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如何寫好單元測試？

來源：阿里技術 發布時間：2020-10-15 14:02:50 閱讀：213

單元測試的好處到底有哪些？每次單測啟動應用，太耗時，怎么辦？二方三方接口可能存在日常沒法用，只能上預發/正式的情況，上預發測低效如何處理？本文分享三個單元測試神器及相關經驗總結。

一  首先什么是好代碼？

Q1：好代碼應具備可讀性，可測試性，可擴展性等等，那么如何寫出好代碼？

A：設計思想 & 編碼規范。

二  設計思想&設計原則&設計模式

1  設計原則（S.O.L.I.D）

SRP 單一職責原則

  • 軟件模塊應該只有一個被修改的理由。在大多數情況下，編寫Java代碼時都會將單一職責原則應用于類。單一職責原則可被視為使封裝工作達到最佳狀態的良好實踐。更改的理由是：需要修改代碼。
  • 單一原則，類、方法只干一件事。

OCP 開閉原則

  • 模塊、類和函數應該對擴展開放，對修改關閉。
  • 通過繼承和多態擴展來添加新功能。開閉原則是最重要的設計原則之一，是大多數設計模式的基礎。
  • 軟件建設一個復雜的結構，當我們完成其中的一部分，就應該不要修改它，而是在其基礎上繼續建設。

LSP 里式替換原則

  • 在設計模塊和類時，必須確保派生類型從行為的角度來看是可替代的。
  • 使用父類的地方都可以用子類替代。
  • 父類最好為抽象類。
  • 子類可實現父類的非抽象方法，盡量不要覆蓋重寫已實現的方法。
  • 子類可寫自身的方法，有自身的特性，在父類的基礎上擴建。
  • 子類覆蓋重寫父類方法時，方法的前置條件（即方法的形參）要比父類方法的輸入參數更寬松，后置條件（返回值）要更嚴格。

ISP 接口隔離原則

  • 減少了代碼耦合，使軟件更健壯，更易于維護和擴展。
  • 客戶端不應該依賴它所不需要的接口。

DIP 依賴倒置原則

  • 高級模塊不應該依賴低級模塊，兩者都應該依賴抽象。
  • 抽象不應該依賴于細節，細節應該依賴于抽象。

DRY 原則、KISS 原則、YAGNI 原則、LOD 法則

  • DRY：不要干重復的事兒。
  • KISS：不要干復雜的事兒，思從深而行從簡。
  • YAGNI：不要干不需要的事兒，尺度把握尤為重要，超越尺度則會有過度設計之嫌。
  • LOD：最小依賴。

設計模式

設計模式最重要的點還是在于解耦和復用，創建型模式將創建代碼與使用代碼解耦，結構型模式是將功能代碼解耦，行為型模式將行為代碼解耦，最終達到高內聚，松耦合的目標，設計模式體現了設計原則。

附：我們經常說的“高內聚 松耦合”究竟什么是高內聚，什么是松耦合？

  • 高內聚：相近功能放在同一類中，相近功能往往會被同時修改，放到同一個類中在修改時，代碼更易維護（指導類本身的設計）
  • 松耦合：類與類之間的依賴關系簡單清晰，一個類的代碼改動不會或者很少導致依賴類的代碼修改（指導類間依賴關系設計）

Q2: 那么如何驗證代碼是好代碼呢？

A: CR & 單測（下面進入正題^_^）

三  什么是單測？

單元測試（unit testing），指由開發人員對軟件中的最小可測試單元進行檢查和驗證。對于單元測試中單元的含義，一般來說，要根據實際情況去判定其具體含義，如C語言中單元指一個函數，Java里單元指一個類，圖形化的軟件中可以指一個窗口或一個菜單等。總的來說，單元就是人為規定的最小的被測功能模塊。單元測試是在軟件開發過程中要進行的最低級別的測試活動，軟件的獨立單元將在與程序的其他部分相隔離的情況下進行測試。

來源：https://baike.baidu.com/item/單元測試

四  為什么要寫單測？

1  異（che）常（huo）場（xian）景（chang）

相信大家肯定遇到過以下幾種情況：

  • 測試環境沒問題，線上怎么就不行。
  • 所有異常捕獲，一切盡在掌控（你以為你以為的是你以為的）。
  • 祖傳代碼，改個小功能（只有上帝知道）。
  • .....

要想故障出的少，還得單測好好搞。

2  優點

提高代碼正確性

  • 流程判讀符合預期，按照步驟運行，邏輯正確。
  • 執行結果符合預期，代碼執行后，結果正確。
  • 異常輸出符合預期，執行異常或者錯誤，超越程序邊界，保護自身。
  • 代碼質量符合預期，效率，響應時間，資源消耗等。

發現設計問題

  • 代碼可測性差
  • 方法封裝不合理
  • 流程不合理
  • 設計漏洞等

提升代碼可讀性

易寫單測的方法一定是簡單好理解的，可讀性是高的，反之難寫的單測代碼是復雜的，可讀性差的。

順便微重構

如設計不合理可微重構，保證代碼的可讀性以及健壯性。

提升開發人員自信心

經過單元測試，能讓程序員對自己的代碼質量更有信心，對實現方式記憶更深。

啟動速度，提升效率

不用重復啟動Pandora容器，浪費大量時間在容器啟動上，方便邏輯驗證。

場景保存（多場景）

在HSF控制臺中只能保存一套參數，而單測可保存多套參數，覆蓋各個場景，多條分支，就是一個個測試用例。

CodeReview時作為重點CR的地方

好的單測可作為指導文檔，方便使用者使用及閱讀

寫起來，相信你會發現更多單測帶來的價值。

3  舉個小例子

改動前：OSS文件夾概念是通過文件名創建的，下面改動前的方法入參是File，該方法可以正常使用，但是在寫單測的時候，我發現使用文件有兩個成本：

  • 必須要有默認文件。
  • 要編寫獲取文件的路徑的方法。

坑：本地獲取的路徑與在容器獲取的路徑是不一致的，復雜度明顯增高。

/**
 * 向阿里云的OSS存儲中存儲文件 （改動前）
 *
 * @param client OSS客戶端
 * @param file   上傳文件
 * @return String 唯一MD5數字簽名
 */
 private static void uploadObject2Oss(OSS client, File file, String bucketName, String dirName) throws Exception {
     InputStream is = new FileInputStream(file);
     String fileName = file.getName();
     Long fileSize = file.length();
     //創建上傳Object的Metadata
     ObjectMetadata metadata = new ObjectMetadata();
     metadata.setContentLength(is.available());
     metadata.setCacheControl("no-cache");
     metadata.setHeader("Pragma", "no-cache");
     metadata.setContentEncoding("utf-8");
     metadata.setContentType(getContentType(fileName));
     metadata.setContentDisposition("filename/filesize=" + fileName + "/" + fileSize + "Byte.");
     //上傳文件
     client.putObject(bucketName, dirName + PublicConstant.DIAGONAL_CHARACTER + fileName, is, metadata);
}

改動后：將入參file修改為inputStream，這樣便可省去創建文件以及編寫獲取獲取文件路徑方法，同時還避免了獲取路徑的坑，一舉兩得，也通過單測找到了代碼設計不合理之處。

/**
 * 向阿里云的OSS存儲中存儲文件（改動后）
 *
 * @param client   OSS 上傳client
 * @param bucketName bucketName
 * @param dirName  目錄
 * @param is       輸入流
 * @param fileName 文件名
 * @param fileSize 文件大小
 * @throws Exception
 */
 private void uploadObject2Oss(OSS client, String bucketName, String dirName, InputStream is, String fileName,
    long fileSize) throws Exception {
    //創建上傳Object的Metadata
    ObjectMetadata metadata = new ObjectMetadata();
    metadata.setContentLength(is.available());
    metadata.setCacheControl("no-cache");
    metadata.setHeader("Pragma", "no-cache");
    metadata.setContentEncoding("utf-8");
    metadata.setContentType(getContentType(fileName));
    metadata.setContentDisposition("filename/filesize=" + fileName + "/" + fileSize + "Byte.");
    //上傳文件
    client.putObject(bucketName, dirName + PublicConstant.DIAGONAL_CHARACTER + fileName, is, metadata);
}

4  還想再舉一個

以下這個方法先不說可讀性問題，單從編寫單測來驗證邏輯是否正確，在寫單測時需要：

  • 構造sourceInfos列表
  • 構造String數組
  • 構造map對象
  • 構造List
  • 構造User 對象

顯然這個方法是非常復雜的，但是邏輯就是得到一個指定長度列表。

/**
 * 按比例混排結果 （改動前）
 * @param sourceInfos 渠道配比信息
 * @param resultMap 結果
 * @param pageSize 總條數
 * @param aliuid 用戶id
 * @return 結果集
 */
private List<String> getResultList(List<String[]> sourceInfos, Map<String, List<String>> resultMap, int pageSize, User user) {
    Map<String, Integer> sourceNumMap = new HashMap<>(sourceInfos.size());
    sourceInfos.stream().forEach(s -> sourceNumMap.put(s[0], Integer.parseInt(s[1]) * pageSize / 100));
    List<String> resultList = new ArrayList<>();
    resultMap.forEach((s, strings) -> resultList.addAll(strings.stream().limit(sourceNumMap.get(s)).collect(
        Collectors.toList())));
    // 彌補條數，防止數據量不足
    if (resultList.size() < pageSize) {
        compensate(resultList, pageSize, user.getAliuid());
    }
    return resultList;
}

改動后：將入參改為List sourceInfos, int pageSize, String aliuid，將String[]改為SourceInfo，提升代碼可讀性，否則無從得知s[0]表示什么，s[1]表示什么，在寫單測時需要：

  • 構造List列表
  • 構造SourceInfo對象

經過改造，可測試性、可讀性均有提升，另外在這個例子中其實user對象只使用了aliuid，無需傳入整個對象，遵循KISS原則。

/**
 * 按比例混排結果
 * @param sourceInfos 渠道配比信息
 * @param pageSize 條數
 * @param aliuid 用戶id
 * @return 結果集
 */
private List<String> getResultList(List<SourceInfo> sourceInfos, int pageSize, String aliuid) {
    // 獲取結果集
    List<String> resultList = sourceInfos.stream()
        .flatMap(sourceInfo -> {
            int needNum = (int)(sourceInfo.getSourceRatio() * pageSize / 100);
            return listSource(sourceInfo.getSourceChannel(), needNum, aliuid).stream();
        }).collect(Collectors.toList());
    // 補償數據
    compensate(resultList, pageSize, aliuid());
    return resultList;
}

五  如何寫好單測？

1  工具

工欲善其事必先利其器，抗拒寫單測的其中最主要的一個原因就是沒有神器在手！

Fast-tester

每次啟動應用動輒就是幾分鐘起，想要測試一個方法，上個廁所回來可能應用還沒啟動，如此低效，怎么愿意去寫，fast_tester只需要啟動應用一次（tip: 添加注解及測試方法需要重新啟動應用），支持測試代碼熱更新，后續可隨意編寫測試方法，一個字“秀”！

使用方式：

（1）需要引入jar包

<dependency>
    <groupId>com.alibaba</groupId>
    <artifactId>fast-tester</artifactId>
    <version>1.3</version>
    <scope>test</scope>
</dependency>

（2）在test的package下創建TestApplication

/**
 * @author QZJ
 * @date 2020-08-03
 */
@SpringBootApplication
public class TestApplication {
    public static void main(String[] args){
        PandoraBootstrap.run(args);
        ConfigurableApplicationContext context = SpringApplication.run(TestApplication.class, args);
        // 將ApplicationContext傳給FastTester
        FastTester.run(context);
    }
}

（3）編寫需要依賴pandora容器的case

/**
 * tip:添加注解及方法需要重新啟動應用
 *
 * @author QZJ
 * @date 2020-08-03
 */
@Slf4j
public class BucketServiceTest {

    @Autowired
    BucketService bucketService;

    @Test
    public void testSaveBucketInfo() {
        BucketRequest bucketRequest = new BucketRequest();
        
        // 缺少參數
        bucketRequest.setAccessKeyId("123");
        bucketRequest.setAccessKeySecret("123");
        bucketRequest.setBucketDomain("123");
        bucketRequest.setEndpoint("123");
        bucketRequest.setRegionId("123");
        bucketRequest.setRoleArn("123");
        bucketRequest.setRoleSessionName("123");
        Result<Long> result = bucketService.saveBucketInfo(bucketRequest);
        log.info("缺少參數 result :{}", JSON.toJSONString(result));
        
        // bucketName 重復
        bucketRequest.setBucketName("video2sky");
        result = bucketService.saveBucketInfo(bucketRequest);
        log.info("bucketName 重復 result :{}", JSON.toJSONString(result));
        
        // 正例（執行后，則bucketName已存在，需更換bucketName）
        bucketRequest.setBucketName("12345");
        result = bucketService.saveBucketInfo(bucketRequest);
        log.info("正例 result :{}", JSON.toJSONString(result));
    }
    
    @Test
    public void testCreateBucketFolder() {
        BucketFolderRequest bucketFolderRequest = new BucketFolderRequest();
        bucketFolderRequest.setFolderPath("/test");
        bucketFolderRequest.setAppName("wudao");
        bucketFolderRequest.setDescription("data");
        bucketFolderRequest.setWriteTokenExpireTime(3600L);
        Result<Long> result = bucketService.createBucketFolder(bucketFolderRequest);
        log.info("缺少參數 result :{}", JSON.toJSONString(result));
        
        // 錯誤的bucketId
        bucketFolderRequest.setBucketId(1L);
        result = bucketService.createBucketFolder(bucketFolderRequest);
        log.info("錯誤的bucketId result :{}", JSON.toJSONString(result));
        
        // 異常的讀時間,讀寫時間不得超過2小時
        bucketFolderRequest.setWriteTokenExpireTime(7300L);
        result = bucketService.createBucketFolder(bucketFolderRequest);
        log.info("異常的讀時間 result :{}", JSON.toJSONString(result));
        
        // 重復的bucketFolder
        bucketFolderRequest.setBucketId(11L);
        bucketFolderRequest.setWriteTokenExpireTime(3500L);
        result = bucketService.createBucketFolder(bucketFolderRequest);
        log.info("重復的bucketFolder result :{}", JSON.toJSONString(result));
        
        // 正例 (本地與服務器默認文件地址不一致，所以本地無法執行成功，除非改地址，或者添加分支代碼)
        bucketFolderRequest.setFolderPath("/test2");
        result = bucketService.createBucketFolder(bucketFolderRequest);
        log.info("正例 result :{}", JSON.toJSONString(result));
    }
}

（4）啟動TestApplication，輸入對應類名，選擇要執行的相應方法即可（切換測試類，直接重新輸入類路徑(包名+文件名)即可，原理還是反射）。

Tip：如果service注解失敗，檢查測試包的層級，例如：

Junit

JUnit是一個Java語言的單元測試框架, Junit測試是程序員測試，即所謂白盒測試，因為程序員知道被測試的軟件如何（How）完成功能和完成什么樣（What）的功能。繼承TestCase類，就可以用Junit進行自動測試。

來源：https://baike.baidu.com/item/白盒測試

使用方式：

（1）私有方法測試

/**
 * 普通類測試，無需啟動容器
 *
 * @author QZJ
 * @date 2020-08-05
 */
@Slf4j
public class OssServiceTest {
    
    private OssServiceImpl ossService = new OssServiceImpl();

    @Test
    public void testCreateOssFolder() {
        try {
            // 私有方法測試：方法一：用反射（推薦）；方法二：修改類中方法屬性（不推薦）
            Method method = OssServiceImpl.class.getDeclaredMethod("createOssFolder",
                new Class[] {OSS.class, String.class, String.class});
            method.setAccessible(true);
            OSS client = new OSSClientBuilder().build("oss-cn-beijing.aliyuncs.com", "**",
                "****");
            Object obj = method.invoke(ossService, new Object[] {client, "***", "wudao/test3"});
            Assert.assertEquals(true, obj);
        } catch (Exception e) {
            Assert.fail("testCreateOssFolder fail");
        }
    }
}

（2）相關測試注解如@Ignore使用，相關屬性如timeout測試接口性能、expected異常期望返回結果使用，測試全部測試方法等。

/**
 * 普通工具類測試
 * @author QZJ
 * @date 2020-08-05
 */
@Slf4j
public class DateUtilTest {

    @Ignore // 忽略該方法執行結果
    @Test
    public void testGetCurrentTime(){
        String dateStr = DateUtil.getCurrentTime("yyyy-MM-dd HH:mm");
        log.info("date:{}", dateStr);
        Assert.assertEquals("2020-08-05 17:22", dateStr);
    }

    // 方法超時時間設置以及期望執行拋出的異常類型設置（錯誤的日期格式解析異常）
    @Test(timeout = 110L, expected = ParseException.class)
    public void testString2Date() throws ParseException{
        Date date = DateUtil.string2Date("20202-02 02:02");
        log.info("date:{}" , date);
        //Thread.sleep(200L);
    }

    @BeforeClass
    public static void beforeClass() {
        log.info("before class");
    }

    @AfterClass
    public static void  afterClass() {
        log.info("after class");
    }

    @Before
    public void before() {
        log.info("before");
    }

    @After
    public void after() {
        log.info("after");
    }

    public static void main(String[] args) {
        // 不需啟動容器的情況下使用，跑類中所有case
        Result result = JUnitCore.runClasses(DateUtilTest.class);
        result.getFailures().stream().forEach(f -> System.out.println(f.toString()));
        log.info("result:{}", result.wasSuccessful());
    }
}

詳細使用文檔見：
https://wiki.jikexueyuan.com/project/junit/environment-setup.html

Mockito

Mockito是一個針對Java的mocking框架，主要作用mock請求及返回值。

Mockito可以隔離類之間的相互依賴，做到真正的方法級別單測。

使用方式：

（1）需要引入jar包

<dependency>
   <groupId>org.mockito</groupId>
   <artifactId>mockito-all</artifactId>
   <version>1.9.5</version>
   <scope>test</scope>
</dependency>

（2）編寫測試代碼（例子）

需要測試的方法中調用了二方/三方接口，而接口無測試環境，為了測試方法邏輯，可以模擬接口返回結果（對原先代碼無侵入），達到應用內測試閉環。

tip：mock數據并非真正的返回值，需要注意返回的結果類型，字符串長度等，防止出現轉化，入庫字段超長等問題。

@Override
public ConsumeCodeResult consumeCode(String code) {
    // 權益核銷
    if (code.startsWith(BENEFIT_CENTER_CODE_HEADER) && BENEFIT_CENTER_CODE_LENGTH == code.length()) {
        return consumeCodeFromCodeBenefitCenter(code);
    }
    // 碼商核銷
    return consumeCodeFromCodeCenter(code);
}

/**
 * 從權益中心核銷電子憑證
 *
 * @param code 電子碼
 * @return 核銷結果
 */
private ConsumeCodeResult consumeCodeFromCodeBenefitCenter(String code) {
    // 參數構造
    BenefitUseDTO benefitUseDTO = new BenefitUseDTO();
    benefitUseDTO.setCouponCode(code);
    benefitUseDTO.getExtendFields().put("configId", benefitId);
    benefitUseDTO.getExtendFields().put("type", BenefitTypeEnum.CODE_GENERAL.getType().toString());
    AlispResult alispResult = benefitService.useBenefit(benefitUseDTO);
    log.info("benefitUseDTO:{}, result:{}", benefitUseDTO, alispResult);
    if (alispResult.isSuccess()) {
        BenefitUseResult benefitUseResult = (BenefitUseResult)alispResult.getValue();
        return new ConsumeCodeResult(benefitUseResult.getOutOrderId(),
            String.valueOf(benefitUseResult.getConfigId()), benefitUseResult.getUseTime());
    }
    // 已使用
    if (BizErrorCodeEnum.BENEFIT_RECORD_USED.name().equals(alispResult.getErrCodeName())) {
        throw new BizException(StudentErrorEnum.VERIFICATION_CODE_REPEAT);
    } else if (BizErrorCodeEnum.BENEFIT_RECORD_NOT_EXIST.name().equals(alispResult.getErrCodeName())
        || BizErrorCodeEnum.BENEFIT_RECORD_EXPIRED.name().equals(alispResult.getErrCodeName())) {
        // 不存在或者過期
        throw new BizException(StudentErrorEnum.VERIFICATION_CODE_INVALID);
    } else {
        // 其他異常
        throw new BizException(StudentErrorEnum.VERIFICATION_CODE_CONSUME_FAILED);
    }
}


@Test
public void mockConsume(){
    BenefitService benefitService = Mockito.mock(BenefitService.class);
    // 核銷成功鏈路
    AlispResult alispResult = new AlispResult(true);
    BenefitUseResult benefitUseResult = new BenefitUseResult();
    benefitUseResult.setConfigId(1L);
    benefitUseResult.setOutOrderId("lalala");
    benefitUseResult.setUseTime(new Date());
    alispResult.setValue(benefitUseResult);

    Mockito.when(benefitService.useBenefit(Mockito.any(BenefitUseDTO.class))).thenReturn(alispResult);
    ConsumeCodeService consumeCodeService = new ConsumeCodeServiceImpl(benefitService, "1");
    ConsumeCodeResult consumeCodeResult = consumeCodeService.consumeCode("082712345678");
    System.out.println(JSON.toJSONString(consumeCodeResult));

    alispResult = new AlispResult(false);
    // 已核銷鏈路
    alispResult.setErrCodeName("BENEFIT_RECORD_USED");
    // 已過期鏈路
    //alispResult.setErrCodeName("BENEFIT_RECORD_EXPIRED");
    // 碼不存在鏈路
    //alispResult.setErrCodeName("BENEFIT_RECORD_NOT_EXIST");
    // 其他返回錯誤
    //alispResult.setErrCodeName("LALALA");

    Mockito.when(benefitService.useBenefit(Mockito.any(BenefitUseDTO.class))).thenReturn(alispResult);
    consumeCodeService = new ConsumeCodeServiceImpl(benefitService, "1");
    try {
        consumeCodeService.consumeCode("082712345678");
    } catch (Exception e) {
        e.printStackTrace();
    }

    // 核銷碼頭有誤
    consumeCodeService = new ConsumeCodeServiceImpl(benefitService, "1");
    try {
        consumeCodeService.consumeCode("081712345678");
    } catch (Exception e) {
        e.printStackTrace();
    }
    // 核銷碼長度有誤
    consumeCodeService = new ConsumeCodeServiceImpl(benefitService, "1");
    try {
        consumeCodeService.consumeCode("08271234567");
    } catch (Exception e) {
        e.printStackTrace();
    }
}

Mockito的功能非常多，可以驗證行為，做測試樁，匹配參數，驗證調用次數和執行順序等等，在這不一一枚舉了，更多詳細使用可見文檔：
https://github.com/hehonghui/mockito-doc-zh

2  覆蓋率

覆蓋率是度量測試完整性的一個手段，是測試有效性的一個度量。

覆蓋率準則

  • 函式覆蓋率（Function coverage）：有呼叫到程式中的每一個函式（或副程式）嗎？
  • 指令覆蓋率（Statement coverage）：若用控制流圖（英語：control flow graph）表示程式，有執行到控制流圖中的每一個節點嗎？
  • 判斷覆蓋率（Decision coverage）：（和分支覆蓋率不同）若用控制流圖表示程式，有執行到控制流圖中的每一個邊嗎？例如控制結構中所有IF指令都有執行到邏輯運算式成立及不成立的情形嗎？
  • 條件覆蓋率（Condition coverage）：也稱為謂詞覆蓋（predicate coverage），每一個邏輯運算式中的每一個條件（無法再分解的邏輯運算式）是否都有執行到成立及不成立的情形嗎？條件覆蓋率成立不表示判斷覆蓋率一定成立。
  • 條件/判斷覆蓋率（Condition/decision coverage）：需同時滿足判斷覆蓋率和條件覆蓋率。

場景總結

必要的
復雜的
重要的
不寫無用的

具體還需自己判斷，但是要避免過度自信。

覆蓋率要求

是否覆蓋率越高越好？回歸根本，我們寫單測的意義最重要的一點是為了保證代碼的正確性，如果我們把復雜的、重要的、必要的測試覆蓋到，即可保證應用的正確性，例如set、get方法，完全沒有必要寫單測，不必為了追求覆蓋率而刻意寫單測，尺度這個東西，無論何時何事都是要有分寸的。躬身入局，寫起來，會慢慢找到節奏的。

3  思想

測試工具是神兵利器，設計原則是內功心法，設計原則作為編寫代碼的指導思想，單元測試作為驗證代碼好壞的有效途徑，共同推動代碼演進。

6  最后

影響單測落地的原因：

  • 團隊無單測習慣，個人是否follow
  • 業務壓力大，覺得寫單測耗時
  • 覺得可有可無
  • 單測是一個程序員的自我修養
     

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