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  • Java 内存分区
    千次阅读
    2018-08-16 17:12:43

    Java 内存分区主要分5个方面

    1.程序计数器  又叫程序寄存器 线程私有 

    JVM支持多个线程同时运行,当每一个新线程被创建时,它都将得到它自己的PC寄存器(程序计数器)。如果线程正在执行的是一个Java方法(非native),那么PC寄存器的值将总是指向下一条将被执行的指令,如果方法是 native的,程序计数器寄存器的值不会被定义。 JVM的程序计数器寄存器的宽度足够保证可以持有一个返回地址或者native的指针。

     

    2.Java栈   线程私有  

    JVM为每个新创建的线程都分配一个栈。也就是说,对于一个Java程序来说,它的运行就是通过对栈的操作来完成的。栈以帧为单位保存线程的状态。JVM对栈只进行两种操作:以帧为单位的压栈和出栈操作。我们知道,某个线程正在执行的方法称为此线程的当前方法。我们可能不知道,当前方法使用的帧称为当前帧。当线程激活一个Java方法,JVM就会在线程的 Java堆栈里新压入一个帧,这个帧自然成为了当前帧。在此方法执行期间,这个帧将用来保存参数、局部变量、中间计算过程和其他数据。从Java的这种分配机制来看,堆栈又可以这样理解;局部变量和对象引用都是放在栈区,代码运行完就会被自动回收。

     

    3.Java堆  线程共享

    成员变量 是属于对象所有的 所以是放在堆区  对象本身也是放在堆区  这是是JavaGC的核心 不会自动回收 

    jvm只有一个堆区(heap)被所有线程共享,堆中不存放基本类型和对象引用,只存放对象本身,对象在这里被分配内存.

     

    4. 方法区  线程共享

    当虚拟机装载一个class文件时,它会从这个class文件包含的二进制数据中解析类型信息,然后把这些类型信息(包括类信息、常量、静态变量等)放到方法区中,该内存区域被所有线程共享。虽然JVM规范把方法区描述为堆得一个逻辑部分,但是他有一个别名叫Non-heap(非堆),目的应该是与Java堆区分开。主要有string常量 final常量  static修饰的 都是在方法区

     

    5.本地方法栈

    主要是存放Native的方法。

     

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  • Java内存分区

    千次阅读 2018-08-29 13:36:35
    Java程序是交由JVM执行的,所以Java内存区域划分的时候事实上是指JVM区域划分 1、Java程序执行过程: 如图所示,首先Java源代码文件(.java后缀)会被Java编译器编译为字节码文件(.class后缀),然后由JVM中的类...

    Java程序是交由JVM执行的,所以Java内存区域划分的时候事实上是指JVM区域划分

    1、Java程序执行过程:

    如图所示,首先Java源代码文件(.java后缀)会被Java编译器编译为字节码文件(.class后缀),然后由JVM中的类加载器加载各个类的字节码文件,加载完毕之后,交由JVM执行引擎执行。在整个程序执行过程中,JVM会用一段空间来存储程序执行期间需要用到的数据和相关信息,这段空间一般被称作Runtime Data Area(运行时数据区)也就是我们常常说的JVM内存。因此,在Java中我们常常说到的内存管理就是针对这段空间进行管理(如何分配和回收内存空间)。

    一、运行时数据区域包括五部分

          根据《Java虚拟机规范》的规定,运行时数据区通常包括这几个部分:程序计数器(Program Counter Register)、Java栈(VM Stack)、本地方法区(Native Method Stack)、方法区(Method Area)、堆(Heap)。

    如上图所示,JVM运行时数据区包括这五部分,在JVM规范中虽然规定了程序在执行期间运行时数据区应该包括这几部分,但是至于具体如何实现并没有做出规定,不同的虚拟机厂商可以有不同的实现方式。

    二、运行时数据区的每部分到底存储了那些数据?

    1、程序计数器

         程序计数器(Program Counter Regist)也有称作为PC寄存器,在汇编语言中,程序计数器是指CUP中的寄存器就,它保存的是程序当前执行的指令地址(也可以说是下一条指令的所在存储单元地址),当CUP需要指令时,需要从程序计数器中得到当前 执行的指令所在存储单元地址,然后根据得到的地址获取到指令,在得到指令后,程序计数器便会自动加1或者根据转移指针得到下一条指令的地址,如此循环,直至执行完所有指令。

         虽然JVM中的程序计数器并不像汇编语言中的程序计数器一样是物理概念上的CUP寄存器,但是JVM中的程序计数器的功能跟汇编语言中的程序计数器的功能在逻辑上是等同的,也就是说是用来指示 执行哪条指令的。

    由于在JVM中,多线程是通过线程轮流切换来获得CPU执行时间的,因此,在任一具体时刻,一个CPU的内核只会执行一条线程中的指令,因此,为了能够使得每个线程都在线程切换后能够恢复在切换之前的程序执行位置,每个线程都需要有自己独立的程序计数器,并且不能互相被干扰,否则就会影响到程序的正常执行次序。因此,可以这么说,程序计数器是每个线程所私有的。

      在JVM规范中规定,如果线程执行的是非native方法,则程序计数器中保存的是当前需要执行的指令的地址;如果线程执行的是native方法,则程序计数器中的值是undefined。

      由于程序计数器中存储的数据所占空间的大小不会随程序的执行而发生改变,因此,对于程序计数器是不会发生内存溢出现象(OutOfMemory)的。

    2、Java栈

          Java栈也称作是虚拟机栈(Java Vitual Machine Stack),也就是我们常常所说的栈,跟c语言的数据段中的栈类似。事实上,Java栈是Java方法执行的内存模型。

           Java栈中存放的是一个个栈帧,每个栈帧对应着一个被调用的方法,在栈帧中包括局部变量表(Local Variable)、操作数栈(Operaand Stack)、指向当前方法所属的类的运行时常量池的引用(Reference to runtime constant tool)、方法返回地址(Return Address)和一些额外的附加信息。当线程执行一个方法时,就会随之创建一个对应的栈帧,并将建立的栈帧压栈。当方法执行完毕之后,便会将栈帧出栈。因此可知,线程当前执行的方法所对应的栈帧必定位于Java栈的顶部。讲到这里,大家就应该会明白为什么 在 使用 递归方法的时候容易导致栈内存溢出的现象了以及为什么栈区的空间不用程序员去管理了(当然在Java中,程序员基本不用关系到内存分配和释放的事情,因为Java有自己的垃圾回收机制),这部分空间的分配和释放都是由系统自动实施的。对于所有的程序设计语言来说,栈这部分空间对程序员来说是不透明的。下图表示了一个Java栈的模型:

            局部变量表,顾名思义,就是用来存储放出方法中的局部变量(包括在方法中申明的非静态变量以及函数形参)。对于基本数据类型的变量,则直接存储他的值,对于应用类型的变量,存的是指向对象的应用。

          操作栈帧,想必学过数据结构中的栈的朋友想必对表达式求值问题不会陌生,栈最典型的一个应用就是用来对表达式求值。想想一个线程执行方法的过程中,实际上就是不断执行语句的过程,而归根到底就是进行计算的过程。因此可以这么说,程序中的所有计算过程都是在借助于操作数栈来完成的。

         指向运行时常量池的引用,因为在方法执行的过程中有可能需要用到类中的常量,所以必须要有一个引用指向运行时的常量池

         方法返回地址,当一个方法执行完毕后,要返回之前调用它的地方,因此在栈帧中必须保存一个方法的返回地址。

         由于每个线程执行正在执行的方法可能不同,因此每个线程都有一个Java栈,互不干扰。

    3、本地方法栈

      本地方法栈与Java栈的作用和原理相似,区别只不过是Java栈是为执行Java方法服务的,而本地方法栈则是执行本地方法(Native Method)服务的,在JVM规范中,并没有对本地方法栈的具体实现方法以及数据结构做强制规定,虚拟机可以自由实现它,在HOTSpot虚拟机中直接把本地方法栈和Java栈合二为一。

    4、堆

         在c语言中,堆这部分空间是唯一一个程序员管理的内存区域,程序员可以通过malloc函数和free函数在堆上申请和释放空间

          Java中的堆是用来存储对象本身以及数组(当然,数组引用是放在Java栈中的)。只不过和c语言不通,在Java中,程序员基本不关心空间释放的问题,Java的垃圾回收机制会自动进行处理,因此这部分空间也是Java垃圾收集器管理的主要区域。另外堆是被所有线程池共享的,在JVM中只有一个堆。

    5、方法区

         方法区在JVM中也是一个非常重要的区域,它与堆一样,是被线程池共享的区域。在方法区中,存储每个类的信息(包括类的名称、方法信息、字段信息)静态变量、常量以及编译器变异后的的代码等。

       在class文件中除了类的字段、方法、接口等描述信息外,还有一项是常量池,用来存储编译期间生成的字面量和符号引用。

       在方法区中有一个非常重要的部分就是运行时常量池,它是每一个类或接口的常量池的运行时表示形式,在类和接口被加载到JVM后,对应的常量池就被创建出来。当然并非class文件常量池中的内容才能进入运行时常量池,在运行期间也可将新的常量放入运行时常量池中,比如string的intern方法。

       在JVM规范中,没有强制要求方法区必须实现垃圾回收机。

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  • 区分-JVM内存分区Java内存模型(Java Memory Model)

    千次阅读 多人点赞 2019-05-08 17:55:13
    也是最近被问到了Java内存模型,学识浅薄,一直以为内存分区和内存模型是一个东西,现在做一下笔记整理一下以区分和学习这两个概念及其延伸的一些知识点。 开门见山 解决问题 JVM内存分区具体指的是JVM中运行时...

    也是最近被问到了Java内存模型,学识浅薄,一直以为内存分区和内存模型是一个东西,现在做一下笔记整理一下以区分和学习这两个概念及其延伸的一些知识点。

    开门见山 解决问题

    • JVM内存分区具体指的是JVM中运行时数据区的分区。
    • JMM是一种规范,是抽象的概念,目的是解决由于多线程并发编程通过内存共享进行通信时,存在的本地内存数据不一致、编译器会对代码指令重排序、处理器会对代码乱序执行等带来的问题,即保证内存共享的正确性(可见性、有序性、原子性)。

    也就是说,Java内存分区和JMM是完全不同层次的概念,更恰当说JMM描述的是一组规范,围绕原子性,有序性、可见性,通过这组规范控制程序中各个变量在共享数据区域和私有数据区域的访问方式。JMM与Java内存区域其实都是抽象的概念,唯一相似点,都存在共享数据区域和私有数据区域,在JMM中主内存属于共享数据区域,从某个程度上讲应该包括了堆和方法区,而工作内存数据线程私有数据区域,从某个程度上讲则应该包括程序计数器、虚拟机栈以及本地方法栈。或许在某些地方,我们可能会看见主内存被描述为堆内存,工作内存被称为线程栈,实际上他们表达的都是同一个含义。

     

     

    JVM内存区域划分

                                                 

    老生常谈的问题:.java文件被Java Compiler便以为.class字节码文件,随后Class Louder加载各类的字节码文件,加载完后交由Execution Engine执行。执行引擎负责具体的代码调用及执行过程。就目前而言,所有的Java虚拟机的执行引擎都是一致的:输入的是字节码文件、处理过程是等效字节码解析过程,输出的是执行结果。Runtime Data Area用来存放程序运行时的数据和相关信息,也就是常说的JVM内存。

    Runtime Data Area

    JVM规范了内存分区,由方法区、堆、虚拟机栈、程序计数器、本地方法栈组成。

                           

    1. 方法区(Mehtod Area):属线程共享内存区域,又叫Non-Heap,作用是储存已被JVM加载的类信息、常量、静态变量、即时编译后的代码等。其中的Runtime Constant Pool(运行时常量池), 用于存放编译器生成的符号引用和字面量(就是这个量本身,如字符串“ "ABC" ”,int型"3"),由于Java不要求常量一定在编译时产生,所以它具备 动态性 特征,运行期间产生的新常量也会加入池中。当方法区无法满足内存分配需求时,将抛出OutOfMemoryError 异常。

    2. Java堆(Heap):属线程共享内存区域,在虚拟机启动时创建,占用区域最大,用于存放对象实例,可以处理不连续的内存空间,可扩展,是GC机制管理的主要区域,所以也被叫做GC堆。由于现在收集器基本都采用分代收集算法,所以Java 堆中还可以细分为:新生代和老年代;在细致一点的有Eden空间、From Survivor空间、To Survivor空间等。从内存分配的角度看,线程共享的Java 堆中可能划分出多个线程私有的分配缓冲区。不过无论如何划分,都与存放内容无关,无论哪个区域,存储的都仍然是对象实例,进一步划分的目的是为了更好地回收内存,或者更快地分配内存。当堆中没有内存满足实例分配需求,并且堆也无法再扩展时,将会抛出OutOfMemoryError 异常。

    3. 虚拟机栈(JVM Stacks):属线程私有内存区域,与线程同时创建,总数与线程数关联,代表Java方法执行的内存模型。每一个运行在Java虚拟机里的线程都拥有自己的线程栈,这个线程栈包含了这个线程调用的方法当前执行点相关的信息。每个方法执行时都会创建一个栈桢来存储方法的的变量表、操作数栈、动态链接方法、返回值、返回地址等信息。每个方法从调用直结束就对于一个栈桢在虚拟机栈中的入栈和出栈过程。当虚拟机栈中没有内存满足实例分配需求,会抛出StackOverflowError和OutOfMemoryError异常。

    4. 程序计数器(Program Counter Register):属线程私有内存区域,占一小块内存区域,用于指示当前执行字节码的行号,通过改变这个计数器的值来选取下一条需要执行的字节码指令,分支、循环、跳转、异常处理、线程恢复等基础功能都需要依赖这个计数器来完成。此内存区域是唯一 一个在Java 虚拟机规范中没有规定任何OutOfMemoryError情况的区域。

    5. 本地方法栈(Native Method Stacks):属线程私有内存区域,本地方法栈与虚拟机栈发挥的功能非常类似,只是虚拟机栈为虚拟机执行java方法而服务,而本地方法栈为虚拟机执行native方法而服务。当本地方法栈中没有内存满足实例分配需求,会抛出StackOverflowError和OutOfMemoryError异常。

    Java内存模型(JMM)

    JMM是一种抽象的概念,它是一种规范,定义了程序中各个变量访问的方式。JVM运行程序的实体是线程,每个线程创建时JVM会为其创建相应的工作内存(空栈间),用于储存线程私有数据,JMM中规定所有变量都存储在主内存上,所有线程都可访问,线程对于变量的操作(赋值、读取等)必须在工作内存进行,操作完成首在写回主内存,这样个线程之间就无法相互访问,线程间的通信(传值)必须通过主内存来完成。

    • 主内存(堆内存):主要存储实例对象,所有线程创建的实例对象(成员、局部、静态、常量等)都放在主内存中。存在线程安全问题(造成主内存与工作内存间数据存在一致性问题)。
    • 工作区域(私有线程域):主要存储当前方法的所有本地变量信息(主内存中变量的复制,也包含字节码行号指示器、相关Native方法信息)。线程中的本地变量对其他线程不可见,不存在线程安全问题。

    主内存与工作内存的数据存储类型、操作方式及与硬件的关系

    如果方法中的数据是基本数据类型,将直接存储在栈帧结构中;如果本地变量是引用类型,那么该引用会存储在工作内存的栈帧中,而对象实例还是会存在主内存(堆)中。对于实例对象的成员变量,无论类型都被存在堆中。当两个线程同时调用了一个对象的同一个方法时,两条线程都会将所涉及的数据复制一份到自己的工作内存中,操作完成后刷新到主内存中。JMM是一种抽象的概念,并不实际存在,在逻辑上分工作内存和主内存,但在物理上二者都可能在主存中也可能在Cache或者寄存器中。Java内存分区也是这个道理。

    Java线程的实现原理

    在Windows和Linux系统上,Java线程实现是基于一对一的线程模型,即通过语言级的程序(JVM)去间接地调用操作系统内核的线程模型。由于我们编写的多线程程序属于语言层面的,程序一般不会直接去调用内核线程,取而代之的是一种轻量级的进程(Light Weight Process),也是通常意义上的线程,由于每个轻量级进程都会映射到一个内核线程,因此我们可以通过轻量级进程调用内核线程,进而由操作系统内核将任务映射到各个CPU各个核心进行并发执行,这种轻量级进程与内核线程间1对1的关系就称为一对一的线程模型。

                                     

    关于其中的内核线程(Kernel-Level Thread,KLT),它是由操作系统内核(Kernel)支持的线程,这种线程是由操作系统内核来完成线程切换,内核通过操作调度器进而对线程执行调度,并将线程的任务映射到各个处理器上。每个内核线程可以视为内核的一个分身,这也就是操作系统可以同时处理多任务的原因。

    并发编程的问题

    多线程并发编程会涉及到以下的问题:

    • 原子性:指在一个操作中就是cpu不可以在中途暂停然后再调度,既不被中断操作,要不执行完成,要不就不执行。
    • 可见性:指当多个线程访问同一个变量时,一个线程修改了这个变量的值,其他线程能够立即看得到修改的值。
    • 有序性:程序执行的顺序按照代码的先后顺序执行,多线程中为了提高性能,编译器和处理器的常常会对指令做重排(编译器优化重排、指令并行重排、内存系统重排)。

    JMM的具体实现

    JMM还提供了一系列原语(由若干条指令组成的,用于完成一定功能的一个过程),封装了底层实现。

    1. 原子性:Java提供了两个高级字节码指令monitorenter和monitorexit,对应的是关键字synchronized,使用该关键字保证方法和代码块内的操作的原子性。
    2. 可见性:Java中的volatile关键字提供了一个功能,那就是被其修饰的变量在被修改后可以立即同步到主内存,被其修饰的变量在每次是用之前都从主内存刷新。因此,可以使用volatile来保证多线程操作时变量的可见性。

      除了volatile,Java中的synchronized和final两个关键字也可以实现可见性,只不过实现方式不同。

    3. 有序性:用volatile关键字禁止指令重排,用synchronized关键字加锁。

     

     

     

     

     

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  • JAVA内存分区与CC++内存分区的总结
  • Java 内存分区讲解

    千次阅读 多人点赞 2019-07-25 11:19:46
    本文将全面讲解Java虚拟机中的内存模型和分区Java虚拟机把管理的内存划分为几个不同的数据区域,如下图所示。 下面就分别展开讲解一下每个区域的功能。 1. JavaJava堆是被所有线程共享的一块内存区域,...

    对于一个Java开发者,了解Java中的对象、变量等存放的内存区域是十分重要的。本文将全面讲解Java虚拟机中的内存分区。

    Java虚拟机把管理的内存划分为几个不同的数据区域,如下图所示。

    下面就分别展开讲解一下每个区域的功能。

    1. Java堆

    Java堆是被所有线程共享的一块内存区域,在虚拟机启动时创建。此内存区域的唯一目的就是存放对象实例,所有的对象实例以及数组都要在堆上分配。Java堆是垃圾收集器管理的主要区域,因此很多时候也被称做“GC堆”。

    从内存回收的角度看,由于现在收集器基本都采用分代收集算法,所以Java堆还可以细分为新生代老年代;再细致一点的有Eden空间、From Survivor空间和To Survivor空间等。

    从内存分配的角度看,线程共享的Java堆中可能划分出多个线程私有的分配缓冲区(Thread Local Allocation Buffer, TLAB)。

    根据Java虚拟机规范的规定,Java堆可以处于物理上不连续的内存空间中,只要逻辑上是连续的即可。在实现时,既可以实现成固定大小的,也可以是可扩展的,不过当前主流的虚拟机都是按照可扩展来实现的。

    如果在堆中没有内存完成实例分配,并且堆也无法再扩展时,将会抛出OutOfMemoryError异常。

    2. 方法区

    方法区与Java堆一样是所有线程共享的内存区域,用于存储已被虚拟机加载的类信息常量静态变量即时编译器编译后的代码等数据。虽然Java虚拟机规范把方法区描述为堆的一个逻辑部分,但是它却有一个别名叫做Non-Heap非堆),目的是与Java堆区分开。

    Java虚拟机规范对方法区的限制非常宽松,除了和Java堆一样不需要连续的内存和可以选择固定大小或者可扩展外,还可以选择不实现垃圾收集。相对而言,垃圾收集行为在这个区域是比较少出现的,但并非数据进入了方法区就如永久代的名字一样“永久”存在了。这个区域的内存回收目标主要是针对常量池的回收和对类型的卸载,一般来说,这个区域的回收“成绩”比较难以令人满意,尤其是类型的卸载,条件相当苛刻,但是这部分区域的回收确实是有必要的。

    运行时常量池是方法区的一部分,用于存放编译期生成的各种字面常量和符号引用

    根据Java虚拟机规范的规定,当方法区无法满足内存分配需求时,将抛出OutOfMemoryError异常。

    3. Java虚拟机栈

    Java虚拟机栈是线程私有的,它的生命周期与线程相同。虚拟机栈描述的是Java方法执行的内存模型:每个方法在执行的时候都会同时创建一个栈帧用于存储局部变量表操作栈动态链接方法返回地址等信息。每一个方法从被调用直至执行完成的过程,就对应着一个栈帧在虚拟机栈中从入栈到出栈的过程,如下图所示。

    局部变量表用于存放方法参数方法内部定义的局部变量,其大小在代码编译期间已经确定,在方法运行期间不会改变。局部变量表以变量槽Slot)为最小存储单位,每个Slot能够存放一个boolean、byte、char、short、int、float、reference(对象引用)和returnAddress(指向了一条字节码指令的地址)类型的32位数据,对于64位的数据类型long和double,虚拟机会以高位对齐的方式为其分配两个连续的Slot空间。

    在方法执行时,如果是实例方法,即非static方法,局部变量表中第0位Slot默认存放对象实例的引用,在方法中可以通过关键字 this 进行访问,方法参数按照参数列表顺序,从第1位Slot开始分配,方法内部变量则按照定义顺序进行分配其余的Slot。

    在Java虚拟机规范中,对这个区域规定了两种异常状况:如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度,将抛出StackOverflowError异常;如果虚拟机栈可以动态扩展,当扩展时无法申请到足够的内存时会抛出OutOfMemoryError异常。

    4. 本地方法栈

    本地方法栈与虚拟机栈所发挥的作用是非常相似的,其区别是虚拟机栈为虚拟机执行Java方法(也就是字节码)服务,而本地方法栈则为虚拟机使用到的Native方法服务

    虚拟机规范中对本地方法栈中的方法使用的语言、使用方式与数据结构并没有强制规定,因此具体的虚拟机可以自由地实现它,甚至有的虚拟机(如Sun HotSpot虚拟机)直接就把本地方法栈和虚拟机栈合二为一。

    与虚拟机栈一样,本地方法栈区域也会抛出StackOverflowErrorOutOfMemoryError异常。

    5. 程序计数器

    程序计数器可以看作是当前线程所执行的字节码的行号指示器。在虚拟机的概念模型里,字节码解释器工作时就是通过改变这个计数器的值来选取下一条需要执行的字节码指令,分支、循环、跳转、异常处理和线程恢复等基础功能都需要依赖这个计数器来完成。

    由于Java虚拟机的多线程是通过线程轮流切换并分配处理器执行时间的方式来实现的,在任何一个确定的时刻,一个处理器只会执行一条线程中的指令。因此,为了线程切换后能恢复到正确的执行位置,每条线程都需要有一个独立的程序计数器,各条线程之间计数器互不影响,独立存储。

    如果线程正在执行的是一个Java方法,这个计数器记录的是正在执行的虚拟机字节码指令的地址;如果正在执行的是Native方法,这个计数器值则为空(Undefined)。

    此内存区域是唯一一个在Java虚拟机规范中没有规定任何OutOfMemoryError情况的区域。

     

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  • 题目:用C语言(也可以用Java)实现采用首次适应算法的内存分配和回收过程。 题目要求: 定义管理空闲分区的相关数据结构:采用空闲分区链表来管理系统中所有的空闲分区,链表中的每个节点表示一个空闲分区,登记有...
  • java中堆的分区

    千次阅读 2019-08-12 22:19:09
    上次简单记录了jvm的五大模块,着重了解了下栈的机制,这次来学习jvm的核心——堆 堆的作用 ...新生代、老生代、永久代的概念就是在堆里堆内存可以处于物理上不连续的内存空间中,只要逻辑上是连续的...

空空如也

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