下订单更新订单表然后减少库存表中的数据，出现库存超卖，使用数据库和redis坚决库存超卖的问题

上面的代码更新库存的数据，存在多线程的问题，第一种方法使用synchronized关键字修饰的语句块代码,但是性能较低，并且还是存在问题的

在分布式的场景下，当前库存系统部署在多个tomcat上，即使加了同步锁，也会存在问题，一个线程访问tomcat1，另外一个线程同时访问tomcat2，两个都是进行减少库存操作也是存在问题的，synchronized同步不能跨jvm

上面的代码在一个jvm进程下面解决多线程是没有问题的，但是在分布式环境下部署多个tomcat下部署多个库存微服务，使用synchronized是存在问题的

我们可以使用下面的架构来进行测试，测试上面的代码不正确

nginx负载代码后面的两个tomcat

8080和8090就是nginx反向代理两个tomcat

nginx的配置如下：

#user  nobody;
worker_processes  1;

#error_log  logs/error.log;
#error_log  logs/error.log  notice;
#error_log  logs/error.log  info;

#pid        logs/nginx.pid;


events {
    worker_connections  1024;
}


http {
    include       mime.types;
    default_type  application/octet-stream;

    #log_format  main  '$remote_addr - $remote_user [$time_local] "$request" '
    #                  '$status $body_bytes_sent "$http_referer" '
    #                  '"$http_user_agent" "$http_x_forwarded_for"';

    #access_log  logs/access.log  main;
    log_format json '{"@timestamp":"$time_iso8601",'
                 '"remote_addr":"$remote_addr",'
                 '"status":$status,'
                 '"bodysize":$body_bytes_sent,'
                 '"referer":"$http_referer",'
                 '"ua":"$http_user_agent",'
                 '"handletime":$request_time,'
                 '"url":"$uri"}';
   access_log  logs/access.log;
   access_log  logs/access.json.log  json;

    sendfile        on;
    #tcp_nopush     on;

    #keepalive_timeout  0;
    keepalive_timeout  65;

    #gzip  on;
    
    #引入自定义配置文件
    include reverse-procy.conf;
    
    upstream redislock{
      server  127.0.0.1:6666 weight=1;
      server  127.0.0.1:7777 weight=1;
    }

    server {
        listen       8088;
        server_name  localhost;

        #charset koi8-r;

        #access_log  logs/host.access.log  main;

        location / {
            root   html;
            index  index.html index.htm;
            proxy_pass   http://redislock;
        }
        
        #error_page  404              /404.html;

        # redirect server error pages to the static page /50x.html
        #
        error_page   500 502 503 504  /50x.html;
        

       
        
    }


    # another virtual host using mix of IP-, name-, and port-based configuration
    #
    #server {
    #    listen       8000;
    #    listen       somename:8080;
    #    server_name  somename  alias  another.alias;

    #    location / {
    #        root   html;
    #        index  index.html index.htm;
    #    }
    #}


    # HTTPS server
    #
    #server {
    #    listen       443 ssl;
    #    server_name  localhost;

    #    ssl_certificate      cert.pem;
    #    ssl_certificate_key  cert.key;

    #    ssl_session_cache    shared:SSL:1m;
    #    ssl_session_timeout  5m;

    #    ssl_ciphers  HIGH:!aNULL:!MD5;
    #    ssl_prefer_server_ciphers  on;

    #    location / {
    #        root   html;
    #        index  index.html index.htm;
    #    }
    #}

}

第二个参数0表示同一时刻发起200次请求，配置成5，表示在5秒内会总共发器200次请求，配置成1，表示1秒钟之内发起200次请求

在端口为7777这台机器上打印结果如下

在端口为6666这台机器上打印结果如下

我们来看下上面具体的代码配置

两台机器上存在相同的记录，说明存在两台机器对同一个库存进行操作的情况，说明上面的代码存在问题，我们可以使用redis的senx命令来解决

分布式锁要注意解决下面的几个问题：

1、释放锁其实只需要把锁的key删除即可，使用del xxx指令。不过，仔细思考，如果在我们执行del之前，
服务突然宕机，那么锁岂不是永远无法删除了？！
为了避免因服务宕机引起锁无法释放问题，我们可以在获取锁的时候，给锁加一个有效时间，当时间超
出时，就会自动释放锁，这样就不会死锁了

并且要保证锁被删除，要放在try finally中

步骤如下：
1、通过set命令设置锁
2、判断返回结果是否是OK
1）Nil，获取失败，结束或重试（自旋锁）
2）OK，获取锁成功
执行业务
释放锁，DEL 删除key即可
3、异常情况，服务宕机。超时时间EX结束，会自动释放锁

2、大家思考一下，释放锁就是用DEL语句把锁对应的key给删除，有没有这么一种可能性：
1. 3个进程：A和B和C，在执行任务，并争抢锁，此时A获取了锁，并设置自动过期时间为10s
2. A开始执行业务，因为某种原因，业务阻塞，耗时超过了10秒，此时锁自动释放了
3. B恰好此时开始尝试获取锁，因为锁已经自动释放，成功获取锁
4. A此时业务执行完毕，执行释放锁逻辑（删除key），于是B的锁被释放了，而B其实还在执行业务
5. 此时进程C尝试获取锁，也成功了，因为A把B的锁删除了。
问题出现了：B和C同时获取了锁，违反了互斥性！
如何解决这个问题呢？我们应该在删除锁之前，判断这个锁是否是自己设置的锁，如果不是（例如自己
的锁已经超时释放），那么就不要删除了。
那么问题来了：如何得知当前获取锁的是不是自己呢？
我们可以在set 锁时，存入当前线程的唯一标识！删除锁前，判断下里面的值是不是与自己标识释放一
致，如果不一致，说明不是自己的锁，就不要删除了。这里通过线程id来实现

package com.itheima.security.distributed.uaa;

import java.util.UUID;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.core.env.Environment;
import org.springframework.data.redis.core.StringRedisTemplate;
import org.springframework.web.bind.annotation.GetMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RequestMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;

/**
 * @author Administrator
 * @version 1.0
 **/

@RestController
public class OrderController {
    
    
    @Autowired
    Environment environment;
    
    
    @Autowired
    StringRedisTemplate  redisTemplate;
    
    

    @GetMapping(value = "/deduce_stock")
    public String deduce_stock(){
        String thread_id = UUID.randomUUID().toString();
        String product_id = "001";
        
        try{
            //商品名称，对同一个商品进行减少库存的操作
            Boolean setIfAbsent = redisTemplate.opsForValue().setIfAbsent(product_id,thread_id, 10, TimeUnit.MINUTES);
            if(!setIfAbsent){
                
                return "库存正在被操作，请稍等";
            }
                int stock = Integer.parseInt(redisTemplate.opsForValue().get("stock"));
                  if(stock > 0){
                     int  real_stock = stock -1;
                      redisTemplate.opsForValue().set("stock", real_stock+"");
                      System.out.println(environment.getProperty("local.server.port")+"扣减库存成功，剩余库存为："+real_stock);
                      
                  }else{
                      System.out.println("扣减库存失败，库存不足：");
                  }
            
          
            
        }finally{
            
            //释放锁，不是自己的锁，不能删除掉
            if(thread_id.equalsIgnoreCase(redisTemplate.opsForValue().get(product_id))){
                System.out.println(environment.getProperty("local.server.port")+"扣减库存成功，释放锁：");
                redisTemplate.delete(product_id);
            }
            
        }
        
      return "end";
    }
    
    @RequestMapping(value = "/aa")
    public String deduce_stock1(){
      
      return "end" +environment.getProperty("local.server.port");
    }

}

上面的问题还存在一个问题，上面的锁不是可重入锁，如果我们在获取锁以后，执行代码的过程中，再次尝试获取锁，执行setnx肯定会失败，因为锁已经存在
了。这样有可能导致死锁，这样的锁就是不可重入的。
如何解决呢？
当然是想办法改造成可重入锁。
3.4.1.重入锁
什么叫做可重入锁呢？
可重入锁，也叫做递归锁，指的是在同一线程内，外层函数获得锁之后，内层递归函数仍然可以获
取到该锁。换一种说法：同一个线程再次进入同步代码时，可以使用自己已获取到的锁。
可重入锁可以避免因同一线程中多次获取锁而导致死锁发生。

那么，如何实现可重入锁呢？
获取锁：首先尝试获取锁，如果获取失败，判断这个锁是否是自己的，如果是则允许再次获取，
而且必须记录重复获取锁的次数。
释放锁：释放锁不能直接删除了，因为锁是可重入的，如果锁进入了多次，在最内层直接删除锁，
导致外部的业务在没有锁的情况下执行，会有安全问题。因此必须获取锁时累计重入的次数，释
放时则减去重入次数，如果减到0，则可以删除锁.
因此，存储在锁中的信息就必须包含：key、线程标识、重入次数。不能再使用简单的key-value结构，
这里推荐使用hash结构：
key：lock
hashKey：线程信息
hashValue：重入次数，默认1

可以使用hset命令

需要用到的一些Redis命令包括：
EXISTS key：判断一个Key是否存在
HEXISTS key field：判断一个hash的field是否存在
HSET key field value ：给一个hash的field设置一个值
HINCRBY key field increment：给一个hash的field值增加指定数值
EXPIRE key seconds：给一个key设置过期时间
DEL key：删除指定key

下面我们假设锁的key为“ lock ”，hashKey是当前线程的id：“ threadId ”，锁自动释放时间假设为20
获取锁的步骤：
1、判断lock是否存在 EXISTS lock
存在，说明有人获取锁了，下面判断是不是自己的锁
判断当前线程id作为hashKey是否存在： HEXISTS lock threadId
不存在，说明锁已经有了，且不是自己获取的，锁获取失败，end
存在，说明是自己获取的锁，重入次数+1： HINCRBY lock threadId 1 ，去到步骤3
2、不存在，说明可以获取锁， HSET key threadId 1
3、设置锁自动释放时间， EXPIRE lock 20
释放锁的步骤：
1、判断当前线程id作为hashKey是否存在： HEXISTS lock threadId
不存在，说明锁已经失效，不用管了
存在，说明锁还在，重入次数减1： HINCRBY lock threadId -1 ，获取新的重入次数
2、判断重入次数是否为0：
为0，说明锁全部释放，删除key： DEL lock

大于0，说明锁还在使用，重置有效时间： EXPIRE lock 20

面探讨的Redis锁实现方案都忽略了一个非常重要的问题：原子性问题。无论是获取锁，还是释放锁
的过程，都是有多行Redis指令来完成的，如果不能保证这些Redis命令执行的原子性，则整个过程都是
不安全的。
而Redis中支持以Lua脚本来运行多行命令，并且保证整个脚本运行的原子性。
接下来，我们分几块来学习Lua脚本的使用：
Redis中如何执行Lua脚本
Lua脚本的基本语法
编写上述分布式锁对应的Lua脚本

redis使用lua脚本

我们来看下整个工程的代码

lock.lua

local key = KEYS[1]
local threadId = ARGV[1]
local releaseTime = ARGV[2]
 
if(redis.call('exists', key) == 0)
then
    redis.call('hset', key, threadId, '1')
    redis.call('expire', key, releaseTime)
    return 1
end
 
if(redis.call('hexists', key, threadId) == 1)
then
    redis.call('hincrby', key, threadId, '1')
    redis.call('expire', key, releaseTime)
    return 1
end
return 0

unlock.lua

local key = KEYS[1]
local threadId = ARGV[1]
local releaseTime = ARGV[2]
 
if (redis.call('HEXISTS', key, threadId) == 0) then
    return nil
end
local count = redis.call('HINCRBY', key, threadId, -1)
 
if (count > 0) then
    redis.call('EXPIRE', key, releaseTime)
    return nil
else
    redis.call('DEL', key)
    return nil
end

注意lua脚本中不能存在中文

RedisLock.java

package cn.itcast.demo.lock;

/**
 * @author 虎哥
 */
public interface RedisLock {
    /**
     * 获取锁
     * @param releaseTime 锁的自动释放时间
     * @return 获取锁是否成功
     */
    boolean tryLock(long releaseTime);

    /**
     * 释放锁
     */
    void unlock();
}

ReentrantRedisLock.java

package cn.itcast.demo.lock;

import org.springframework.core.io.ClassPathResource;
import org.springframework.data.redis.core.StringRedisTemplate;
import org.springframework.data.redis.core.script.DefaultRedisScript;
import org.springframework.scripting.support.ResourceScriptSource;

import java.util.Collections;
import java.util.UUID;

public class ReentrantRedisLock implements RedisLock {

    private StringRedisTemplate redisTemplate;
    /**
     * 设定好锁对应的 key
     */
    private String key;

    /**
     * 存入的线程信息的前缀，防止与其它JVM中线程信息冲突
     */
    private final String ID_PREFIX = UUID.randomUUID().toString();

    public ReentrantRedisLock(StringRedisTemplate redisTemplate, String key) {
        this.redisTemplate = redisTemplate;
        this.key = key;
    }

    private static final DefaultRedisScript<Long> LOCK_SCRIPT;
    private static final DefaultRedisScript<Object> UNLOCK_SCRIPT;
    static {
        // 加载释放锁的脚本
        LOCK_SCRIPT = new DefaultRedisScript<>();
        LOCK_SCRIPT.setScriptSource(new ResourceScriptSource(new ClassPathResource("lock.lua")));
        LOCK_SCRIPT.setResultType(Long.class);

        // 加载释放锁的脚本
        UNLOCK_SCRIPT = new DefaultRedisScript<>();
        UNLOCK_SCRIPT.setScriptSource(new ResourceScriptSource(new ClassPathResource("unlock.lua")));
    }
    // 锁释放时间
    private String releaseTime;


    public boolean tryLock(long releaseTime) {
        // 记录释放时间
        this.releaseTime = String.valueOf(releaseTime);
        // 执行脚本
        Long result = redisTemplate.execute(
                LOCK_SCRIPT,
                Collections.singletonList(key),
                ID_PREFIX + Thread.currentThread().getId(), this.releaseTime);

        // 判断结果
        return result != null && result.intValue() == 1;
    }

    @Override
    public void unlock() {
        // 执行脚本
        redisTemplate.execute(
                UNLOCK_SCRIPT,
                Collections.singletonList(key),
                ID_PREFIX + Thread.currentThread().getId(), this.releaseTime);
    }
}

RedisLockFactory

package cn.itcast.demo.lock;

import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.data.redis.core.StringRedisTemplate;
import org.springframework.stereotype.Component;

/**
 * @author 虎哥
 */
@Component
public class RedisLockFactory {

    @Autowired
    private StringRedisTemplate redisTemplate;

    public RedisLock getReentrantLock(String key){
        return new ReentrantRedisLock(redisTemplate, key);
    }
}

我们通过Spring提供的RedisTemplate来操作lua脚本， RedisTemplate 中提供了一个方法，用来执行Lua脚本：

我们定义一个定时任务，模拟清理订单的任务：
OrderController

package cn.itcast.demo.lock;

import java.util.UUID;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.core.env.Environment;
import org.springframework.data.redis.core.StringRedisTemplate;
import org.springframework.web.bind.annotation.GetMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RequestMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;

/**
 * @author Administrator
 * @version 1.0
 **/

@RestController
public class OrderController {
    
    
    @Autowired
    Environment environment;
    
    
    
    
       @Autowired
        private RedisLockFactory factory;

    @GetMapping(value = "/deduce_stock")
    public String deduce_stock() throws InterruptedException{

        
        // 获取锁对象
        RedisLock lock = factory.getReentrantLock("lock1");
        // 尝试获取锁
        boolean isLock = lock.tryLock(50);
        if(!isLock){
            // 获取锁失败
            return "error";
        }
        
        try{
            
            clearOrder();
            
        }finally{
            
            lock.unlock();
            
        }
        
      return "end";
    }
    
    @RequestMapping(value = "/aa")
    public String deduce_stock1(){
      
      return "end" +environment.getProperty("local.server.port");
    }

    
    public void clearOrder() throws InterruptedException {
        System.out.println("开始清理订单");
        Thread.sleep(500);
        System.out.println("开始恢复库存");
    }
}

上面的代码已经解决了分布式锁的问题，但是在集群的环境下还存在问题

单点的redis无法保证高可用，因此一般我们都会给redis搭建主从集群。但是，主从集群无法保证分布式
锁的高可用特性。
在Redis官网上，也对这种单点故障做了说明：
在这种场景（主从结构）中存在明显的竞态:
1. 客户端A从master获取到锁
2. 在master将锁同步到slave之前，master宕掉了。
3. slave节点被晋级为master节点
4. 客户端B取得了同一个资源被客户端A已经获取到的另外一个锁。安全失效！
有时候程序就是这么巧，比如说正好一个节点挂掉的时候，多个客户端同时取到了锁。如果你可以
接受这种小概率错误，那用这个基于复制的方案就完全没有问题。
因此，Redis的作者又给出了一种新的算法来解决整个高可用问题，即Redlock算法，摘抄了算法的介绍
如下：我们可以采用看门狗（watch dog)解决锁超时问题，/开启一个任务，这个任务在获取锁之后10秒后，重
新向redis发起请求，重置有效期，重新执行expire

3.7.Redission
如果按照Redlock算法来实现分布式锁，加上各种安全控制，代码会比较复杂。而开源的Redission框架
就帮我们实现了各种基于Redis的分布式锁，包括Redlock锁。

1）依赖
使用起来非常方便，首先引入依赖：
2）配置
然后通过Java配置的方式，设置Redis的地址，构建RedissionClient客户端：

<dependency>
<groupId>org.redisson</groupId>
<artifactId>redisson</artifactId>
<version>3.10.6</version>
</dependency>

2）配置
然后通过Java配置的方式，设置Redis的地址，构建RedissionClient客户端：

/**
* @author 虎哥
*/
@Configuration3）常用API介绍：
RedissClient中定义了常见的锁：
获取锁对象后，可以通过 tryLock() 方法获取锁：
有3个重载的方法，可以控制锁是否需要重试来获取：
三个参数：获取锁，设置锁等待时间 waitTime 、释放时间 leaseTime ，时间单位 unit 。
如果获取锁失败后，会在 waitTime 减去获取锁用时的剩余时间段内继续尝试获取锁，如果依
然获取失败，则认为获取锁失败；
获取锁后，如果超过 leaseTime 未释放，为避免死锁会自动释放。
两个参数：获取锁，设置锁等待时间 time 、时间单位 unit 。释放时间 leaseTime 按照默认的30s
空参：获取锁， waitTime 默认0s，即获取锁失败不重试， leaseTime 默认30s
任务执行完毕，使用 unlock() 方法释放锁：
public class RedisConfig {
@Bean
public RedissonClient redissonClient() {
// 配置类
Config config = new Config();
// 添加redis地址，这里添加了单点的地址，也可以使用config.useClusterServers()添加集群地
址
config.useSingleServer()
.setAddress("redis://192.168.150.101:6379");
// 创建客户端
return Redisson.create(config);
}
}

4）完整案例
使用Redission来代替我们之前自定义锁的测试案例：

LockDemoApplication

package cn.itcast.demo;

import org.redisson.Redisson;
import org.redisson.api.RedissonClient;
import org.redisson.config.Config;
import org.springframework.boot.SpringApplication;
import org.springframework.boot.autoconfigure.SpringBootApplication;
import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.scheduling.annotation.EnableScheduling;

@EnableScheduling
@SpringBootApplication
public class LockDemoApplication {

    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(LockDemoApplication.class, args);
    }

    public class RedisConfig {
        @Bean
        public RedissonClient redissonClient() {
        // 配置类
        Config config = new Config();
        // 添加redis地址，这里添加了单点的地址，也可以使用config.useClusterServers()添加集群地
        config.useSingleServer() .setAddress("redis://127.0.0.1:6379");
        // 创建客户端
        return Redisson.create(config);
        }
        }
    
}

OrderController

package cn.itcast.demo.lock;

import java.util.UUID;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

import org.redisson.api.RLock;
import org.redisson.api.RedissonClient;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.core.env.Environment;
import org.springframework.data.redis.core.StringRedisTemplate;
import org.springframework.web.bind.annotation.GetMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RequestMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;

/**
 * @author Administrator
 * @version 1.0
 **/

@RestController
public class OrderController {
    
    
    @Autowired
    Environment environment;
    
    @Autowired
    RedissonClient redissonClient;
    
       @Autowired
        private RedisLockFactory factory;

    @GetMapping(value = "/deduce_stock")
    public String deduce_stock() throws InterruptedException{

        
        // 获取锁对象
        RLock lock = redissonClient.getLock("lock");
        // 尝试获取锁
        boolean isLock = lock.tryLock();
        if(!isLock){
            // 获取锁失败
            return "error";
        }
        
        try{
            
            clearOrder();
            
        }finally{
            
            lock.unlock();
            
        }
        
      return "end";
    }
    
    @RequestMapping(value = "/aa")
    public String deduce_stock1(){
      
      return "end" +environment.getProperty("local.server.port");
    }

    
    public void clearOrder() throws InterruptedException {
        System.out.println("开始清理订单");
        Thread.sleep(500);
        System.out.println("开始恢复库存");
    }
}

上面的代码就能够解决在集群环境下分布式锁失效的问题

pom.xml文件如下

<project xmlns="http://maven.apache.org/POM/4.0.0" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
    xsi:schemaLocation="http://maven.apache.org/POM/4.0.0 http://maven.apache.org/xsd/maven-4.0.0.xsd">
    <modelVersion>4.0.0</modelVersion>
    <parent>
        <groupId>org.springframework.boot</groupId>
        <artifactId>spring-boot-starter-parent</artifactId>
        <version>2.1.3.RELEASE</version>
    </parent>
    <groupId>cn.itcast.demo</groupId>
    <artifactId>lock-demo</artifactId>
    <version>0.0.1-SNAPSHOT</version>
    <name>lock-demo</name>
    <description>Demo project for Spring Boot</description>

    <properties>
        <java.version>1.8</java.version>
    </properties>

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

        <dependency>
            <groupId>org.redisson</groupId>
            <artifactId>redisson</artifactId>
            <version>3.10.6</version>
        </dependency>
        
        
        <dependency>
            <groupId>org.projectlombok</groupId>
            <artifactId>lombok</artifactId>
            <optional>true</optional>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>org.springframework.boot</groupId>
            <artifactId>spring-boot-starter-test</artifactId>
            <scope>test</scope>
        </dependency>
    </dependencies>

    <build>
        <plugins>
            <plugin>
                <groupId>org.springframework.boot</groupId>
                <artifactId>spring-boot-maven-plugin</artifactId>
            </plugin>
        </plugins>
    </build>

</project>

第二种解决方案，使用数据库的行级别所来解决

序号	命令及描述
1	EVAL script numkeys key [key ...] arg [arg ...] 执行 Lua 脚本。
2	EVALSHA sha1 numkeys key [key ...] arg [arg ...] 执行 Lua 脚本。
3	SCRIPT EXISTS script [script ...] 查看指定的脚本是否已经被保存在缓存当中。
4	SCRIPT FLUSH 从脚本缓存中移除所有脚本。
5	SCRIPT KILL 杀死当前正在运行的 Lua 脚本。
6	SCRIPT LOAD script 将脚本 script 添加到脚本缓存中，但并不立即执行这个脚本。

大于0，说明锁还在使用，重置有效时间： EXPIRE lock 20

posted on 2020-02-18 23:25 luzhouxiaoshuai 阅读(1586) 评论(0) 编辑收藏举报

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下订单更新订单表然后减少库存表中的数据，出现库存超卖，使用数据库和redis坚决库存超卖的问题

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