ASP.NET Core Filter與IOC的羈絆

前言

我們在使用ASP.NET Core進行服務端應用開發的時候，或多或少都會涉及到使用Filter的場景。Filter簡單來說是Action的攔截器，它可以在Action執行之前或者之後對請求信息進行處理。我們知道.Net Core默認是提供了IOC的功能，而且IOC是.Net Core的核心，.Net Core的底層基本上是基於IOC構建起來的，但是默認情況下自帶的IOC不支持屬性注入功能，但是我們在定義或使用Filter的時候有時候不得不針對某個Controller或Action，這種情況下我們不得不將Filter作爲Attribute標記到Controller或Action上面，但是有時候Filter是需要通過構造函數注入依賴關係的，這個時候就有了一點小小的衝突，就是我們不得不解決在Controller或Action上使用Filter的時候，想辦法去構建Filter的實例。本篇文章不是一篇講解ASP.NET Core如何使用過濾器Filter的文章，而是探究一下Filter與IOC的奇妙關係的。

簡單示例

咱們上面說過了，我們所用的過濾器即Filter，無論如何都是需要去解決與IOC的關係的，特別是在當Filter作用到某些具體的Controller或Action上的時候。因爲直接標記的話必須要給構造函數傳遞初始化參數，但是這些參數是需要通過DI注入進去的，而不是手動傳遞。微軟給我們提供瞭解決方案來解決這個問題，那就是使用TypeFilterAttribute或ServiceFilterAttribute，關於這兩個Attribute使用的方式，咱們先通過簡單的示例演示一下。首先定義一個Filter，模擬一下需要注入的場景

public class MySampleActionFilter : Attribute, IActionFilter
{
    private readonly IPersonService _personService;
    private readonly ILogger<MySampleActionFilter> _logger;
    //模擬需要注入一些依賴關係
    public MySampleActionFilter(IPersonService personService, ILogger<MySampleActionFilter> logger)
    {
        _personService = personService;
        _logger = logger;
        _logger.LogInformation($"MySampleActionFilter.Ctor {DateTime.Now:yyyyMMddHHmmssffff}");
    }

    public void OnActionExecuted(ActionExecutedContext context)
    {
        Person personService = _personService.GetPerson(1);
        _logger.LogInformation($"TraceId=[{context.HttpContext.TraceIdentifier}] MySampleActionFilter.OnActionExecuted ");
    }

    public void OnActionExecuting(ActionExecutingContext context)
    {
        _logger.LogInformation($"TraceId=[{context.HttpContext.TraceIdentifier}] MySampleActionFilter.OnActionExecuting ");
    }
}

這裏的日誌功能ILogger在ASP.Net Core底層已經默認注入了，我們還模擬依賴了一些業務的場景，因此我們需要注入一些業務依賴，比如我們這裏的PersonService。

public void ConfigureServices(IServiceCollection services)
{
    //模擬註冊一下業務依賴
    services.AddScoped<IPersonService,PersonService>();
    services.AddControllers();
}

單獨使用Filter

這裏我們先來演示一下單獨在某些Controller或Action上使用Filter的情況，我們先來定義一個Action來模擬一下Filter的使用，由於Filter通過構造函數依賴了一下具體的服務所以我們先選擇使用TypeFilterAttribute來演示，具體使用方式如下

[Route("api/[controller]/[action]")]
[ApiController]
public class PersonController : ControllerBase
{
    private readonly List<Person> _persons;
    public PersonController()
    {
        //模擬一下數據
        _persons = new List<Person>
        {
            new Person{ Id=1,Name="張三" },
            new Person{ Id=2,Name="李四" },
            new Person{ Id=3,Name="王五" }
        };
    }

    [HttpGet]
    //這裏我們先通過TypeFilter的方式來使用定義的MySampleActionFilter
    [TypeFilter(typeof(MySampleActionFilter))]
    public List<Person> GetPersons()
    {
        return _persons;
    }
}

然後我們運行起來示例，模擬請求一下GetPersons這個Action看一下效果，因爲我們在定義的Filter中記錄了日誌信息，因此請求完成之後在控制檯會打印出如下信息

info: Web5Test.MySampleActionFilter[0]
      MySampleActionFilter.Ctor 202110121820482450
info: Web5Test.MySampleActionFilter[0]
      TraceId=[0HMCDD7ARPKDK:00000003] MySampleActionFilter.OnActionExecuting 
info: Web5Test.MySampleActionFilter[0]
      TraceId=[0HMCDD7ARPKDK:00000003] MySampleActionFilter.OnActionExecuted

這個時候我們將TypeFilterAttribute替換爲ServiceFilterAttribute來看一下效果，替換後的Action是這個樣子的

[HttpGet]
[ServiceFilter(typeof(MySampleActionFilter))]
public List<Person> GetPersons()
{
    return _persons;
}

然後我們再來請求一下GetPersons這個Action,這個時候我們發現拋出了一個InvalidOperationException的異常，異常信息大致如下

System.InvalidOperationException: No service for type 'Web5Test.MySampleActionFilter' has been registered.

從這個異常信息我們可以看出我們自定義的MySampleActionFilter過濾器需要註冊到IOC中去，所以我們需要註冊一下

public void ConfigureServices(IServiceCollection services)
{
    //模擬註冊一下業務依賴
    services.AddScoped<IPersonService,PersonService>();
    //註冊自定義的MySampleActionFilter
    services.AddScoped<MySampleActionFilter>();
    services.AddControllers();
}

做了如上的修改之後，我們再次啓動項目請求一下GetPersons這個Action，這個時候MySampleActionFilter可以正常工作了。

這裏簡單的說明一下關於需要註冊Filter的生命週期時，如果你不知道該註冊成哪種生命週期的話那就註冊成成Scope，這個是一種比較合理的方式，也就是和Controller生命週期保持一致每次請求創建一個實例即可。註冊成單例的話很多時候會因爲使用不當出現一些問題。

通過上面的演示我們大概瞭解了TypeFilterAttribute或ServiceFilterAttribute的使用方式和區別。

使用TypeFilterAttribute的時候我們的Filter過濾器是不需要註冊到IOC中去的，因爲它使用Microsoft.Extensions.DependencyInjection.ObjectFactory對Filte過濾器類型進行實例化
使用ServiceFilterAttribute的時候我們需要提前將我們定義的Filter註冊到IOC容器中去，因爲它使用容器來創建Filter的實例

全局註冊的場景

很多時候呢，我們是針對全局使用Filter對所有的或者絕大多數的Action請求進行處理，這個時候我們會全局註冊Filter而不需要在每個Controller或Action上一一註解。這個時候也涉及到關於Filter本身是否需要註冊到IOC容器中的情況，這個地方需要注意的是Filter不是必須的需要託管到IOC容器當中去，但是一旦託管到IOC容器當中就需要注意不同註冊Filter的方式，首先我們來看一下不將Filter註冊到IOC的使用方式，還是那個示例

public void ConfigureServices(IServiceCollection services)
{
    services.AddScoped<IPersonService,PersonService>();
    services.AddControllers(options => {
        options.Filters.Add<MySampleActionFilter>();
    });
}

只需要把自定義的MySampleActionFilter依賴的服務提前註冊到IOC容器即可不需要多餘的操作，這個時候MySampleActionFilter就可以正常的工作。還有一種方式就是你想讓IOC容器去託管自定義的Filter，這個時候我們需要將Filter註冊到容器中去，當然聲明週期我們還是選擇Scope，這個時候我們需要注意一下注冊全局Filter的方式了，如下所示

public void ConfigureServices(IServiceCollection services)
{
    services.AddScoped<IPersonService,PersonService>();
    services.AddScoped<MySampleActionFilter>();
    services.AddControllers(options => {
        //這裏需要注意註冊Filter的方法應使用AddService
        options.Filters.AddService<MySampleActionFilter>();
    });
}

如上面代碼所示，爲了能讓Filter的實例來自於IOC容器，在註冊全局Filter的時候我們應使用AddService方法完成註冊，否則的話即使使用Add方法不會報錯但是在IOC中你只能註冊了個寂寞，總結一下全局註冊的時候

如果你不想將全局註冊的Filter託管到IOC容器中，那麼需要使用Add方法，這樣的話Filter實例則不會通過IOC容器創建
如果你想控制Filter實例的生命週期，則需要將Filter提前註冊到IOC容器中去，這個時候註冊全局Filter的時候就需要使用AddService方法，如果使用了AddService方法，但是你沒有在IOC中註冊Filter，則會拋出異常

源碼探究

上面我們已經演示了將Filter託管到IOC容器和不使用IOC容器的使用方式，這方面微軟考慮的也是很周到，不過就是容易讓新手犯錯。如果能熟練掌握，或者理解其中的工作原理的話，還是可以更好的使用這些，並且微軟還爲我們提供了一套靈活的擴展方式。想要更好的瞭解它們的工作方式，我們還得在源碼下手。

TypeFilterAttribute

首先我們來看一下TypeFilterAttribute的源碼，我們知道在某個Action上使用TypeFilterAttribute的時候是不要求將Filter註冊到IOC中去的，因爲這個時候Filter的實例是通過ObjectFactory創建出來的。在開始之前我們需要知道一個常識那就是在ASP.NET Core上我們所使用的Filter都必須要實現IFilterMetadata接口，這是ASP.NET Core底層知道Filter的唯一憑證，比如我們上面自定義的MySampleActionFilter是實現了IActionFilter接口，那麼IActionFilter肯定是直接或間接的實現了IFilterMetadata接口，我們可以看一下IActionFilter接口的定義[點擊查看源碼👈]

public interface IActionFilter : IFilterMetadata
{
    void OnActionExecuting(ActionExecutingContext context);
    void OnActionExecuted(ActionExecutedContext context);
}

通過上面的代碼我們可以看到Filter本身肯定是要實現自IFilterMetadata接口的，這個是Filter的身份標識。接下來我們就來看一下TypeFilterAttribute源碼的定義[點擊查看源碼👈]

public class TypeFilterAttribute : Attribute, IFilterFactory, IOrderedFilter
{
    //創建Filter實例的工廠
    private ObjectFactory? _factory;

    public TypeFilterAttribute(Type type)
    {
        ImplementationType = type ?? throw new ArgumentNullException(nameof(type));
    }

    /// <summary>
    /// 創建Filter時需要的構造參數
    /// </summary>
    public object[]? Arguments { get; set; }

    /// <summary>
    /// Filter實例的類型
    /// </summary>
    public Type ImplementationType { get; }

    /// <summary>
    /// Filter的優先級順序
    /// </summary>
    public int Order { get; set; }

    /// <summary>
    /// 是否跨請求使用
    /// </summary>
    public bool IsReusable { get; set; }

    /// <summary>
    /// 創建Filter實例的實現方法
    /// </summary>
    public IFilterMetadata CreateInstance(IServiceProvider serviceProvider)
    {
        if (serviceProvider == null)
        {
            throw new ArgumentNullException(nameof(serviceProvider));
        }

        if (_factory == null)
        {
            //獲取自定義傳遞的初始化Filter實例的參數類型以創建ObjectFactory
            var argumentTypes = Arguments?.Select(a => a.GetType())?.ToArray();
            //通過ActivatorUtilities創建ObjectFactory
            _factory = ActivatorUtilities.CreateFactory(ImplementationType, argumentTypes ?? Type.EmptyTypes);
        }
        //通過IServiceProvider實例和傳遞的初始換參數得到IFilterMetadata實例即Filter實例
        var filter = (IFilterMetadata)_factory(serviceProvider, Arguments);
        //可以是嵌套的IFilterFactory實例
        if (filter is IFilterFactory filterFactory)
        {
            filter = filterFactory.CreateInstance(serviceProvider);
        }
        //返回創建的IFilterMetadata實例
        return filter;
    }
}

通過上面的代碼我們可以得知TypeFilterAttribute中包含一個CreateInstance方法，而這個方法正是創建返回了一個IFilterMetadata實例即Filter實例，而創建IFilterMetadata實例則是通過ActivatorUtilities這個類創建的。在之前的文章中我們曾大致提到過這個類，ActivatorUtilities類可以藉助IServiceProvider來創建一個具體的對象實例，所以當你不想使用DI的方式獲取一個類的實例，但是這個類的依賴需要通過IOC容器去獲得，那麼可以藉助ActivatorUtilities類來實現。需要注意的是雖然Filter實例是通過ActivatorUtilities創建出來的，而且它的依賴項來自IOC容器，但是FIlter實例本身並不受IOC容器託管。所以我們在使用的時候並沒有將Filter註冊到IOC容器中去。

ServiceFilterAttribute

上面我們看到了TypeFilterAttribute的實現方式，接下來我們來看一下和它類似的ServiceFilterAttribute的實現。我們知道ServiceFilterAttribute創建Filter實例必須要依賴IOC容器，即我們需要自行將Filter提前註冊到IOC容器中去，這樣才能通過ServiceFilterAttribute來正確的獲取到Filter的實例，接下來我們就來通過源碼來一探究竟[點擊查看源碼👈]

public class ServiceFilterAttribute : Attribute, IFilterFactory, IOrderedFilter
{
    /// <summary>
    /// 要實例化Filter的類型
    /// </summary>
    public ServiceFilterAttribute(Type type)
    {
        ServiceType = type ?? throw new ArgumentNullException(nameof(type));
    }

    /// <summary>
    /// Filter執行的優先級順序
    /// </summary>
    public int Order { get; set; }

    /// <summary>
    /// 要實例化Filter的類型
    /// </summary>
    public Type ServiceType { get; }

    /// <summary>
    /// 是否跨請求使用
    /// </summary>
    public bool IsReusable { get; set; }

    /// <summary>
    /// 創建Filter實例的實現方法
    /// </summary>
    public IFilterMetadata CreateInstance(IServiceProvider serviceProvider)
    {
        if (serviceProvider == null)
        {
            throw new ArgumentNullException(nameof(serviceProvider));
        }
        //直接在IServiceProvider實例中獲取IFilterMetadata實例
        var filter = (IFilterMetadata)serviceProvider.GetRequiredService(ServiceType);
        //支持IFilterFactory自身的嵌套執行
        if (filter is IFilterFactory filterFactory)
        {
            filter = filterFactory.CreateInstance(serviceProvider);
        }
        return filter;
    }
}

通過上面的代碼我們可以看到ServiceFilterAttribute與TypeFilterAttribute的不同之處。首先ServiceFilterAttribute不支持手動傳遞初始化參數，因爲它初始化的依賴全部來自於IOC容器。其次IFilterMetadata實例本身也是直接在IOC容器中獲取的，而並不是僅僅只是依賴關係使用IOC容器。這也就是爲何我們在使用ServiceFilterAttribute的時候需要自行先將Filter註冊到IOC容器中去。

IFilterFactory

我們上面看到了無論是ServiceFilterAttribute還是TypeFilterAttribute，它們都是實現了IFilterFactory接口，它們之所以可以定義創建Filter實例的實現方法也完全是實現了CreateInstance方法,所以本質都是IFilterFactory。通過這個名字我們可以看出它是創建Filter的工廠，ServiceFilterAttribute和TypeFilterAttribute只是通過這個接口實現了自己創建IFilterFactory的邏輯。這是微軟給我們提供的一個靈活之處，通過它我們可以在請求管道的任意位置創建Filter實例。接下來我們就來看一下IFilterFactory的定義[點擊查看源碼👈]

public interface IFilterFactory : IFilterMetadata
{
    /// <summary>
    /// 是否跨請求使用
    /// </summary>
    bool IsReusable { get; }

    /// <summary>
    /// 創建Filter實例
    /// </summary>
    /// <param name="serviceProvider">IServiceProvider實例</param>
    /// <returns>返回Filter實例</returns>
    IFilterMetadata CreateInstance(IServiceProvider serviceProvider);
}

通過代碼可知IFilterFactory也是實現了IFilterMetadata接口,所以它本身也是一個Filter，只是它比較特殊一些。既然它是一個Filter，但是它也很特殊，那麼ASP.NET Core在使用的時候是如何區分是一個Filter實例，還是一個IFilterFactory實例呢？這兩者存在一個本質的區別，Filter實例是可以直接在Action請求的時候拿來執行一些類似OnActionExecuting或OnActionExecuted的操作的，但是IFilterFactory實例需要先調用CreateInstance方法得到一個真正可以執行的Filter實例的。
這個我們可以在FilterProvider中得到答案。IFilterProvider是用來定義提供Filter實現的操作，通過它我們可以得到可執行的Filter實例，在它的默認實現DefaultFilterProvider類中的OnProvidersExecuting方法裏調用了它自身的ProvideFilter方法，看到方法的名字我們可以知道這是提供Filter實例之前的操作，在這裏我們可以準備好Filter實例，我們來看一下OnProvidersExecuting方法的實現[點擊查看源碼👈]

public void OnProvidersExecuting(FilterProviderContext context)
{
    //如果Action描述裏的Filter描述存在，即存在Filter定義
    if (context.ActionContext.ActionDescriptor.FilterDescriptors != null)
    {
        var results = context.Results;
        var resultsCount = results.Count;
        for (var i = 0; i < resultsCount; i++)
        {
            //循環調用了ProvideFilter方法
            ProvideFilter(context, results[i]);
        }
    }
}

這個方法通過判斷執行的Action是否存在需要執行的Filter，如果存在則獲取可執行的Filter實例，因爲每個Action上可能存在許多個可執行的Filter，所以這裏採用了循環操作，那麼核心就在ProvideFilter方法[點擊查看源碼👈]

public void ProvideFilter(FilterProviderContext context, FilterItem filterItem)
{
    if (filterItem.Filter != null)
    {
        return;
    }

    var filter = filterItem.Descriptor.Filter;
    //如果Filter不是IFilterFactory實例則是可以直接使用的Filter
    if (filter is not IFilterFactory filterFactory)
    {
        //直接賦值Filter
        filterItem.Filter = filter;
        filterItem.IsReusable = true;
    }
    else
    {
        //如果是IFilterFactory實例
        //獲取IOC容器實例即IServiceProvider實例
        var services = context.ActionContext.HttpContext.RequestServices;
        //調用IFilterFactory的CreateInstance得到Filter實例
        filterItem.Filter = filterFactory.CreateInstance(services);
        filterItem.IsReusable = filterFactory.IsReusable;

        if (filterItem.Filter == null)
        {
            throw new InvalidOperationException();
        }
        ApplyFilterToContainer(filterItem.Filter, filterFactory);
    }
}

通過這個代碼我們就可以看出，這裏會判斷Filter是常規的IFilterMetadata實例還是IFilterFactory實例，如果是IFilterFactory則需要調用它的CreateInstance方法得到一個可以直接使用的Filter實例，否則就可以直接使用這個Filter了。所以我們註冊Filter的時候可以是任何IFilterMetadata實例，但是真正執行的時候需要轉換成統一的可直接執行的類似ActionFilter的實例。
既然ServiceFilterAttribute和TypeFilterAttribute可以實現自IFilterFactory接口,那麼我們完全可以自己通過IFilterFactory接口來實現一個Filter創建的工廠,這樣的話爲我們創建Filter提供了另一種思路，我們以我們上面自定義的MySampleActionFilter爲例，爲它創建一個MySampleActionFilterFactory工廠,實現代碼如下

public class MySampleActionFilterFactory : Attribute, IFilterFactory
{
    public bool IsReusable => false;

    public IFilterMetadata CreateInstance(IServiceProvider serviceProvider)
    {
        //我們這裏模擬通過IServiceProvider獲取依賴的實例
        IPersonService personService = serviceProvider.GetService<IPersonService>();
        ILogger<MySampleActionFilter> logger = serviceProvider.GetService<ILogger<MySampleActionFilter>>();
        //通過依賴構造MySampleActionFilter實例並返回
        return new MySampleActionFilter(personService,logger);
    }
}

這樣的話我們可以把MySampleActionFilterFactory同樣作用於上面的示例代碼中去，如下所示，執行效果是一樣的

[HttpGet]
//[ServiceFilter(typeof(MySampleActionFilter))]
[MySampleActionFilterFactory]
public List<Person> GetPersons()
{
    return _persons;
}

全局註冊

之前我們通過示例看到，全局註冊Filter的時候也存在是否將Filter註冊到IOC容器的這種情況。既可以註冊到IOC容器，也可以不註冊到IOC容器，只不過添加過濾器的方法不一樣，看着也挺神奇的，但是一旦用錯IOC就容易註冊了個寂寞。我們知道全局註冊Filter的時候承載Filter的本質是一個集合，這個集合的名字叫FilterCollection,這裏我們只關注它的Add方法和AddService方法即可。FilterCollection繼承自Collection<IFilterMetadata>。在.Net Core中微軟的代碼風格是用特定的類繼承自已有的泛型操作，這樣的話可以讓開發者更關注類功能的本身，而且還可以防止書寫泛型出錯，是個不錯的思路。Add存在好幾個重載方法但是本質都是調用最全的哪一個方法，接下來我們就來先看一下最本質的Add方法[點擊查看源碼👈]

public IFilterMetadata Add(Type filterType, int order)
{
    if (filterType == null)
    {
        throw new ArgumentNullException(nameof(filterType));
    }

    //不是IFilterMetadata類型添加會報錯
    if (!typeof(IFilterMetadata).IsAssignableFrom(filterType))
    {
        throw new ArgumentException();
    }

    //最終還是將註冊的Filter類型包裝成TypeFilterAttribute
    var filter = new TypeFilterAttribute(filterType) { Order = order };
    Add(filter);
    return filter;
}

有點意思，豁然開朗了，通過Add方法全局添加的Filter本質還是包裝成了TypeFilterAttribute，這也就解釋了爲啥我們可以不用再IOC容器中註冊Filter而之前使用Filter了原因就是TypeFilterAttribute幫我們創建了。那接下來我們再來看看AddService方法的實現[點擊查看源碼👈]

public IFilterMetadata AddService(Type filterType, int order)
{
    if (filterType == null)
    {
        throw new ArgumentNullException(nameof(filterType));
    }

    //不是IFilterMetadata類型添加會報錯
    if (!typeof(IFilterMetadata).IsAssignableFrom(filterType))
    {
        throw new ArgumentException();
    }

    //最終還是將註冊的Filter類型包裝成ServiceFilterAttribute
    var filter = new ServiceFilterAttribute(filterType) { Order = order };
    Add(filter);
    return filter;
}

同理AddService本質是將註冊的Filter類型包裝成了ServiceFilterAttribute，所以我們如果已經提前在IOC中註冊了Filter，那麼我們只需要直接使用AddService註冊Filter即可。當然如果你不知道這個方法而是使用了Add方法也不會報錯，只是IOC容器可能有點寂寞。不過微軟的這思路確實值得我們學習，這種情況下處理邏輯是統一的，最終都是來自IFilterFactory這個接口。

總結

通過本篇文章我們瞭解了在ASP.NET Core使用Filter的時候，Filter有構建實例的方式，即可以將Filter註冊到IOC容器中去，也可以不用註冊。區別就是你是否可以自行控制Filter實例的生命週期，整體來說微軟的設計思路還是非常合理的，有助於我們統一處理Filter實例的生成。我們都知道自帶的IOC只支持構造注入這樣的話就給特定的Action構建Filter的時候帶來了不便，微軟給出了TypeFilterAttribute和ServiceFilterAttribute解決方案，接下來我們就總結一下它們倆

TypeFilterAttribute和ServiceFilterAttribute都實現了IFilterFactory接口，只是創建Filter實例的方式不同。
TypeFilterAttribute通過ActivatorUtilities創建Filter實例，雖然它的依賴模塊來自IOC容器，但是Filter實例本身並不受IOC容器管理。
ServiceFilterAttribute則是通過IServiceProvider獲取了Filter實例，這樣整個Filter是受到IOC容器管理的，注入當然是基礎操作了。
全局註冊Filter的時候如果沒有將Filter註冊到IOC容器中，則使用Add方法添加過濾器，Add方法的本質是將註冊的Filter包裝成TypeFilterAttribute
如果全局註冊Filter的時候Filter已經提前註冊到IOC容器中，則使用AddService方法添加過濾器，AddService方法的本質是將註冊的Filter包裝成ServiceFilterAttribute

通過上面的描述相信大家能更好的理解Filter本身與IOC容器的關係，這樣的話也能幫助大家在具體使用的時候知道如何去用，如何更合理的使用。這裏我們是用的IActionFilter作爲示例，不過沒有沒關係，只要是實現了IFilterMetadata接口的都是一樣的，即所有的操作都是針對接口的，這也是面向對象編程的本質。如果有更多疑問，或作者描述不正確，歡迎大家評論區討論。

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ASP.NET Core Filter與IOC的羈絆

前言

簡單示例

單獨使用Filter

全局註冊的場景

源碼探究

TypeFilterAttribute

ServiceFilterAttribute

IFilterFactory

全局註冊

總結

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