.out.println("==============");

        PathMatcher matcher2 = FileSystems.getDefault()
                .getPathMatcher("glob:*.tmp");
        Files.walk(test)
                .map(Path::getFileName) // 使用map()操作将路径缩减至最后的名字
                .filter(matcher2::matches)
                .forEach(System.out::println);
        System.out.println("==============");

        Files.walk(test)
                .filter(Files::isRegularFile)
                .map(Path::getFileName)
                .filter(matcher2::matches)
                .forEach(System.out::println);
    }
}

程序执行的结果是：

介绍一下glob表达式。在使用glob时，可以使用类似于正则表达式的语言进行匹配（此处根据上述例子进行简单介绍，若需要详细了解，可前往官方文档）：

规则（字符） 解释
* 匹配任何名称，但不会跨越目录边界（不会进入子目录）。
** 匹配零个或多个字符（例如：**/代表"所有子目录"）。
? 和正则表达式中的类似，可以完全匹配一个字符。
/ 用于转义。
[ ] 将一组字符与名称中的单个字符进行匹配。
{ } 内部是一组子模式。每次从中取出一个子串进行匹配（子串之间用【 , 】进行分隔）。

注意： 在第一次和第二次的walk()中，我们都看到了dir.tmp，尽管它是一个文件（而非目录）。若只需要文件，那么应该像最后一次的walk()那样进行过滤。

读写文件

java.nio.file.Files类包含了方便读写文本文件和二进制文件的工具函数。

若一个文件是较小的（内存中放得下），那么我们可以使用Files.readAllLines()一次性读入整个文件，并且生成一个List<String>。

【例子：读取文件】

设置一个需要读取的文件Cheese.dat（假设它被放在data文件夹中）：

对其进行读取：

java 复制代码 
// 位于files文件夹中，files文件夹和data文件夹处于同一目录中
import java.nio.file.Files;
import java.nio.file.Path;

public class ListOfLines {
    public static void main(String[] args)
            throws Exception {
        Files.readAllLines(
                Path.of("../data/Cheese.dat"))
                .stream()
                .filter(line -> !line.startsWith("//"))
                .map(line -> line.substring(0, line.length() / 2))
                .forEach(System.out::println);
    }
}

程序执行的结果是：

注释行被跳过了，并且其他行只被打印了一半。

readAllLines()还有一个重载的版本，包含一个Charset参数，用于确定文件的Unicode编码。

除此之外，还可以使用Files.write()的重载方法。这些重载支持byte数组或任何实现了Iterable接口的类的对象。

【例子：写入数组或对象】

java 复制代码 
import java.nio.file.Files;
import java.nio.file.Path;
import java.util.List;
import java.util.Random;

public class Writing {
    static Random rand = new Random(47);
    static final int SIZE = 1000;

    public static void main(String[] args)
            throws Exception {
        // 将字节写入一个文件：
        byte[] bytes = new byte[SIZE];
        rand.nextBytes(bytes);
        Files.write(Path.of("bytes.dat"), bytes);
        System.out.println("bytes.dat: " +
                Files.size(Path.of("bytes.dat")));

        // 将实现了Iterable接口的类的对象写入文件：
        List<String> lines = Files.readAllLines(
                Path.of("../data/Cheese.dat"));
        Files.write(Path.of("Cheese.txt"), lines);
        System.out.println("Cheese.txt: " +
                Files.size(Path.of("Cheese.txt")));
    }
}

程序执行的结果是：

目录中已经出现我们创建的文件了：

这里，我们需要提出一个疑问：如果文件太大了怎么办？一个好的办法是每次只使用文件的一部分，这时候就需要使用到流了。

Files.lines()可以将一个文件转变成一个++由行组成的流++。

【例子：文件的输入流】

java 复制代码 
import java.nio.file.Files;
import java.nio.file.Path;

public class ReadLineStream {
    public static void main(String[] args)
            throws Exception {
        Files.lines(Path.of("PathInfo.java")) // 指定一个文件
                .skip(13) // 跳过13行
                .findFirst()
                .ifPresent(System.out::println);
    }
}

程序执行的结果是：

上述程序完成了一个输入流 ，而下面的例子会展示在流中进行读取、处理和写入的过程：

【例子：使用流处理文件】

java 复制代码 
import java.io.IOException;
import java.io.PrintWriter;
import java.nio.file.Files;
import java.nio.file.Path;
import java.util.stream.Stream;

public class StreamInAndOut {
    public static void main(String[] args) {
        try (
                Stream<String> input =
                        Files.lines(Path.of("StreamInAndOut.java"));
                PrintWriter output = // 指定输出流
                        new PrintWriter("StreamInAndOut.txt");
        ) {
            input.map(String::toUpperCase)
                    .forEachOrdered(output::println);
        } catch (IOException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }
}

PrintWriter来自于java.io类，用于向指定文件打印信息。可以观察StreamInAndOut.txt：

所有内容确实转变为了大写形式。

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