数栈产品中的代码编译器

我们是袋鼠云数栈 UED 团队，致力于打造优秀的一站式数据中台产品。我们始终保持工匠精神，探索前端道路，为社区积累并传播经验价值。
本文作者：奇铭

前言

目前数栈的多个产品中都支持在线编辑 SQL 来生成对应的任务。比如离线开发产品和实时开发产品。在使用 MonacoEditor 为编辑器的基础上，我们还支持了如下几个重要功能：

• 多种 SQL 的语法高亮
• 多种 SQL 的报错提示（错误位置飘红）
• 多种 SQL 的自动补全（智能提示）

本文旨在讲解上述功能的实现思路，对于技术细节，由于篇幅原因不会阐述的太详细。

Monaco Languages

Monaco Editor 内置的 languages

Monaco Editor 内置了相当多的 languages，比如 javaScript、CSS、Shell 等。

Monaco Editor 依赖包的 ESM 入口文件为 ./esm/vs/editor/editor.main.ts

而在这个文件中，Monaco Editor 引入了所有内置的 Languages。

这里 languages 文件可以分为两类，一类是../language文件夹下的，支持自动补全和飘红提示功能；另一类则是../basic-languages文件夹下的，不支持自动补全功能和飘红提示功能。

使用内置的 Language 功能

以使用 typescript 为例

import { editor } from 'monaco-editor';

const container = document.getElementById('container');

editor.create(container, {
    language: 'typescript'
})

此时我们会发现，我们的编辑器已经有语法高亮的功能了，但是浏览器控制台会抛异常，另外也没有自动补全功能和飘红提示功能，

这其实是因为，Monaco Editor 无法加载到 language 对应的 worker，对应的解决办法看这里： Monaco integrate-esm。

这里我们使用 Using plain webpack的方式，首先将对应的 worker 文件设置为 webpack entry

module.exports = {
    entry: {
        index: path.resolve( __dirname, './src/index.ts'),
        'editor.worker': 'monaco-editor/esm/vs/editor/editor.worker.js',
        'ts.worker': 'monaco-editor/esm/vs/language/typescript/ts.worker.js'
    },
}

另外还需要设置 Monaco Editor 的全局环境变量，这主要是为了告诉 Monaco Editor 对应的 worker 文件的路径

import { editor } from 'monaco-editor';

(window as any).MonacoEnvironment = {
	getWorkerUrl: function (_moduleId, label) {
		switch (label) {
			case 'flink': {
				return './flink.worker.js';
			}
			case 'typescript': {
				return './ts.worker.js'
			}
			default: {
				return './editor.worker.js';
			}
		}
	}
};

const container = document.getElementById('container');

editor.create(container, {
    language: 'typescript'
})

这样一个具有语法高亮、自动补全、飘红提示 功能的 typescript 编辑器就设置好了

小结分析

首先上文中提到了当我们直接从 Monaco Editor 的入口文件中导入时，会自动的引入所有内置的 Languages，但是实际上这其中绝大都是我们不需要的，而由于其导入方式，很显然我们不需要的 languages 也无法被 treeShaking。要解决这个问题我们可以选择从 monaco-editor/esm/vs/editor/editor.api 文件中导入Monaco Editor 核心 API，然后通过 monaco-editor-webpack-plugin 来按需导入所需要的功能。另外这个插件也可以自动处理Monaco Editor 内置的 worker 文件的打包问题，以及自动注入 MonacoEnvironment全局环境变量。

自定义 Language

注册Language

Monaco Editor 提供了 monaco.languages.register方法，用来自定义 language

/**
 * Register information about a new language.
 */
export function register(language: ILanguageExtensionPoint): void;

export interface ILanguageExtensionPoint {
  id: string;
  extensions?: string[];
  filenames?: string[];
  filenamePatterns?: string[];
  firstLine?: string;
  aliases?: string[];
  mimetypes?: string[];
  configuration?: Uri;
}

第一步，我们需要注册一个 language， 配置项中 id 对应的就是语言名称（其他配置项可以暂时不填），这里自定义的 language 名为 myLang

import { editor, languages } from 'monaco-editor';

languages.register({
    id: "myLang"
});

const container = document.getElementById('container');

editor.create(container, {
    language: 'myLang'
})

此时可以发现，页面上的编辑器没有任何其他附加功能，就是普通的文本编辑器。

设置 Language

通过 monaco.languages.setLanguageConfiguration，可以对 language 进行配置

/**
 * Set the editing configuration for a language.
 */
export function setLanguageConfiguration(
  languageId: string,
  configuration: LanguageConfiguration
): IDisposable;

/**
 * The language configuration interface defines the contract between extensions and
 * various editor features, like automatic bracket insertion, automatic indentation etc.
 */
export interface LanguageConfiguration {
    comments?: CommentRule;
    brackets?: CharacterPair[];
    wordPattern?: RegExp;
    indentationRules?: IndentationRule;
    onEnterRules?: OnEnterRule[];
    autoClosingPairs?: IAutoClosingPairConditional[];
    surroundingPairs?: IAutoClosingPair[];
    colorizedBracketPairs?: CharacterPair[];
    autoCloseBefore?: string;
    folding?: FoldingRules;
}

这些配置会影响 Monaco Editor 的一些默认行为，比如设置 autoClosingPairs中有一项为一对圆括号，那么当输入左圆括号后，会自动补全右圆括号。

import { languages } from "monaco-editor";
const conf: languages.LanguageConfiguration = {
  comments: {
    lineComment: "--",
    blockComment: ["/*", "*/"],
  },
  brackets: [
    ["(", ")"],
  ],
  autoClosingPairs: [
    { open: "(", close: ")" },
    { open: '"', close: '"' },
    { open: "'", close: "'" },
  ],
  surroundingPairs: [
    { open: "(", close: ")" },
    { open: '"', close: '"' },
    { open: "'", close: "'" },
  ],
};

languages.setLanguageConfiguration('myLang', conf)

高亮功能

Monarch

Moanco Editor 内置了 Monarch，用于实现语法高亮功能，它本质上是一个有限状态机，我们可以通过JSON的形式来配置其状态流转逻辑，并通过monaco.languages.setMonarchTokensProvider API 应用该配置。关于Monarch 的具体用法可以看一下这篇文章 以及Monarch Document。

配置中最重要的是 tokenizer属性，意思是分词器，分词器会自动对编辑器内部的文本进行分词处理，每个分词器都有一个 root state，在 root state 中可以有多条规则，规则内部可以引用其他 state。

下面是一个简单的配置示例

import { languages } from "monaco-editor";
export const language: languages.IMonarchLanguage = {
	ignoreCase: true,
	tokenizer: {
		root: [
			{ include: '@comments' }, // 引用下面的 comments 规则
			{ include: '@whitespace' }, // 引用下面的 whiteSpace 规则
			{ include: '@strings' },// 引用下面的 strings 规则
		],
		whitespace: [[/\s+/, 'white']],
		comments: [
			[/--+.*/, 'comment'],
			[/\/\*/, { token: 'comment.quote', next: '@comment' }]
		],
		comment: [
			[/[^*/]+/, 'comment'],
			[/\*\//, { token: 'comment.quote', next: '@pop' }],
			[/./, 'comment']
		],
		strings: [
			[/'/, { token: 'string', next: '@string' }]
		],
		string: [
			[/[^']+/, 'string'],
			[/''/, 'string'],
			[/'/, { token: 'string', next: '@pop' }]
		],
	}
};

languages.setMonarchTokensProvider("myLang", language);

上面的配置中 root 下面有三条规则分别匹配 注释（comments）、字符串（strings） 以及空白字符（whiteSpace）， 每条规则可以大体分为两部分：

• 匹配方式，比如说正则
• 对应的 token 类型（任意字符串）

比如上述配置中 tokenizer.comments 规则

  comments: [
    [/--+.*/, 'comment'], // 左边是正则表达式用来匹配文本，右边是该规则对应的 token 名称
    [/\/\*/, { token: 'comment.quote', next: '@comment' }] // 左边是正则表达式用来匹配文本，右边显示声明对应的 token 名称
  ],

配置了如上 Monarch 之后，在编辑器内部输入注释或者字符串，那么Monaco editor 就会根据输入的内容进行分词处理

可以看到目前字符串和注释已经被高亮了。这里有一个新的问题，不同类型的分词的颜色是怎么设置的？

Monaco Theme

从上图中右侧的 Elements 面板中可以看到，不同类型的分词，对应的标签的 className 不同，它们是由 Monarch 配置中的 token 映射而来的。MonacoEditor 内置了一些 Theme，默认的 Theme 是 vs，而默认的 theme 中已经设置了上述 Monarch 中的 token 对应的颜色，所以我们应用上述配置后，对应的分词直接就有了高亮颜色。

我们可以通过 monaco.editor.defineTheme 来定义一种新的 theme，如下例所示：

editor.defineTheme('myTheme', {
    base: 'vs',
    inherit: true,
    rules: [
        { token: 'comment', foreground: 'ff4400' },
        { token: 'string', foreground: '0000ff' }
    ],
    colors: {
    },
});

// xxxx

editor.create(container, {
  language: "myLang",
  theme: "myTheme"
});

这里将注释设置为红色，字符串设置为蓝色，显示效果如下图所示

飘红提示

飘红提示的功能就是在代码错误的位置打上标记（一般是红色波浪线），可以通过 monaco.editor.setModelMarkers API 来实现。比如我们想为 第1行的第1个字符到第2行的第2个字符 之间打上错误标记：

const editorIns = editor.create(container, {
  language: "myLang",
  theme: "myTheme",
  value: 
`hello
world`
});

const model = editorIns.getModel();

editor.setModelMarkers(model, 'myLang', [
	{
		startLineNumber: 1,
		startColumn: 1,
		endLineNumber: 2,
		endColumn: 2,
		message: "语法错误",
		severity: MarkerSeverity.Error
	}
])

severity 是标记类型，message 是提示信息，效果如下所示。

到此为止，实现了飘红的功能，但是没有实现在语法错误处飘红的功能，这需要额外的语法解析器支持，会在下文中讲到。

自动补全功能

Monaco Editor 提供了 monaco.languages.registerCompletionItemProvider API 来实现自动补全功能

import { editor, languages, MarkerSeverity, Position, CancellationToken, Range  } from "monaco-editor";

languages.registerCompletionItemProvider('myLang', {
	triggerCharacters: ['.', '*'],
	provideCompletionItems(
		model: editor.IReadOnlyModel,
		position: Position,
		context: languages.CompletionContext,
		token: CancellationToken
	){
		const wordInfo = model.getWordUntilPosition(position);
        const wordRange = new Range(
            position.lineNumber,
            wordInfo.startColumn,
            position.lineNumber,
            wordInfo.endColumn
        );
    		return new Promise((resolve) => {
    			resolve({
    				suggestions: [
    					{
    						label: "SELECT",
    						kind: languages.CompletionItemKind.Keyword,
    						insertText: "SELECT",
    						range: wordRange,
    						detail: '关键字',
    					},
    					{
    						label: "SET",
    						kind: languages.CompletionItemKind.Keyword,
    						insertText: "SET",
    						range: wordRange,
    						detail: '关键字',
    					},
    					{
    						label: "SHOW",
    						kind: languages.CompletionItemKind.Keyword,
    						insertText: "SHOW",
    						range: wordRange,
    						detail: '关键字',
    					},
    				]
    			})
    		})
	}
})

registerCompletionItemProvider 接受两个参数，第一个参数是 languageId 也就是 language 名称，

第二个参数是一个 CompletionItemProvider，CompletionItemProvider中 triggerCharacters用来配置触发自动补全的字符有哪些，而 provideCompletionItems则是一个函数，它接收 Monaco Editor 提供的当前的上下文信息，返回自动补全项列表。如上例中返回了三个自动补全项，那么当我们在编辑器中输入 S时，就会出现配置的自动补全项候选菜单。

通过这个 API 我们可以实现一种语言的关键字自动补全，只需要在CompletionItemProvider中返回该语言所有的关键字对应的自动补全项即可。

但是registerCompletionItemProvider目前做不到根据语义进行自动补全。

比如用户写一段 flinkSQL，当用户输入完 CREATE 关键字并按下空格后，应该出现的自动补全项应该是只有TABLE、CATALOG、DATABASE、FUNCTION、 VIEW。

再比如当用户输入 SELECT * FROM 时，后面应该提示表名而不是其他无关的关键字。与上文中的飘红提示一样，这些语义信息需要单独的语法解析器来分析。

小结分析

到此为止，在**自定义 language **这一节中，我们已经了解了，在 Monaco Editor 中如何实现自定义语言的 语法高亮、错误处飘红提示、自动补全。

在数栈产品中，本节讲到的功能都通过引入 monaco-sql-languages 依赖来实现，这是我们数栈 UED 团队自研的开源项目，目前已经支持多种 SQL Languages。

由于目前为止没有实现自定义 language 的语义分析功能，导致目前实现的编辑器不够智能。 另外，对于第一节中提到的 web worker ，在第二节中也没有有提到，实际上 Monaco Editor 自带的 web worker，也都是为了实现 language 的语义分析功能，下一节将阐述这一部分内容。

SQL Parser

要实现语义分析功能，很显然我们需要一个语法解析器。除了基本的语法解析的基础功能以外，我们还需要

• 语法错误收集，收集编辑器中文本的语法错误信息，用于错误飘红提示功能。
• 推断文本中指定位置的候选项列表，对于编辑器来说，指定位置一般就是光标所在位置。候选项是指在光标所在的位置应该要写什么。比如 SQL 中 SELECT 关键字后面可以跟字段或者函数，那么我们所要实现的 sql parser 就应该提示出在 SELECT 关键字后面的候选项应该是字段或者函数。

实现基础的 SQL Parser

Antlr4 语法文件

我们使用 Antlr4 来实现一个基本的 SQL Parser。Antlr4 是一个强大的解析器生成器，它能根据用户自定义的语法文件来生成对应的解析器。Antlr4 的语法文件为 .g4文件，内部可以包含多条规则，规则可以分为词法规则和语法规则，词法规则用于生成词法分析器，语法规则用于生成语法解析器。

例，我们现在写一份语法规则，匹配最简单的 SELECT 语句（不包括子查询、别名等规则），比如

SELECT * FROM table1;  -- eg1

SELECT table2.name, age FROM schema2.table2; -- eg2

那么在antlr4中这份语法文件应该这样写：

grammar SelectStatement;

/** 语法规则 begin */
program: selectStatement? EOF;

// 声明 语句的匹配规则
selectStatement: KW_SELECT columnGroup KW_FROM tablePath SEMICOLON?;

// 声明 语句中字段部分的匹配规则，字段部分可能为 col1, col2 的形式
columnGroup: columnPath (COMMA columnPath)*;

// 声明 字段名匹配规则，字段名有可能为 db.table.col 或者 * 的形式
columnPath: dot_id | OP_STAR; 

// 声明 表名匹配规则，表名有可能为 db.table 的形式
tablePath: dot_id; 

// 匹配 id.id 形式的标识符号
dot_id: IDENTIFIER_LITERAL (DOT IDENTIFIER_LITERAL)*; 
/** 语法规则 end */ 


/** 词法规则 begin */
KW_SELECT:          'SELECT'; // 匹配 SELECT 关键字
KW_FROM:            'FROM'; // 匹配 FROM 关键字
OP_STAR:            '*'; // 匹配 * 
DOT:                '.'; // 匹配 .
COMMA:              ','; // 匹配 ,
SEMICOLON:          ';'; // 匹配 ;
IDENTIFIER_LITERAL: [A-Z_a-z][A-Z_0-9a-z]*; // 匹配标识符

WS:                 [ \t\n\r]+ -> skip ; // 忽略空格换行等空白字符
/** 词法规则 end */

语法规则的编写格式类似于EBNF。

然后运行 antlr4 命令，根据所写的语法文件生成对应的解析器。可以直接使用官方文档中提供的方式 antlr4 typescript-target doc ，或者直接使用社区提供的 antlr4ts包，这里以使用 antlr4ts 为例。

生成的文件结果如下所示：

使用 Antlr4 生成的 Parser

在使用Antlr4 的生成的 Parser 之前我们需要安装，Antlr4 的运行时包。你可以将 Antlr4 的运行时包 与通过语法文件生成的parser文件之间的关系，类比为 react 和 react-dom之间的关系。这里以使用 antlr4ts 为运行时

import { CommonTokenStream, CharStreams } from 'antlr4ts';
import { SelectStatementLexer } from '../lib/selectStatement/SelectStatementLexer';
import { SelectStatementParser } from '../lib/selectStatement/SelectStatementParser';

class SelectParser {
  private createLexer(input: string) {
    const inputStream = CharStreams.fromString(input);
    const lexer = new SelectStatementLexer(inputStream);
    return lexer
  }

  private createParser (input: string) {
    const lexer = this.createLexer(input);
    const tokens = new CommonTokenStream(lexer);
    const parser = new SelectStatementParser(tokens);
    return parser
  }

  parse (sql: string) {
    const parser = this.createParser(sql)
    const parseTree = parser.selectStatement();
    return parseTree;
  }
}
// 试一下效果
const selectParser = new SelectParser();
const parseTree = selectParser.parse('SELECT * FROM table1');

获取文本中的错误信息

当解析一个含有错误的文本时，Antlr4 会输出错误信息，例如输入

selectParser.parse('SELECT id FRO');

控制台打印

可以看到错误信息中包含了文本中的错误所处的位置，我们可以通过使用 Antlr4 ParserErrorListener 来获取错误信息。

声明一个 ParserErrorListener

import { ParserErrorListener } from 'antlr4ts';

export class SelectErrorListener implements ParserErrorListener {
    private _parserErrorSet: Set<any> = new Set();

    syntaxError(_rec,_ofSym, line, charPosInLine,msg) {
        let endCol = charPosInLine + 1;
        this._parserErrorSet.add({
            startLine: line,
            endLine: line,
            startCol: charPosInLine,
            endCol: endCol,
            message: msg,
        })
    }

    clear () {
        this._parserErrorSet.clear();
    }

    get parserErrors () {
        return Array.from(this._parserErrorSet) 
    }
}

使用 ParserErrorListener 收集错误信息

import { CommonTokenStream, CharStreams } from 'antlr4ts';
import { SelectStatementLexer } from '../lib/selectStatement/SelectStatementLexer';
import { SelectStatementParser } from '../lib/selectStatement/SelectStatementParser';


class SelectParser {
    private _errorListener = new SelectErrorListener();

    createLexer(input: string) {
        const inputStream = CharStreams.fromString(input);
        const lexer = new SelectStatementLexer(inputStream);
        this._errorListener.clear();
        lexer.removeErrorListeners(); // 移除 Antlr4 内置的 ErrorListener
        lexer.addErrorListener(this._errorListener)
        return lexer
    }

    createParser (input: string) {
        const lexer = this.createLexer(input);
        const tokens = new CommonTokenStream(lexer);
        const parser = new SelectStatementParser(tokens);
        parser.removeErrorListeners(); // 移除 Antlr4 内置的 ErrorListener
        parser.addErrorListener(this._errorListener);
        return parser
    }

    parse (sql: string) {
        const parser = this.createParser(sql)
        const parseTree = parser.selectStatement();
        console.log(this._errorListener.parserErrors);
        return {
          parseTree,
          errors: this._errorListener.parserErrors,
        };
    }
}
// 试一下效果
const selectParser = new SelectParser();
const { errors } = selectParser.parse('SELECT id FRO');
console.log(errors);

打印结果

这样我们就获取到了文本中的语法错误出现的位置，以及错误信息。

到此为止上文中遗留的第一个问题就已经差不多解决了，我们只需要在合适的时机将编辑器的内容进行解析，拿到错误信息并且通过 editor.setModelMarkers这个 API 让错误的位置飘红就大功告成了。

自动补全功能

对于自动补全功能，Antlr4 并没有直接提供，但是社区已经有了比较优秀的解决方案 -antlr-c3 。它的作用是根据Antlr4 Parser 的解析结果，分析指定位置填哪些词法/语法规则是合法的 。

antlr4-c3 的使用方式比较简单。

import { CodeCompletionCore } from "antlr4-c3";

// 这里 parser 是 parser 实例
let core = new CodeCompletionCore(parser); 
// tokenIndex 是想要自动补全的位置，对应由编辑器的光标位置转换而来
// parserContext 则是解析完之后的返回的 ParserTree 或者 ParserTree 的子节点（传入子节点可以更高效）
let candidates = core.collectCandidates(tokenIndex, parserContext);

那么结合上文中写的 SelectParser，代码应该是这样

import { CodeCompletionCore } from "antlr4-c3";
import { SelectParser } from "./selectParser";

/**
 * input 源文本
 * caretPosition 编辑器光标位置
 */
function getSuggestions(input: string, caretPosition) {
    const selectParser = new SelectParser();
    const parserIns = selectParser.createParser(input)
    let core = new CodeCompletionCore(parserIns);

    const parserContext = parserIns.selectStatement();
    // 伪代码
    const tokenIndex = caretPosition2TokenIndex(caretPosition)

    let candidates = core.collectCandidates(tokenIndex, parserContext);
}

core.collectCandidates 的返回值的数据类型如下

interface CandidatesCollection {
    tokens: Map<number, TokenList>;
    rules: Map<number, CandidateRule>;
}

tokens 对应的是词法规则提示，比如关键字等，rules 对应的是语法规则，比如上述语法文件中的 columnPath和 tablePath等。

需要注意的是，antlr4-c3 默认不收集语法规则，需要我们手动设置需要收集的语法规则

import { SelectStatementParser } from '../lib/selectStatement/SelectStatementParser';


let core = new CodeCompletionCore(parserIns);

core.preferredRules= new Set([
    SelectStatementParser.RULE_tablePath,
    SelectStatementParser.RULE_columnPath
])
// 设置需要收集 tablePath 和 columnPath

这样我们就收集到了在指定位置的可以填什么。接下来我们需要将结果进行转换成我们需要的数据结果

import { CodeCompletionCore } from "antlr4-c3";
import { SelectParser } from "./selectParser";
import { SelectStatementParser } from '../lib/selectStatement/SelectStatementParser';

/**
 * input 源文本
 * caretPosition 编辑器光标位置
 */
export function getSuggestions(input: string, caretPosition?: any) {
    const selectParser = new SelectParser();
    const parserIns = selectParser.createParser(input)
    let core = new CodeCompletionCore(parserIns);

    core.preferredRules= new Set([
        SelectStatementParser.RULE_tablePath,
        SelectStatementParser.RULE_columnPath
    ])

    const parserContext = parserIns.selectStatement();
    const tokenIndex = caretPosition2TokenIndex(caretPosition);

    let candidates = core.collectCandidates(tokenIndex, parserContext);

    const rule = [];
    const keywords = []

    for (let candidate of candidates.rules) {
        const [ruleType] = candidate;
        let syntaxContextType;
        switch (ruleType) {
            case SelectStatementParser.RULE_tablePath: {
                syntaxContextType = 'table';
                break;
            }
            case SelectStatementParser.RULE_columnPath: {
                syntaxContextType = 'column';
                break;
            }
            default:
                break;
        }
        if (syntaxContextType) {
            rule.push(syntaxContextType)
        }
    }

    for (let candidate of candidates.tokens) {
        const symbolicName = parserIns.vocabulary.getSymbolicName(candidate[0]);
        const displayName = parserIns.vocabulary.getDisplayName(candidate[0]);
        if(symbolicName && symbolicName.startsWith('KW_')) {
            const keyword = displayName.startsWith("'") && displayName.endsWith("'")
                ? displayName.slice(1, -1)
                : displayName
            keywords.push(keyword);
        }
    }

    console.log('===== suggest keywords: ',keywords);
    console.log('===== suggest rules:', rule);
}

这样我们就拿到了要提示的关键字和语法规则。关键字可以直接用于生成自动补全项，语法规则可以用于提示表名、字段名等。

小结分析

在这一节中，我们已经了解了，如何使用 Antlr4 和 antlr4-c3 来实现更加智能的飘红提示以及自动补全功能。

这一部分功能，在 monaco-sql-languages 中通过引入数栈前端团队自研的开源项目 dt-sql-parser 实现。

前文中提到的 worker 文件也正是用于运行 sql parser，因为dt-sql-parser 的解析可能会比较耗时，为了避免用项用户交互，将 sql parser 放到 web worker 中运行显然是更明智的选择。

总结

总的来说

• 多种 SQL 的语法高亮
• 多种 SQL 的报错提示（错误位置飘红）
• 多种 SQL 的自动补全（智能提示）

三个功能大部分都可以通过 MonacoEditor 内置的 API 来实现，只是关键的语法解析功能需要使用 Antlr4 实现。整体上来说大部分的工作在编写 Antlr4 的语法文件以及方案整合上面。

Github 链接

• demo 项目
• monaco-sql-languages
• dt-sql-parser
• antlr4
• antlr4-c3

最后

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