iOS开发笔记之六十八——FRP与RAC介绍（一）

其他 2018-06-18 22:18:41 阅读次数: 2
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一、FRP的概念

RAC（ReactiveCocoa）是由GitHub团队开发的一套基于Cocoa的FRP框架。提起FRP，即Functional Reactive Programming（函数式响应式编程），几乎在每个领域都有广泛的应用，例如android或者后端开发中有RxJava，尤其是在前端的领域中（react、ajax、vue等框架）应用更为广泛。在iOS移动端目前应用最为经典的就是RAC。
接触RAC之后，我的感觉就是，RAC算得上是业务开发的利器，它的应用可以极大地提高编程开发效率， 它目前在美团、点评客户端开发中，应用比较广泛，已经有很多经典的组件化方案都是基于RAC的。虽说它的学习成本很高（据说一个2～3年经验的iOS开发者，想做到精通RAC，也需要2～3月时间，感觉有点夸张），但是把RAC常用的一些操作掌握并应用到业务开发中，还是不难的。下面是RAC github官方地址：

二、信号的概念

介绍信号之前，不得不扯点函数响应式编程的概念，如下面：
y = a+b+c;
一个或者多个输入，对应到唯一的y输出，这样便构成一个高阶函数。如果a、b、c中一个或者多个变化（输入变化），y也要跟着变化。通常我们会等a、b、c变化结束后，再一起计算最终的结果y，a、b、c变化结束后并不会及时带来y的变化；如果我们将a、b、c的变化和y提前做好映射（绑定），a、b、c任何一个变化y都能同时映射到对应的变化，便是函数响应式编程。在此基础之上，我们将a、b、c的变化进行抽象封装，为什么要抽象封装呢？因为只有这样，我们才好统一进行管理，而这个抽象封装出来的东西，便构成了信号（Signal）。举个简单的栗子：我们构造了三个输入框，产生a、b、c三个值，正常情况下，当a变化时，y会随后发生变化，如图：

对应的代码如下： 
@property (nonatomic, strong) UITextField *myTextField1;
@property (nonatomic, strong) UITextField *myTextField2;
@property (nonatomic, strong) UITextField *myTextField3;
@property (nonatomic, strong) NSString *myTextFieldString1;
@property (nonatomic, strong) NSString *myTextFieldString2;
@property (nonatomic, strong) NSString *myTextFieldString3;
@property (nonatomic, strong) UILabel *resultLabel;

当a或b或c发生变化时，会进行下面的回调： 
- (void)onTextFieldChanged:(UITextField *)textField forEvent:(UIEvent *)event
{
    if (textField.tag == 1000) {
        NSLog(@"Result------->%@",self.resultLabel.text);
        self.myTextFieldString1 = textField.text;
        NSLog(@"Result------->%@",self.resultLabel.text);
    }
    if (textField.tag == 1001) {
        self.myTextFieldString2 = textField.text;
    }
    if (textField.tag == 1002) {
        self.myTextFieldString3 = textField.text;
    }
}
- (void)onValueChanged
{
    NSInteger result = [self.myTextFieldString1 integerValue] + [self.myTextFieldString2 integerValue] +[self.myTextFieldString3 integerValue];
    self.resultLabel.text = [NSString stringWithFormat:@"结果：%@",@(result)];
    [self.resultLabel sizeToFit];
}


当1改为10后，打印的结果如下：
2017-12-03 19:44:10.687291+0800 MDProject[43978:1616323] Result------->结果：6
2017-12-03 19:44:10.687471+0800 MDProject[43978:1616323] Result------->结果：6
2017-12-03 19:44:10.688152+0800 MDProject[43978:1616323] Result------->结果：15
响应式编程的示意图，如下：


实现代码如下： 
@weakify(self);
    RACSignal *signal1 = [RACObserve(self, myTextFieldString1) distinctUntilChanged];
    RACSignal *signal2 = [RACObserve(self, myTextFieldString2) distinctUntilChanged];
    RACSignal *signal3 = [RACObserve(self, myTextFieldString3) distinctUntilChanged];
    RACSignal *resultSignal = [RACSignal combineLatest:@[signal1, signal2, signal3] reduce:^id(NSString *s1, NSString *s2,NSString *s3){
        return [NSString stringWithFormat:@"%@",@([s1 integerValue] + [s2 integerValue] +[s3 integerValue])];
    }];
    [resultSignal subscribeNext:^(id x) {
        @strongify(self);
        self.resultLabel.text = [NSString stringWithFormat:@"结果：%@",x];
        [self.resultLabel sizeToFit];
    }];

- (void)onTextFieldChanged:(UITextField *)textField forEvent:(UIEvent *)event
{
    if (textField.tag == 1000) {
        NSLog(@"Result------->%@",self.resultLabel.text);
        self.myTextFieldString1 = textField.text;
        NSLog(@"Result------->%@",self.resultLabel.text);
    }
    if (textField.tag == 1001) {
        self.myTextFieldString2 = textField.text;
    }
    if (textField.tag == 1002) {
        self.myTextFieldString3 = textField.text;
    }
}
我们在此分别为三个输入框的值构造了三个signal，任何一个信号的“变化”，都会带来result的变化。执行的结果如下：
2017-12-03 19:50:11.684640+0800 MDProject[44355:1633745] Result------->结果：6
2017-12-03 19:50:11.685474+0800 MDProject[44355:1633745] Result------->结果：15
我们看到， self.myTextFieldString1 = textField.text;（a发生变化）之后，结果就立即发生了变化。
三、RAC信号的实现原理
前面我已经由浅入深地介绍了signal这个概念，我们知道，signal是用来传递的，既然有了传递的概念，那么就会有信号的发送者（信号的create），和接受者（信号的订阅）。前面的例子中我们知道，a、b、c的变化产生信号，订阅者拿到变化，刷新了UI；下面演示一下，一个信号，从产生到结束的详细过程，代码如下： 
- (void)coldSignalTest
{
    //信号的创建
    RACSignal *signal = [RACSignal createSignal:^RACDisposable *(id<RACSubscriber> subscriber) {
        NSLog(@"被订阅者代码执行");
        [[RACScheduler mainThreadScheduler] afterDelay:1 schedule:^{
            [subscriber sendNext:@"一月份的《读者》"]; //信号的发送
        }];
        [[RACScheduler mainThreadScheduler] afterDelay:2 schedule:^{
            [subscriber sendNext:@"二月份的《读者》"]; //信号的发送
        }];
        [[RACScheduler mainThreadScheduler] afterDelay:3 schedule:^{
            [subscriber sendNext:@"三月份的《读者》"]; //信号的发送
        }];
        [[RACScheduler mainThreadScheduler] afterDelay:4 schedule:^{
            [subscriber sendNext:@"四月份的《读者》"]; //信号的发送
        }];
        [[RACScheduler mainThreadScheduler] afterDelay:5 schedule:^{
            [subscriber sendNext:@"五月份的《读者》"]; //信号的发送
        }];
        [[RACScheduler mainThreadScheduler] afterDelay:6 schedule:^{
            [subscriber sendNext:@"六月份的《读者》"]; //信号的发送
        }];
        [[RACScheduler mainThreadScheduler] afterDelay:7 schedule:^{
            [subscriber sendNext:@"七月份的《读者》"]; //信号的发送
        }];
        [[RACScheduler mainThreadScheduler] afterDelay:8 schedule:^{
            [subscriber sendNext:@"八月份的《读者》"]; //信号的发送
        }];
        [[RACScheduler mainThreadScheduler] afterDelay:9 schedule:^{
            [subscriber sendNext:@"九月份的《读者》"]; //信号的发送
        }];
        [[RACScheduler mainThreadScheduler] afterDelay:10 schedule:^{
            [subscriber sendNext:@"十月份的《读者》"]; //信号的发送
        }];
        [[RACScheduler mainThreadScheduler] afterDelay:11 schedule:^{
            [subscriber sendNext:@"十一月份的《读者》"]; //信号的发送
        }];
        [[RACScheduler mainThreadScheduler] afterDelay:12 schedule:^{
            [subscriber sendNext:@"十二月份的《读者》"]; //信号的发送
        }];
        [[RACScheduler mainThreadScheduler] afterDelay:13 schedule:^{
            [subscriber sendCompleted]; //信号的取消订阅
        }];
        return nil;
    }];
    //信号的订阅者
    NSLog(@"Signal was created.");
    [[RACScheduler mainThreadScheduler] afterDelay:1.0 schedule:^{
        NSLog(@"订阅者代码执行");
        [signal subscribeNext:^(id x) {
            NSLog(@"小明 recveive: %@", x);
        }];
    }];
}
从上面的代码注释中，可以看出信号的生命周期，包括分为信号的创建、信号的订阅、信号的发送、信号的订阅的取消。
1、信号的创建 
+ (RACSignal *)createSignal:(RACDisposable * (^)(id<RACSubscriber> subscriber))didSubscribe {
	return [RACDynamicSignal createSignal:didSubscribe];
}
这里createSignal:创建了一个RACDynamicSignal的信号，并将发送信号部分的block（didSubscribe）传了进去，我们再往下看： 
+ (RACSignal *)createSignal:(RACDisposable * (^)(id<RACSubscriber> subscriber))didSubscribe {
	RACDynamicSignal *signal = [[self alloc] init];
	signal->_didSubscribe = [didSubscribe copy];
	return [signal setNameWithFormat:@"+createSignal:"];
}
在这里我们可以看到，有个copy操作，将didSubscribe这个临时栈block放到了内存中保存。
2、信号的订阅
我们看下订阅信号的源码： 
- (RACDisposable *)subscribeNext:(void (^)(id x))nextBlock {
	NSCParameterAssert(nextBlock != NULL);
	RACSubscriber *o = [RACSubscriber subscriberWithNext:nextBlock error:NULL completed:NULL];
	return [self subscribe:o];
}
这里将订阅者block封装成了一个RACSubscriber，我们看下这步封装，如下： 
+ (instancetype)subscriberWithNext:(void (^)(id x))next error:(void (^)(NSError *error))error completed:(void (^)(void))completed {
	RACSubscriber *subscriber = [[self alloc] init];
	subscriber->_next = [next copy];
	subscriber->_error = [error copy];
	subscriber->_completed = [completed copy];
	return subscriber;
}
订阅者block被复制给RACSubscriber的 _next ，这个_next后面还有介绍。
我们再执行subscribe操作，进行订阅操作，由于 RACDynamicSignal是RACSignal的子类，所以，这部操作的代码在RACDynamicSignal中，如下： 
- (RACDisposable *)subscribe:(id<RACSubscriber>)subscriber
{
	NSCParameterAssert(subscriber != nil);
	RACCompoundDisposable *disposable = [RACCompoundDisposable compoundDisposable];
	subscriber = [[RACPassthroughSubscriber alloc] initWithSubscriber:subscriber signal:self disposable:disposable];

	if (self.didSubscribe != NULL) {
		RACDisposable *schedulingDisposable = [RACScheduler.subscriptionScheduler schedule:^{
			RACDisposable *innerDisposable = self.didSubscribe(subscriber);
			[disposable addDisposable:innerDisposable];
		}];
		[disposable addDisposable:schedulingDisposable];
	}
	return disposable;
}
这段代码比较抽象，但是我们可以看出，中间被订阅者 self.didSubscribe被执行了， 这就是（1）中保存 的_didSubscribe 。
3、信号的发送
信号的发送源码，如下： 
- (void)sendNext:(id)value {
	@synchronized (self) {
		void (^nextBlock)(id) = [self.next copy];
		if (nextBlock == nil) return;

		nextBlock(value);
	}
}
信号的发送就是执行了相应的block(value)，而这个self.next正是前面保存的订阅者的 _next 部分，由此我们可以看出，信号的传递本身是一个抽象概念，订阅者和被订阅者之间的绑定、以及信号的发送，都是通过执行共同的block （_didSubscribe和_next） 来完成的。
4、信号的取消订阅
我们前面（2）可以看到信号的订阅时，订阅者block被封装到相应的 RACDisposable 中，当我们执行 [subscriber sendCompleted] 操作时，其中也就执行以下代码： 
- (void)dispose {
	#if RACCompoundDisposableInlineCount
	RACDisposable *inlineCopy[RACCompoundDisposableInlineCount];
	#endif
	CFArrayRef remainingDisposables = NULL;
	OSSpinLockLock(&_spinLock);
	{
		_disposed = YES;
		#if RACCompoundDisposableInlineCount
		for (unsigned i = 0; i < RACCompoundDisposableInlineCount; i++) {
			inlineCopy[i] = _inlineDisposables[i];
			_inlineDisposables[i] = nil;
		}
		#endif
		remainingDisposables = _disposables;
		_disposables = NULL;
	}
	OSSpinLockUnlock(&_spinLock);
	#if RACCompoundDisposableInlineCount
	// Dispose outside of the lock in case the compound disposable is used
	// recursively.
	for (unsigned i = 0; i < RACCompoundDisposableInlineCount; i++) {
		[inlineCopy[i] dispose];
	}
	#endif
	if (remainingDisposables == NULL) return;
	CFIndex count = CFArrayGetCount(remainingDisposables);
	CFArrayApplyFunction(remainingDisposables, CFRangeMake(0, count), &disposeEach, NULL);
	CFRelease(remainingDisposables);
}
在前面信号的订阅时，订阅者block被封装成disposable，然后添加到disposable数组，而订阅者的取消，也是数组被置为nil的操作，然后被系统dealloc的过程。
四、冷信号与热信号
1、冷热信号的引入
在讲解这两个概念之前，我要先通过一个简单粗暴的例子，来便于这两个概念的理解。
2017年7月的某一天，初中生小明为了提升作文水平，选择订阅《读者》，这时他有两个选择，商家A提供的选择是，如果订了他家的《读者》，可以从第二月开始（2017年8月）每月都收到一份最新的《读者》，这样他全年可以收到5份《读者》。商家B提供的选择是，他会从2017年8月开始每月依次发给你2017年1月、2月、3月...4月的报纸，也就是说8月开始小明其实收到的是1月份的旧《读者》，不过这样他最终可以把全年的12份《读者》全部都收到。
好了，有个这个概念的铺垫，我们下面直接看示例代码：

//信号的订阅者 
- (void)coldSignalTest
{
    //信号的创建
    RACSignal *signal = [RACSignal createSignal:^RACDisposable *(id<RACSubscriber> subscriber) {
        NSLog(@"被订阅者代码执行");
        [[RACScheduler mainThreadScheduler] afterDelay:1 schedule:^{
            [subscriber sendNext:@"一月份的《读者》"]; //信号的发送
        }];
        [[RACScheduler mainThreadScheduler] afterDelay:2 schedule:^{
            [subscriber sendNext:@"二月份的《读者》"]; //信号的发送
        }];
        [[RACScheduler mainThreadScheduler] afterDelay:3 schedule:^{
            [subscriber sendNext:@"三月份的《读者》"]; //信号的发送
        }];
        [[RACScheduler mainThreadScheduler] afterDelay:4 schedule:^{
            [subscriber sendNext:@"四月份的《读者》"]; //信号的发送
        }];
        [[RACScheduler mainThreadScheduler] afterDelay:5 schedule:^{
            [subscriber sendNext:@"五月份的《读者》"]; //信号的发送
        }];
        [[RACScheduler mainThreadScheduler] afterDelay:6 schedule:^{
            [subscriber sendNext:@"六月份的《读者》"]; //信号的发送
        }];
        [[RACScheduler mainThreadScheduler] afterDelay:7 schedule:^{
            [subscriber sendNext:@"七月份的《读者》"]; //信号的发送
        }];
        [[RACScheduler mainThreadScheduler] afterDelay:8 schedule:^{
            [subscriber sendNext:@"八月份的《读者》"]; //信号的发送
        }];
        [[RACScheduler mainThreadScheduler] afterDelay:9 schedule:^{
            [subscriber sendNext:@"九月份的《读者》"]; //信号的发送
        }];
        [[RACScheduler mainThreadScheduler] afterDelay:10 schedule:^{
            [subscriber sendNext:@"十月份的《读者》"]; //信号的发送
        }];
        [[RACScheduler mainThreadScheduler] afterDelay:11 schedule:^{
            [subscriber sendNext:@"十一月份的《读者》"]; //信号的发送
        }];
        [[RACScheduler mainThreadScheduler] afterDelay:12 schedule:^{
            [subscriber sendNext:@"十二月份的《读者》"]; //信号的发送
        }];
        [[RACScheduler mainThreadScheduler] afterDelay:13 schedule:^{
            [subscriber sendCompleted]; //信号的取消订阅
        }];
        return nil;
    }];
    //信号的订阅者
    NSLog(@"Signal was created.");
    [[RACScheduler mainThreadScheduler] afterDelay:1.0 schedule:^{
        NSLog(@"订阅者代码执行");
        [signal subscribeNext:^(id x) {
            NSLog(@"小明 recveive: %@", x);
        }];
    }];
}
在此我们通过延迟时间来模仿，小明收到的每月的读者，打印结果如下：
2017-12-04 19:12:35 .517553+0800 MDProject[81121:3596317] Signal was created.
2017-12-04 19:12:43 .528421+0800 MDProject[81121:3596317] 小明 recveive: 一月份的《读者》
2017-12-04 19:12:44 .525774+0800 MDProject[81121:3596317] 小明 recveive: 二月份的《读者》
2017-12-04 19:12:45.528010+0800 MDProject[81121:3596317] 小明 recveive: 三月份的《读者》
2017-12-04 19:12:46.527258+0800 MDProject[81121:3596317] 小明 recveive: 四月份的《读者》
2017-12-04 19:12:47.525560+0800 MDProject[81121:3596317] 小明 recveive: 五月份的《读者》
2017-12-04 19:12:48.525488+0800 MDProject[81121:3596317] 小明 recveive: 六月份的《读者》
2017-12-04 19:12:49.527300+0800 MDProject[81121:3596317] 小明 recveive: 七月份的《读者》
2017-12-04 19:12:50.528087+0800 MDProject[81121:3596317] 小明 recveive: 八月份的《读者》
2017-12-04 19:12:51.528652+0800 MDProject[81121:3596317] 小明 recveive: 九月份的《读者》
2017-12-04 19:12:52.528625+0800 MDProject[81121:3596317] 小明 recveive: 十月份的《读者》
2017-12-04 19:12:53.526341+0800 MDProject[81121:3596317] 小明 recveive: 十一月份的《读者》
2017-12-04 19:12:55.529068+0800 MDProject[81121:3596317] 小明 recveive: 十二月份的《读者》
我们将上面的代码改编后，如下： 
- (void)hotSignalTest
{
    RACSubject *signal = [RACSubject subject];
    [[RACScheduler mainThreadScheduler] afterDelay:1 schedule:^{
        [signal sendNext:@"一月份的《读者》"]; //信号的发送
    }];
    [[RACScheduler mainThreadScheduler] afterDelay:2 schedule:^{
        [signal sendNext:@"二月份的《读者》"]; //信号的发送
    }];
    [[RACScheduler mainThreadScheduler] afterDelay:3 schedule:^{
        [signal sendNext:@"三月份的《读者》"]; //信号的发送
    }];
    [[RACScheduler mainThreadScheduler] afterDelay:4 schedule:^{
        [signal sendNext:@"四月份的《读者》"]; //信号的发送
    }];
    [[RACScheduler mainThreadScheduler] afterDelay:5 schedule:^{
        [signal sendNext:@"五月份的《读者》"]; //信号的发送
    }];
    [[RACScheduler mainThreadScheduler] afterDelay:6 schedule:^{
        [signal sendNext:@"六月份的《读者》"]; //信号的发送
    }];
    [[RACScheduler mainThreadScheduler] afterDelay:7 schedule:^{
        [signal sendNext:@"七月份的《读者》"]; //信号的发送
    }];
    [[RACScheduler mainThreadScheduler] afterDelay:8 schedule:^{
        [signal sendNext:@"八月份的《读者》"]; //信号的发送
    }];
    [[RACScheduler mainThreadScheduler] afterDelay:9 schedule:^{
        [signal sendNext:@"九月份的《读者》"]; //信号的发送
    }];
    [[RACScheduler mainThreadScheduler] afterDelay:10 schedule:^{
        [signal sendNext:@"十月份的《读者》"]; //信号的发送
    }];
    [[RACScheduler mainThreadScheduler] afterDelay:11 schedule:^{
        [signal sendNext:@"十一月份的《读者》"]; //信号的发送
    }];
    [[RACScheduler mainThreadScheduler] afterDelay:12 schedule:^{
        [signal sendNext:@"十二月份的《读者》"]; //信号的发送
    }];
    
    NSLog(@"Signal was created.");
    [[RACScheduler mainThreadScheduler] afterDelay:7.0 schedule:^{
        [signal subscribeNext:^(id x) {
            NSLog(@"小明 recveive: %@", x);
        }];
    }];
}
打印结果如下：
2017-12-04 19:16:18.491057+0800 MDProject[81340:3606937] Signal was created.
2017-12-04 19:16:26.491986+0800 MDProject[81340:3606937] 小明 recveive: 八月份的《读者》
2017-12-04 19:16:27.490074+0800 MDProject[81340:3606937] 小明 recveive: 九月份的《读者》
2017-12-04 19:16:28.490190+0800 MDProject[81340:3606937] 小明 recveive: 十月份的《读者》
2017-12-04 19:16:29.490196+0800 MDProject[81340:3606937] 小明 recveive: 十一月份的《读者》
2017-12-04 19:16:31.490209+0800 MDProject[81340:3606937] 小明 recveive: 十二月份的《读者》
以上两个例子对比可以看出， 商家A提供的是一种“热信号”，而商家B提供的是一种“冷信号”。
2、热信号实现原理
前面的例子中可知，RACSubject相关的操作会产生热信号。我先来看一下热信号的产生过程：
（1）RACSubject的初始化
RACSubject *signal = [RACSubject subject];
这一步的源码如下： 
- (id)init {
	self = [super init];
	if (self == nil) return nil;

	_disposable = [RACCompoundDisposable compoundDisposable];
	_subscribers = [[NSMutableArray alloc] initWithCapacity:1];
	
	return self;
}
这一步初始化了一个_subscribers数组，看名字就该知道，这是用来存放订阅者的数组。
（2）订阅者初始化
我们单步跟踪进去，看一下： 
- (RACDisposable *)subscribe:(id<RACSubscriber>)subscriber {
	NSCParameterAssert(subscriber != nil);
	RACCompoundDisposable *disposable = [RACCompoundDisposable compoundDisposable];
	subscriber = [[RACPassthroughSubscriber alloc] initWithSubscriber:subscriber signal:self disposable:disposable];
	NSMutableArray *subscribers = self.subscribers;
	@synchronized (subscribers) {
	     [subscribers addObject:subscriber];
	}
	return [RACDisposable disposableWithBlock:^{
		@synchronized (subscribers) {
			// Since newer subscribers are generally shorter-lived, search
			// starting from the end of the list.
			NSUInteger index = [subscribers indexOfObjectWithOptions:NSEnumerationReverse passingTest:^ BOOL (id<RACSubscriber> obj, NSUInteger index, BOOL *stop) {
				return obj == subscriber;
			}];
			if (index != NSNotFound) [subscribers removeObjectAtIndex:index];
		}
	}];
}
我们先留意下关键代码，可以看到，订阅者代码被加到了，（1）中的订阅者数组中。
（3）信号的发送
我们看下RACSubject的SendNext方法： 
- (void)sendNext:(id)value {
	[self enumerateSubscribersUsingBlock:^(id<RACSubscriber> subscriber) {
		[subscriber sendNext:value];
	}];
}
- (void)enumerateSubscribersUsingBlock:(void (^)(id<RACSubscriber> subscriber))block {
	NSArray *subscribers;
	@synchronized (self.subscribers) {
		subscribers = [self.subscribers copy];
	}
	for (id<RACSubscriber> subscriber in subscribers) {
		block(subscriber);
	}
}
以上代码不难看出，sendNext这一步会遍历订阅者数组，依次执行每个订阅者的block方法。
3、冷信号和热信号的区别
有了上面的例子，冷信号与热信号的区别，其实很明显了：
1）冷信号是一对一的，订阅者与被订阅者通过block绑定，没有订阅者，就没有被订阅者，有了订阅者代码执行，
被订阅者代码就会被完整地执行，所以冷信号给我们带来的是完整信号。
2）热信号的概念类似于Notification的概念，它不管某一个订阅者代码是否被执行，它都会去遍历订阅者数组，依次
执行被订阅者代码，如果你先到，你就可以“先拿到”较早的信号，如果你晚加入订阅者数组，你就只能被晚点遍历到，
接收到较晚的信号。

五、参考资料
函数式编程在Redux/React中的应用
细说ReactiveCocoa的冷信号与热信号（一）
细说ReactiveCocoa的冷信号与热信号（二）：为什么要区分冷热信号

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