基于Web的中间件系统集成框架--应用服务器的研究.pdf

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1、第38卷 第4期2OO1年4月计 算 机 研 究 与 发 展JOURNAL OF COMPU ER RESEARC SDEVELOPMEN Vol.38 No.4Apr.2OO1原稿收到日期:2OO1-O2-O1本课题得到国家g八六三 高技术研究发展计划基金项目(863-3O6-ZDO2-1)和国家教育部骨干教师基金项目资助基于Web的中间件系统集成框架 应用服务器的研究齐勇赵季中侯迪沈钧毅曾斌异(西安交通大学计算机科学与技术系西安71OO49)()摘要以g八六三 项目为背景 在探讨应用服务器技术组件和框架技术的基础上 通过结合CORBA开放性跨平台跨语言的特性和EJB业务处理能力 设计并实现

2、了一个可伸缩健壮的支持Web分布式应用的中间应用服务器系统平台 其功能包括:组件容器管理控制台事务服务外部资源管理名字服务等;并在实际中得到了初步应用 取得了很好的效果.与其它方式的服务相比 它有着易于开发易于管理和易于加载服务等特点.对其理论背景体系结构关键技术以及其上的应用领域框架等进行了全面的研究.关键词应用服务器 构件 核心框架 派生框架 CORBA EJB XML中图法分类号 P311STUDY OF APPLICATION SERVER WEB-BASEDMIDDLEWARE SYSTEM INTEGRATED FRAMEWORKI Yong ZAO Ji-Zhong OU Di

3、SEN Jun-Yi and ZENG Bing-Yi(Department of Computer Sczence and Technology Xz an zaotong UnzUerszty Xz an 71OO49)AbStractAfter introducing the technigueS of application SerVer component and frameWork explanationS are giVen aS to hoW to build upa high-performance Scalable androbuStinfraStructure ofWeb

4、-baSed diStributed application SerVerbycombining the open croSS-platform and croSS-language capabilitieS of CORBA With the tranSactional buSineSS logic ofEnterpriSe JaVaBeanS(EJB)technology.A SyStem iS made of component container managementconSole tranSaction SerVice external reSource management nam

5、ing SerVice etc.It poSSeSSeS thecharacteriStic Such aS eaSy to deVelop eaSy to manage and eaSy to load SerViceS etc.Introduced inthiS paper are the theory background SyStem architecture key technology and applicationdomain frameWork on it etc.Key wordSapplication SerVer component core-frameWork deri

6、Ved-frameWork CORBA EJB XML1引言随着Internet技术的迅速发展,其应用技术也已经从简单的信息浏览发展到复杂的分布式应用(经历了从CGI,Webserver API,JHvH到基于分布式对象技术的多层模式),计算机支持的工作需要系统提供一个能支持复杂的分布式异构运行环境,如电子商务 CsCW等应用的要求.组件技术的出现为网络上分布式应用提供一个很好的技术支持,但是,如何在Web环境下利用组件技术建立一个易于管理可重用可伸缩健壮的为复杂的分布式应用支撑平台是Internet的一个重要研究方向1,而中间应用服务器是一种很好的解决方案2,因此具有很好应用前景.论文以 八

7、六三 高技术研究发展计划项目为背景,在探讨应用服务器技术以及组件技术的基础上,通过结合CORBA开放性跨平台跨语言的特性和EJB的业务处理能力,设计并实现了一个可伸缩健壮的支持Web分布式应用的中间应用服务器系统平台.其功能包括:组件容器管理控制台事务服务外部资源管理名字服务等.应用服务器给组件运行提供一个中间件集成框架,组件被应用服务器调用,实现企业的业务逻辑和业务数据.应用服务器负责处理启动组件实例化组件调用组件实例撤销组件实例等流程,以及线程/进程安排消息分派事务处理安全许可等底层工作,而组件则关心它的某个方法被调用时应该处理的业务.与其它方式的服务比较,该系统有着易于开发易于管理和易于

8、加载服务等特点.通过初步应用已经显示出了很好的效果.2框架概念组件(或软构件)是软件开发中目前使用较广的技术,它提供了一种非常好的表示和设计类的方法,但是类的粒度太小,还不能保证软件设计与代码的重用.框架实现了组件即插即用的插槽,提供了大量软件组件重用的支撑技术,从而可以真正提高软件重用性,降低软件开发工作量,提高开发效率.(1)框架:框架是一组预先开发好的软件组件,开发人员可以直接利用这些组件,或者扩充定制这些组件得到一个特殊的计算解决方案.利用框架,开发人员不必每次都从头开始开发应用.框架是一组对象的集合,所以它的设计与代码都可以被重用3,4.(2)框架的分类,框架按照用途和形式被分成3类

9、:D系统基础框架:它一般用在系统基础建设中,如操作系统通信框架等 中间层集成框架:用于把中间层逻辑的代码通过框架技术集成为一个完整的系统.中间层集成框架一般用于集成分布式组件.应用服务器属于这种框架 企业应用框架:属于垂直框架,它在某一特定企业应用领域中提供通用的业务控制或特定业务模式例子.这种框架是对该领域进行抽象而得出的.3中间层系统集成框架 应用服务器(1)应用服务器应用服务器是一个基于组件的中间层集成框架.它为组件的运行提供运行时环境基础服务(水平服务)和管理等功能.组件封装业务逻辑和业务数据并依赖于应用服务器而工作.应用服务器和组件各司其职,完成各自的工作.应用服务器和组件之间必须有

10、明确规定好的接口用于管理组件.它位于多层模式中的中间层,支持多操作系统平台,可提供分布处理支撑功能,在其与Webserver集成后,就形成了完整的基于Web的分布式应用运行环境.(2)系统体系结构系统的整体思想是结合CORBA处理网络的透明性和EJB处理业务逻辑的优点,设计了一个符合J2EE标准和EJB1.1规范的应用服务器框架,允许组件的 即插即用.应用服务器体系结构如图1所示.管理控制台位于ORB之上,在管理控制台之上是各种服务.这些服务在启动时注册到管理控制台,容器是组件运行的环境,它包括若干组件管理器用于对不同组件的管理.其它的服务,如名字服务事务服务外部资源管理等可以被组件或容器使用

11、.客户通过ORB或JsP找到容器为组件提供的接口,利用这接口激发组件.客户激发组件时,容器捕获全部消息并对其进行分派.在整个系统中,除了底层ORB之外,所有模块均为CORBA对象,可以被单独启动或关闭.在运行时,这些CORBA对象通过它们的接口,动态地插接在一起形成整个系统.1344期齐勇等:基于Web的中间件系统集成框架 应用服务器的研究图1应用服务器体系结构4应用服务器的关键技术如图1箭头部分所示 应用服务器包括,0 RB管理控制台(management console)安全(security)容器(container)事务服务(transaction service)外部资源管理和名字服

12、务(naming service)等部分 下面讨论其关键技术.(1)0 RB子系统0 RB提供底层分布式计算环境 使得分布对象可以被远程引用.另外 它还结合C0 RBA 2.3的按值传送和Java的序列化功能 实现对象实例传送 包括数据和行为的传送5 6.(2)组件容器(EJB container)容器是组件运行的地方.在EJB规范中 组件被称为Bean 多个组件被打包到一个档案(Jar)文件中(称为组件包).当组件包被安装到容器中时 它为组件包产生一个管理节点用于管理组件包的属性.接着 系统分析组件包并提取出各个组件 最后根据组件的类型调用相应的组件管理器装载该组件.根据EJB规范7组件被分

13、成3类,有状态会话组件(stateful session bean)无状态会话组件(statelesssession bean)和实体组件(entity bean)针对这3种不同的组件 容器中存在3种不同的管理器(参见图1)他们是整个容器的核心 针对某一种组件类型 负责管理这种类型组件的实例化运行和激发.容器根据组件的类型 把组件交给相应的组件管理器管理.组件管理器首先确认组件是否合法 接着继续分析组件 并取得组件的接口和实现文件 然后 为组件产生接口对象.根据实例化策略 组件会被实例化并保存在组件管理器中.所有的EJBs实例都运行在EJB容器中 容器为其中EJBs提供系统级的服务以及控制它们

14、的生命周期.由于容器处理绝大多数的系统层次上的问题 因而EJBs开发者并不需要把这些问题包含在EJBs的逻辑处理中.应用服务器的容器主要处理如下的一些问题,D安全,部署描述信息定义了不同的客户能够访问不同的服务器中企业方法.容器通过在客户调用方法时只允许授权的用户可以访问的机制来实现.生命周期管理,用户只是简单地创建EJBs的实例和移除这些实例.然而 容器负责管理这些EJBs实例以使内存和执行效率最优化.容器通过激活 睡眠EJBs使用EJBs缓冲池来共享EJBs等方法来实现这样的目的.事务管理,部署描述信息定义了一个EJBs的事务请求 容器负责管理分布式事务的复杂问题 例如 容器隔离事务性的数

15、据 并确保数据库更新成功等.(3)事务服务(transaction service)事务处理是企业计算中最主要的内容之一.对象事务服务提供了分布式事务处理的一个面向对象的框架.系统的事务服务设计遵循0 MG组织的对象事务服务模型0 TS(object transcation service)通过IDL Java映射 实现了一个Java的符合两阶段提交协议的事务服务JTS.在系统中定义了一组接口 其中包括规范中给出的Current Control Terminator Coordinator Resource Factory RecoveryCoordinator 自 定 义的0 TSServe

16、r接口以及与事务上下文对应的接口PropagationContext.用户可以通过这些接口的实234计 算 机 研 究 与 发 展2001年例对象方便地参与事务管理.图Z是这些接口以及他们之间的关系图.图Z服务器事务处理模型其中,O 负责管理该服务器上的所有事务,它维护一个事务 ash表,记录客户线程及其相应事务上下文之间的关系.PropagationContext即事务上下文,每一个PropagationContext对象与一个事务对应,它记录了与该事务相关的信息.事务服务通过传递事务上下文来传播事务.(4)事务管理(transaction manegement)事务管理模型如图3所示,它建

17、立在ORB之上,以CORBA的O 为核心,扩充了数据库连接管理 事务监控 日志管理等功能,使其具有完整的事务管理能力.图3事务管理结构 事务监控 提供一个可视化的界面,使用户可以实时监视 管理系统中所有事务.日志管理 记录事务日志,使用户可以查看和配置日志文件,并为事务回滚提供必要的信息.数据库连接管理 它能够将O 与数据库服务器无缝集成,并采用连接池技术优化数据库连接.这3个部分加上O 相互配合提供了完整的对象事务服务.()外部资源集成系统外部资源集成子系统是应用服务器的主要组成部分,为EJB组件提供需要的数据源.系统按照X/OPEN D P规范,设计了XA外部资源集成模型,能够集成符合X/

18、OPEN XA接口标准的数据库或其它外部资源.基于XA接口来实现,不但能够集成数据库服务器,而且能够集成任何支持XA接口规范的外部资源,例如C C,J 等.为了让EJB能够方便地访问外部资源,在服务器上扩展了外部资源集成来集成外部数据源,通过外部资源管理器,可以方便地管理和访问外部资源.外部资源集成系统模型如图4所示.图4应用服务器外部资源集成子系统模型在外部资源服务接口中,Resource anager是资源管理器接口,应用服务器管理器能够对外部数据资源进行管理和配置,包括资源增加 修改 删除等操作.EJB组件可以通过资源管理器接口来访问外部资源.通过XA资源接口集成数据库系统,要建立一个虚

19、拟外部资源对象,它实现EJBExternalResource接口,并封装目标数据库系统JDBC Z.0驱动程序的XA数据源对象.通过资源管理器接口能够集成Java环境下任何符合XA规范的外部资源,其思想是为外部资源按照EJBExternalResource接口标准创建合适的外部资源对象,然后将它纳入资源管理器的统一管理3344期齐勇等 基于Web的中间件系统集成框架 应用服务器的研究之下.(6)管理控制台(console control)管理控制台提供了一种手段来管理和控制各种节点.它以服务形式运行,为被管理者和控制台界面提供一个中间协调机构.被管理节点先把各自的代表对象注册到管理控制台,然后

20、由管理界面一次性地从管理控制台中取出并显示出来.在这整个过程中,涉及到代表对象从被管理节点到控制台界面的传送.这种传送包括数据和行为(方法)的传送.代表对象在被管理节点中创建,然后注册到管理控制台处,最后,代表对象从被管理节点传播到控制台界面并在控制台界面中执行其行为,与用户交互,完成节点的管理工作.图5为系统运行时控制台对事务监控的界面.图5应用服务器控制台事务服务状态监控界面(7)名字服务(naming service)名字服务是应用服务器的核心部分之一.它使用户可以查找对象以及给对象分配有意义的名字,从而使应用服务器能在查找过程中使用这些名字和所 指 对 象 间 建 立 联 系.应 用

21、服 务 器 包 含 一 个 在Visibroker名字服务上实现的JNDI(Java namingand directory interface).(8)其它服务(other services)除以上所提到的各个模块外,应用服务器还应提供并发性控制事件服务安全管理生命周期等多种服务,这些服务减轻了应用开发的复杂性和难度,和其它的模块结合在一起,构造了一个完整意义上的实用的应用服务器.(9)集成Web server构成完整的Web分布式环境从图1可知,中间层应用服务器是基于CORBA及EJB技术,支持分布对象处理,在此基础上集成相应的Web server以及后台数据库,从而构成完整的支持分布式应

22、用的Web环境.5派生框架为了充分利用EJB业务组件与框架的优势,系统结合EJB业务组件与框架提出了一种基于EJB业务组件技术的领域框架体系结构.它以EJB为基础,其主要目的是在广泛的计算机应用领域内开发高可靠性易维护的分布式应用软件,如图6所示.基于EJB业务组件的领域框架分为两个层次:底层是由TTP服务器和应用服务器组成的支撑环境,称为核心框架,上层是由业务组件组成的业务逻辑,称为派生框架.核心框架提供了组建任何领域框架的基础设施,而派生框架则是以核心框架为基础,派生出来为特定领域提供业务服务的框架.图6基于应用服务器的领域框架体系结构EJB业务组件:EJB业务组件是派生框架的基本组成部分

23、.通过设计不同业务领域的业务组件,可以为不同的业务提供领域框架.在EJB规范中,组件由两个接口一个实现以及一个描述文件组成.两个接口分别是ome接口和Remote接口.以无状态会话组件管理器为例,它由ome对象 Remote对象缓冲池等构成.其简化后的模型如图7所示.图7无状态会话组件管理器的构造业务组件有自己的设计实现与维护周期.在设计阶段业务组件由业务对象模型描述,而业务组件的实现非常灵活:它可以由其它组件组合而成,可以由开发者自行设计实现或者由第三方提供.不管业务组件是以何种方式实现(只要通过任何一种支持开发EJB的工具),它都可以插入框架中(部署到应434计 算 机 研 究 与 发 展

24、2001年用服务器)用以实现一种特定的业务逻辑.客户端通过JSP或Applet调用其后台业务逻辑即可.这种框架使得新的业务解决方案可以快速地投入市场.基于业务组件的领域框架的优点主要有:D业务逻辑与支撑环境分离;支持多种硬件与软件平台上的分布式应用;将业务解决方案与Web集成;组件与框架的设计思想与代码重用;简化了业务开发人员与更高层次的终端用户的开发调度与使用;降低了创建修改与配置业务应用方案的时间与费用.派生框架在核心框架的基础上实现真正的业务逻辑9以核心框架为基础9派生框架的开发人员只需要关心特定领域的业务逻辑.派生框架由一组EJB业务组件组成9这些组件是从实际业务领域中抽象出来9具有领

25、域特征的基本业务功能组件.各种业务组件具有原子性和可重用性9即功能相对完整9接口相对封闭9这使得派生框架具有很好的扩充性9用户可以通过组合或继承原有组件形成新的业务组件9也可以直接开发新的业务组件9将其添加到派生框架中9提供新的业务功能9而且不会影响原有的组件9也不会影响已经开发的应用程序.我们在已完成的核心框架基础上为建筑工程业务流开发的领域框架已经取得了很好的效果.6系统的功能与特点由上述讨论可知9系统是一个Web环境下具有开放体系结构支持多层体系分布式应用支持会话连接管理支持访问请求的任务分派提供标准组件运行和管理环境支持事务处理名字服务和数据库联接等功能的中间层应用服务器系统平台9功能

26、及特点包括:(1)体系结构设计遵循国际技术规范.具有开放接口9支持CORBA9EJB规范;(2)系统提供组件运行时环境(组件容器9包括:无状态会话Beans/有状态会话Beans/实体Beans)组件生命周期管理注册事务服务名字服务管理控制台数据库连接和应用支撑框架等功能;(3)支持Web环境下的分布式应用.该模型是建立在ORB上的服务9这就保证了它可以很好地利用ORB的特点为分布式异构环境下的应用提供服务.(4)提供完整的事务管理服务.系统除了实现OTS之外9还提供可视化界面9可以方便地进行事务监控日志管理数据库连接配置与管理9提供了完整的事务管理服务.(5)应用服务器解释执行通过XML描述

27、文档9可灵活地加载相应的水平服务9具有灵活的可配置性和可扩展性特征;(6)远程管理控制台操作.由于服务器与控制台之间的通信协议是IIOP9因此系统支持远程管理控制台操作.(7)支持第三方开发EJB产品的部署与运行.7性能分析与比较7.1事务处理性能测试事务服务器是在多线程状态下工作的9并发事务处理能力是表明事务服务器综合性能的重要指标.这里选取的标准测试事务是访问两个数据库的数据更新事务9在单独执行时需要3s来完成事务处理过程.这样的事务在Internet上属于比较典型数据库事务.测试的内容包括在不同的事务到达频率(即不同业务负载)的情况下9处理标准事务所需要的时间以及能够达到的事务处理吞吐量

28、.图8事务处理时间 事务到达率性能变化由测试结果可以看出在事务到达频率较低时9能够达到比较好的处理效果9在事务到达频率小于2O(E3s到达一个事务)时9事务服务器基本以串行方式处理事务9事务服务器能够达到理想的性能指标.随着服务器负荷的增加9服务器已经无法以串行方式来处理各个事务9而是并发地进行处理9处理单个事务所需要的时间也增加(如图8所示).事务吞吐量在事务到达频率较低时9随事务到达频率的增加9呈近似线性上升趋势9这是由于事务服务器的多线程机制使得所到达的事务都能够及时地得到处5344期齐勇等:基于Web的中间件系统集成框架 应用服务器的研究理 当事务到达率在300/s 吞吐量达到最大值.

29、当负荷继续增加时 事务服务器由于负荷太重而导致处理能力下降 使得吞吐量下降 并且降低趋势非常明显.在每分钟800事务时 系统处理变得非常缓慢 测试结果如图9所示.结果表明 事务服务器能够适应Internet上事务到达频率小于100事务/min的工作负荷 能够达到比较好的事务处理性能 能够满足Internet上一般业务需求.图9事务服务器吞吐量 事务到达率性能变化7.2与其它服务方式的分析比较Internet支持动态的应用手段通常有:(1)通用的CGI方式;(2)基于Script(VB Java等)的简单表格;(3)Web服务器API允许浏览器激活服务器端应用;(4)数据库网关;(5)中间件方式

30、.其中 CGI与Script不支持应用的联机事务处理;Web服务器API方式只能适用与特定的服务器(IIS Netscape Server);数据库网关执行效率太低 不能满足实时性要求.而通过含有应用逻辑的中间件实现Web中的联机事务和分布式处理是一种较理 想 的 方 式 中 间 件 可 以 用 多 种 组 件 方 式 实 现(ActiveX EJB和CORBA)而对这些组件进行管理并提供相应的支撑是一个关键问题 而应用服务器则解决了这一问题.8总结基于EJB业务组件的领域框架体系结构及其支撑环境提供了一个全新的业务模型 它使得第三方开发者可以在垂直市场方向上提供框架解决特定领域的问题.而且由

31、于有完善的支撑环境 中间层应用服务器 该业务模型极大地提高了新开发的业务解决方案投放市场的速度.电子商务和企业网络应用的需求正在不断增长 与此同时 各种新兴技术不断涌现 这对计算模式提出了新的要求.基于组件技术的应用服务器应运而生 它结合了组件技术以及多级分布计算模式的优点 使系统具有可伸缩 高性能和支持分布式应用等特点 并使应用开发的复杂性及难度有了可观的减少.本文在较详细讨论应用服务器 组件和框架技术的基础上 设计并实现了一个基于组件技术的应用服务器 对这项新兴技术做了有益的研究.参考文献1NGI Implementation Plan.1998.http:/WWW.ngi.gov2Dr

32、Andreas Vogel.The Inprise Application Server BuildingEnterprise Applications for the Net With EJB CORBA andXML.1999.http:/WWW.I3MohamedFayad DouglasC.Scgmidt Object-orientedapplication frameWorks.Communications of the ACM 1997 40(10):121*1264AndreW ShebanoW.The PoWer ofFrameWorks.Reading MA:Addison-

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34、59Wolfgang Pree.Design Patterns for Object-Oriented SoftWareDevelopment.Reading MA:Addison-Wesley 199510Jon Siegel.CORBA Fundamentals and Programming.NeWYork:Wiley 199611Inprise application server user s guide.1999.http:/WWW12Sun Microsystems Inc.JavaBeans API Specification.1999.http:/WWW齐勇男 1957年生

35、副教授 主要研究方向为分布式系统 Internet技术.634计 算 机 研 究 与 发 展2001年赵季中男 年生 博士研究生 主要研究方向为Ifteffet信息处理 侯迪男 年生 副教授 主要研究方向为数据库 沈均毅男 年生 教授 博士生导师 主要研究方向为数据库及数据挖掘 曾斌异男 年生 硕士研究生 主要研究方向为Ifteffet信息处理 44期齐勇等;基于Web的中间件系统集成框架 应用服务器的研究基于Web的中间件系统集成框架-应用服务器的研究基于Web的中间件系统集成框架-应用服务器的研究作者：齐勇，赵季中，侯迪，沈钧毅，曾斌异，QI Yong，ZHAO Ji-Zhong，HOU

36、Di，SHEN Jun-yi，ZENG Bing-Yi作者单位：西安交通大学计算机科学与技术系刊名：计算机研究与发展英文刊名：JOURNAL OF COMPUTER RESEARCH AND DEVELOPMENT年，卷(期)：2001,38(4)被引用次数：45次 参考文献(3条)参考文献(3条)1.OMG CORBAServices:Common object services specification 19982.Mohamed Fayad;Douglas C Scgmidt,Object-oriented application frameworks 1997(10)3.Distri

37、buted application development for three-tier architectures:Microsoft on Windows DNA外文期刊 1998(02)引证文献(45条)引证文献(45条)1.许方恒 利用中间件增强数据库安全性的研究期刊论文-实验技术与管理 2010(2)2.孟海宁.齐勇.侯迪.刘亮 基于系统性能周期检测的应用服务器软件再生建模与分析期刊论文-南京大学学报（自然科学版）2010(4)3.庄如平 虚拟电工电子实验系统软件平台探论期刊论文-安顺学院学报 2008(2)4.邓牧 图书馆跨平台信息检索系统初探期刊论文-技术与市场（上半月）2007

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39、EAIEC管理信息系统中的应用学位论文硕士 200611.张慧翔 基于中间件技术的可重构应用的研究与实现学位论文硕士 200612.智永锋 基于通用框架ICETIP应用集成平台研究及实现学位论文硕士 200613.夏文秀 基于Web的数字图书馆信息查询系统的研究与实现学位论文硕士 200614.罗国建 基于J2EE架构的客户关系管理系统的设计和实现学位论文硕士 200615.廖立君.王志兵.李长云 基于XML的WEB远程报表系统的设计期刊论文-株洲工学院学报 2005(6)16.白清源.李成忠 基于EJB组件的分布式电子商务应用系统框架期刊论文-成都信息工程学院学报 2005(6)17.杨东

40、勘探数据库系统设计与开发期刊论文-特种油气藏 2005(z1)18.牟鑫 基于OGSA数字图书馆体系结构的研究学位论文硕士 200519.李志华 基于Web的远程网公文管理系统的设计学位论文硕士 200520.伍松明 新日铁产品数据管理系统的设计与实现学位论文硕士 200521.李涛 基于.NET的应用系统开发和系统集成技术研究学位论文硕士 200522.陈健平 基于中间件技术的黑龙江省信息技术服务管理平台系统学位论文硕士 200523.郭煦 基于J2EE平台的web应用系统的研究与设计学位论文硕士 200524.董龙 电力客户服务呼叫中心的研究与开发学位论文硕士 200525.白清源 基于J

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