使用Java持久性构建架构:模式与策略 -- 知识铺
Java持久性模式与架构设计
概述在Java应用程序开发中,持久性层是至关重要的,它负责管理数据库交互和应用程序架构。本文将探讨Java持久性模式及其在构建健壮且高效的持久层中的作用。
持久性模式- Driver:负责与数据库建立连接。- Mapper:定义数据库操作的映射关系。- DAO(数据访问对象):提供数据访问的抽象层。- Active Record:将数据和行为结合在一起的模式。- Repository:为聚合根提供数据访问和持久化机制。
每种模式都有其优点和缺点,合理选择对于优化数据流和平衡复杂性至关重要。
面向对象与面向数据Java作为一种面向对象的语言,提供了继承、多态和封装等特性,有助于管理复杂性。而数据库则关注数据的存储和检索效率。在设计持久层时,需要解决面向对象与面向数据之间的阻抗失配问题。
命令和查询责任分离(CQRS)CQRS是一种将读取和更新操作分离的模式,可以提高性能、可伸缩性和安全性。但同时,它也可能增加系统的复杂性。
架构设计考虑在设计Java应用程序的持久层时,需要考虑以下因素:- 数据同步- 避免过度工程化- 性能与可维护性的平衡
结论精心设计的持久性层对于支持应用程序的功能、可扩展性和长期可持续性至关重要。了解和选择适合的持久性模式,可以有效地解决面向对象与面向数据之间的阻抗失配问题,构建出既健壮又高效的Java应用程序。
相关资源以下是一些与Java持久性相关的资源链接,供进一步学习和参考:- 电子书:面向现代企业的API安全性- 大规模数据库性能:实用指南- 构建用户元数据系统以实现弹性和可扩展性(点播网络研讨会) - 立即观看- 关系限制:如何选择正确的数据库技术- 使用Boomi API控制平面推进您的AI和API策略
Java持久化模式与策略
在Java应用程序与数据库之间,存在一种阻抗不匹配。为了解决这个问题,我们依赖多种设计模式和架构方法来建立无缝连接。这些模式充当翻译器,减少阻抗失配的影响,促进两者的和谐协作。
并非重造轮子的设计模式
这些模式是经过验证的成熟解决方案,有效缓解应用程序与数据库范式之间的阻抗不匹配。它们包括:
- 驱动程序模式- 映射器模式- 活动记录模式- 存储库模式
Java持久化中的数据模式
本节将探讨Java持久化中的数据模式,特别是面向对象编程(OOP)和面向数据编程(DOP)在应用开发和数据库管理中的细微差别。
面向对象编程(OOP)
OOP强调以下关键方面:
- 数据封装与行为暴露:OOP鼓励封装,隐藏内部数据结构,公开定义良好的行为接口。2. 多态性:允许不同的对象类型进行动态和适应性强的方法调用。3. 抽象:通过抽象类和接口简化复杂概念,确保行为一致。
面向数据编程(DOP)
DOP鼓励以下做法:
- 代码与数据分离:将数据操作逻辑与数据本身解耦。2. 使用通用数据结构:使用通用数据结构进行存储,实现高效的数据操作。3. 数据不变性:确保数据变化可控且可预测。4. 数据架构与表示分离:使数据管理具有灵活性和适应性。
选择适当的数据模式
选择适当的数据模式取决于应用程序的具体要求、域的复杂性和性能注意事项。在平衡一致性、可用性和分区容忍性(CAP定理)时,应认识到没有一种模式在所有情况下都是完美的。
持续的平衡努力
在OOP和DOP之间找到适当的平衡是一项持续的努力。我们将探索各种设计模式,了解它们如何适应这些范式,并帮助弥合应用程序逻辑和数据库交互之间的差距。目标是优化软件架构的性能、可维护性和可扩展性。
参考资料
- Robert Martin的《Clean Code》Clean Code- Yehonathan Sharvit的LinkedIn Yehonathan Sharvit
弥合差距:从数据库到对象的模式
在探索 Java 持久性设计模式时,我们从数据库的直接交互开始,逐步过渡到面向对象的编程范式。这一过程不仅让我们理解了数据管理的原始形式,也展示了如何将这些数据转化为应用程序中的实体对象。
驱动程序模式
概念介绍驱动程序模式是数据库交互的基础,它提供了一种与数据库建立连接和通信的机制。这种模式通常位于数据访问层,是面向数据编程的起点。
应用场景驱动程序模式广泛应用于关系型数据库和 NoSQL 数据库的交互中。例如,JDBC 驱动程序用于关系型数据库,而 MongoDB 和 Cassandra 的通信层则展示了 NoSQL 数据库的应用。
示例代码以下是一个使用 JDBC 驱动程序与数据库进行通信的简单示例,展示了面向数据编程中的不变性原则:
java// 示例代码省略,具体实现根据实际数据库和业务需求而定
面向对象编程的转变随着我们从数据库层向上移动,我们将更多地关注面向对象的编程。在这一层面,数据不再以原始形式存在,而是被封装进具有特定属性和行为的实体对象中。
面向对象实体面向对象实体是应用程序中数据的具体表现形式。它们不仅包含了数据,还包含了对数据的操作,如获取、设置属性,以及执行业务逻辑等。
模式对比从数据库到对象的转变涉及到不同的设计模式和编程风格。理解这些模式如何相互配合,可以帮助我们更好地构建健壮且高效的 Java 应用程序。
结论通过从数据库的直接操作到面向对象的封装,我们学习了如何将原始数据转化为应用程序中的实体对象,以及如何设计模式来弥合数据管理和应用程序逻辑之间的差距。
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在此代码中,[ResultSet](http://zshipu.com/t/index.html?url=https://docs.oracle.com/en/java/javase/21/docs/api/java.sql/java/sql/ResultSet.html)
的行为类似于只读映射,提供 getter 方法来访问数据库查询结果中的数据。这种方法符合面向数据的编程原则,强调数据不变性。
一方面,Driver Pattern 和这种面向数据的方法在处理数据时提供了灵活性,使你能够从数据的角度将其作为一级实体进行处理。
但是,在将数据转换为特定于应用程序的实体时,这种灵活性也引入了对额外代码的需求,这可能会导致复杂性增加并可能导致引入错误。
驱动程序模式表明,在应用程序体系结构中,我们越接近数据库,我们就越能与作为原始信息的数据进行交互,这可以使特定方案受益。
尽管如此,它还是强调了在将数据从数据库转移到应用层时深思熟虑的设计和抽象的重要性,从而大大降低了复杂性和潜在错误。
在驱动程序模式的上下文中,我们瞥见了面向数据的编程,它在处理原始数据方面提供了极大的灵活性。
然而,这通常需要将这些数据转换为我们业务领域的有意义的表示,尤其是在处理领域驱动设计 (DDD) 时。
我们引入了“数据映射器”模式来促进这种转换,这是企业应用程序架构模式中的一个强大工具。
数据映射器模式
数据映射器是对象和数据库之间的一个关键层,同时确保它们彼此独立以及映射器本身的独立性。
它提供了一种集中式方法,用于桥接面向数据和面向对象的编程范式。但是,需要注意的是,虽然这种模式简化了数据到对象的转换过程,但它也引入了阻抗失配的可能性。
可以在多个框架中观察到 Data Mapper 模式的实现,例如 Jakarta Persistence,以前称为 JPA。Jakarta Persistence 允许使用注释映射实体,以在数据库和对象之间创建无缝连接。以下代码片段演示了如何使用 Jakarta Persistence 注释映射“Person
”实体:
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在Spring框架中,JdbcTemplate
是JDBC核心包中的中心代理类,它提供了一种简化JDBC使用并避免常见错误的方法。这个类可以用于多种数据访问目的,支持任何类型的JDBC操作。从Spring Framework 6.1版本开始,引入了一个新的统一JDBC访问门面JdbcClient
,它提供了一种流式API风格,用于执行常见的JDBC查询/更新操作。
JdbcTemplate
执行核心JDBC工作流程,而应用代码则负责提供SQL并提取结果。此类执行SQL查询或更新,启动对ResultSet的迭代,并捕获JDBC异常,将其转换为通用的org.springframework.dao
异常层次结构。
使用此类的代码只需要实现回调接口,这些接口提供了明确定义的契约。PreparedStatementCreator
回调接口根据给定的连接创建一个预准备语句,提供SQL和任何必要的参数。ResultSetExtractor
接口从ResultSet中提取值。还有两个流行的替代回调接口:PreparedStatementSetter
和 RowMapper
。
一旦配置完成,此类模板实例就是线程安全的。可以通过直接实例化并带有DataSource引用在服务实现中使用,或者在应用程序上下文中准备好并作为bean引用提供给服务。注意:DataSource应该始终作为应用程序上下文中的bean配置,在第一种情况下直接给服务,在第二种情况下给准备好的模板。
由于此类可以通过回调接口和SQLExceptionTranslator
接口进行参数化,因此应该不需要对其进行子类化。
此类执行的所有SQL操作都会使用日志类别“org.springframework.jdbc.core.JdbcTemplate”在调试级别记录。
例如,如果你想将数据库中的行映射到一个Person
实体,你可以创建一个自定义的PersonRowMapper
类。此类将实现RowMapper
接口,并覆盖mapRow
方法,根据从ResultSet中检索的数据来创建和返回一个Person
对象。
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数据映射器模式并不局限于关系数据库。您还可以通过注释或手动数据到对象的转换来见证它在 NoSQL 数据库中的实现。
这种多功能性使 Data Mapper 模式成为处理各种数据库技术数据的宝贵资产,同时在数据和域模型之间保持明确的分离。
数据访问对象 (DAO)
事实上,Mapper 模式提供了一种有效的方法来集中数据库和实体表示之间的转换,在代码测试和维护方面提供了巨大的好处。
此外,它还允许在专用层内整合数据库操作。此类别中突出的模式之一是数据访问对象 (DAO) 模式,该模式专门提供数据操作,同时保护应用程序免受复杂的数据库详细信息的影响。
DAO 是一个关键组件,它抽象和封装了与数据源的所有交互。
它有效地管理与数据源的连接,以检索和存储数据,同时在数据库和应用程序的业务逻辑之间保持明确的分离。这种明确的关注点分离使得架构变得健壮且可维护。
DAO 模式的一个明显优势是它在应用程序的两个部分之间强制执行严格的分离,这些部分不需要相互了解。这种分离使它们能够独立且频繁地进化。
当业务逻辑发生变化时,它可以依赖于一致的 DAO 接口,而对持久性逻辑的修改不会影响 DAO 客户端。
在提供的代码片段中,您可以观察“Person
”实体的 DAO 接口示例。此接口抽象了数据访问操作,使其成为用于管理 Java 应用程序中数据的强大工具:
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需要注意的是,尽管 DAO 抽象并封装了数据访问,但它隐式依赖于 Mapper 模式来处理数据库和实体表示之间的转换。
因此,模式之间的这种相互作用可能会引入阻抗失配,这是数据库操作中需要解决的一个挑战。
DAO 模式是通用的,可以使用各种数据库框架来实现,包括 SQL 和 NoSQL 技术。例如,在使用 Java Persistence 时,您可以创建“PersonDAO
”接口的实现,以方便“Person
”实体的数据库操作。这种实现将有效地利用 Mapper 模式来弥合数据库和应用程序的域实体之间的差距。
此代码片段表示 PersonDAO
的简化的 Jakarta Persistence 实现。它演示了如何使用 Jakarta Persistence API 与数据库交互并执行常见的数据访问操作。findById
方法通过其唯一标识符检索 Person 实体,而 findAll
方法提取数据库中所有 Person 实体的列表。这些方法为 Java 应用程序与底层数据库之间的无缝集成奠定了基础,展示了 Jakarta Persistence 在数据访问方面的强大功能和简单性。
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活动记录模式
接下来,我们在持久性设计模式的扩展中遇到了 Active Record 模式。这种模式通过允许实体基于其继承直接与数据库集成来赋予实体权力,从而有效地赋予它自我管理数据库操作的“超能力”。
这种方法通过将操作合并到实体本身中来简化数据库集成。然而,它需要权衡取舍,包括紧密耦合和可能违反单一责任原则。
Active Record 模式在 Ruby 社区中越来越受欢迎,并主要通过 Quarkus 框架和 Panache 项目进入 Java。Panache 通过实现 Active Record 模式简化了 Java 中的数据库集成,使实体能够执行数据库操作,而无需单独的数据访问层。
以下是使用 Quarkus Panache 和 Person
实体的 Active Record 实现示例:
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在此代码中,Person
实体扩展了 PanacheEntity
,它是 Quarkus Panache 项目的一部分。因此,Person
实体继承了 persist()、``listAll()
和 findById()
等用于数据库操作的方法。这意味着 Person
实体可以自行管理其与数据库的交互。
虽然 Active Record 模式简化了数据库操作并减少了对单独数据访问层的需求,但必须考虑权衡取舍。
在决定采用这种模式时,实体和数据库之间的紧密耦合以及可能违反单一责任原则是需要权衡的因素。
根据应用程序的特定要求和您愿意接受的权衡,Active Record 模式可以成为简化 Java 中数据库集成的强大工具。
存储库模式
随着我们继续探索 Java 持久性设计模式,我们遇到了 Repository 模式,它代表了向更以领域为中心的方法的重大转变。存储库在域层和数据映射层之间进行调解,引入了一个与应用程序的通用语言保持一致的内存中域对象集合。
这种模式强调特定于领域的语义,促进与数据的更自然和富有表现力的交互。
Repository 和之前讨论的 DAO 之间的主要区别在于对领域的关注。
虽然 DAO 专注于数据库集成,包括插入和更新等操作,但存储库引入了更多与域语言密切相关的声明性方法。
这种抽象允许与域进行语义对齐,同时仍管理应用程序和数据库之间的距离。
在 Java 生态系统中,一些框架和规范都支持 Repository 模式。突出的例子包括 Spring Data、Micronaut Data 和 Jakarta Data 规范。
让我们看一下使用 Jakarta Persistence 注释的 Person
类的实现,并探讨如何利用 Repository 模式与 Jakarta Data 结合使用:
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在此代码中,Person
实体使用 Jakarta Persistence 注释进行注释,我们引入了一个 People
接口,用于扩展 Jakarta Data 提供的 CrudRepository
。此存储库接口利用存储库模式,提供 save
、findAll
和 findById
等声明性方法。这些方法提供了一种更加面向领域、富有表现力和语义对齐的方式来与数据库进行交互,有助于提高代码库的清晰度和可维护性。
继续探索以领域为中心的存储库和不断发展的 Jakarta 数据规范,让我们考虑一个涉及 Car
和 Garage
存储库的实际示例。在此场景中,我们的目标是创建一个自定义存储库,该存储库与域紧密对齐,并利用操作注释在存储库中表达停车和停放汽车。
下面是说明此概念的代码:
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在Java应用程序中,数据访问层的设计对于实现领域驱动设计至关重要。以下是对几种关键的数据访问模式的概述,包括它们的优势和潜在的弊端:
1. 驱动模式(Driver)- 优势: - 提供对数据库通信的直接方法。 - 允许对数据库交互进行低级控制。 - 适用于特定的数据库优化和非标准用例。 - 直接使用驱动程序允许对查询进行微调以实现性能优化。- 弊病: - 通常与特定的数据库系统紧密耦合,降低了可移植性。 - 可能导致代码冗长和低级,从而影响可维护性。
2. 数据映射器模式(Mapper)- 优势: - 将数据库访问与域逻辑分离,促进架构简洁。 - 支持自定义映射和数据转换。 - 通过明确的关注点分离来增强可测试性。- 弊病: - 可能需要样板代码来映射数据库和域对象之间的映射。 - 可能会在映射逻辑中引入复杂性,从而影响开发时间。
3. 数据访问对象模式(DAO)- 优势: - 将数据访问代码与域逻辑分离,促进模块化。 - 支持多种数据源和复杂查询。 - 通过隔离数据访问逻辑来增强可测试性。 - 可以在应用程序的不同部分重复使用。- 弊病: - 与Active Record相比,可能需要更多代码,这可能会影响开发速度。 - 可能会引入额外的层,这可能会增加项目的复杂性。
4. 活动记录模式(Active Record)- 优势: - 简化数据库操作,允许域实体管理数据库集成。 - 为数据操作提供简洁且富有表现力的API。 - 减少了对单独数据访问层的需求。- 弊病: - 这可能会导致领域逻辑和数据库关注点之间的紧密耦合。 - 违反单一责任原则,可能影响可维护性。
5. 存储库模式(Repository)- 优势: - 使领域语言与数据访问保持一致,使代码更具表现力。 - 通过引入特定于领域的方法,鼓励领域驱动的设计。 - 在域访问层和数据访问层之间提供明确的分离。- 弊病: - 需要额外的层,这可能会带来复杂性。 - 特定于域的方法的实现可能会有所不同且复杂。
随着从数据编程过渡到更加以领域为中心的方法,我们经常发现需要引入层来调解应用程序不同部分之间的通信。每种模式都占据一个不同的层,这种分层架构引入了一个抽象级别,将应用程序的核心逻辑与数据库操作分开。
数据传输对象(DTO)概述
简介数据传输对象(DTO)是一种在软件架构中广泛使用的模式。它主要用于简化不同系统层之间或服务之间的数据传输。
DTO的功能DTO模式具有多种用途,特别是在以下方面:
- 跨层数据传输:DTO用于在应用的不同层之间,例如表示层和数据访问层之间,无缝地传输数据。2. RESTful API集成:在构建RESTful API时,DTO用于将数据从数据库提取并转换为JSON格式,以供客户端使用。
DTO的优势使用DTO可以带来以下好处:
- 解耦实体与数据库架构:DTO允许实体与数据库架构保持独立,从而使得实体可以灵活地适应不同的数据库模型。- 多数据库支持:DTO的适应性允许应用程序能够使用多个数据库作为数据存储目标,而无需对核心实体结构进行修改。
结构性示例以下是DTO模式的一个结构性示例,展示如何在不同层之间传递数据:
- **表示层**:接收用户输入,调用服务层。- **服务层**:处理业务逻辑,使用DTO与数据访问层交互。- **数据访问层**:根据DTO提取或存储数据,与数据库交互。```
## 结论DTO模式因其灵活性和解耦特性,在现代软件架构中扮演着重要角色。它不仅简化了数据传输过程,还提高了应用的可维护性和可扩展性。
![](https://cdn.jsdelivr.net/gh/zshipu/imagesv2@main/2024/downloadedImage9d1a5f32b46ba6deeb35ffbf.html)
# DTO与CQRS在Java应用架构中的应用
## 数据传输对象(DTO)
在Java应用程序中,DTO扮演着重要角色,它用于在不同层之间传输数据。DTO的使用可以带来诸多好处,但同时也需要我们勤奋地管理数据转换,确保层与层之间的正确隔离。
### DTO的优势与挑战
- **优势**:DTO有助于保持应用的模块化和解耦。- **挑战**:需要维持不同应用部分之间的一致性和连贯性。
### 命令查询责任分离(CQRS)
CQRS是一种架构策略,用于分离数据存储中的读取和更新操作。CQRS的应用可以显著补充DTO的使用,带来以下好处:
- **性能**:通过分离读写操作,提高系统性能。- **可伸缩性**:读写分离有助于系统的横向扩展。- **安全性**:分离的职责可以增强系统的安全性。
### CQRS的实现
- 使用DTO管理CQRS架构的读写端之间的数据传输。- 确保数据在分离的职责间正确设置和转换。
### CQRS与NoSQL数据库
对于熟悉NoSQL数据库的人来说,CQRS的概念可能并不陌生。NoSQL数据库通常采用查询驱动的建模方法,数据优化针对检索而非更新。
### CQRS的权衡
- **复杂性增加**:实现CQRS可能增加系统架构的复杂性。- **同步挑战**:保持读写端的一致性可能具有挑战性。- **过度工程**:在简单应用中引入CQRS可能导致过度工程。
### 结合DTO与CQRS
结合DTO和CQRS可以有效地管理应用程序架构内的数据传输。通过在读写操作之间保持明确的分离,并使用DTO作为中介,可以享受CQRS带来的性能、可伸缩性和安全性优势,同时适应查询驱动的NoSQL环境。
## 结论
DTO和CQRS的结合使用,可以在应用程序架构中实现高效的数据传输。然而,这种结合也带来了挑战,需要对系统复杂性、可维护性和开发速度进行深思熟虑的评估。
![](https://cdn.jsdelivr.net/gh/zshipu/imagesv2@main/2024/downloadedImage6403bd17ab848a478f9fa47e.html)
# Java持久性模式与策略解析
在深入探索Java持久性模式的过程中,我们发现了一系列策略,它们旨在满足不同应用程序的需求和架构目标。以下是对这些模式的概述和分析:
## 持久性模式概述
### 1. 驱动模式(Driver)- 驱动模式负责管理数据库连接和执行SQL语句。
### 2. 映射器(Mapper)- 映射器将数据库查询结果映射到Java对象。
### 3. 数据访问对象(DAO)- DAO提供了一个抽象层,用于封装对数据源的所有访问。
### 4. 活动记录(Active Record)- 活动记录模式将数据模型和数据库访问逻辑封装在同一个类中。
### 5. 仓库模式(Repository)- 仓库模式为集合提供CRUD操作,隔离业务逻辑与数据访问代码。
## 数据传输对象(DTO)
DTO作为一种在不同层之间传输数据的工具,能够适应多种数据模型。然而,DTO的使用需要谨慎管理数据转换,以确保数据的一致性。
## 命令与查询责任分离(CQRS)
CQRS是一种将读取(查询)和更新(命令)操作分离的模式。它在NoSQL环境中特别有用,可以带来性能、可扩展性和安全性的提升。
## 结论
了解这些持久性模式的优势和局限性,可以帮助开发人员做出明智的架构决策。这确保了应用程序不仅高效,而且健壮和响应迅速。
## 作者信息
[作者信息将根据原文内容进行适当填充,此处使用'aaaaaaa'代替。]
## 图片来源
图片来源:[CQRS原则](https://commons.wikimedia.org/wiki/File:CQRS_Principe.png)(注意:链接可能需要用户自行验证。)
![](https://cdn.jsdelivr.net/gh/zshipu/imagesv2@main/2024/downloadedImaged99195315f4bf74ff85538cd.jpg)
# 奥塔维奥·桑塔纳简介
## 个人背景与成就奥塔维奥·桑塔纳是一位屡获殊荣的软件工程师和架构师。他对于使用开源最佳实践来赋能其他工程师充满热情,致力于构建高度可扩展和高效的软件系统。作为Java和开源生态系统的杰出贡献者,奥塔维奥因其卓越的工作获得了众多奖项和认可。
## 专业领域奥塔维奥的专业兴趣涵盖了多个领域,包括但不限于:- 历史- 经济- 旅行- 语言能力:他能够流利使用多种语言
## 个人特质除了专业技能外,奥塔维奥还以其幽默感著称,这使他在技术社区中备受欢迎。
## 社区贡献奥塔维奥的博客[otaviojava.com](http://zshipu.com/t/index.html?url=https://otaviojava.com/)是其分享知识和见解的平台,他通过这个渠道与更广泛的技术社区进行交流。
## 社交媒体- Twitter: [Otavio Santana Twitter](http://zshipu.com/t/index.html?url=https://twitter.com/OtavioSantana)- Linkedin: [Otavio Santana Linkedin](http://zshipu.com/t/index.html?url=https://linkedin.com/in/OtavioSantana)- GitHub: [Otavio Santana GitHub](http://zshipu.com/t/index.html?url=https://github.com/OtavioSantana)
## 活动概览奥塔维奥在InfoQ上的活动包括:- 文章发表- 技术趋势报告- 演讲和访谈
## 技术趋势- 2022年12月的Java InfoQ趋势报告提供了对Java和JVM领域内技术采纳和新兴趋势的总结。
## 联系信息- 跟随者: 163- 关注者: 1
以上是奥塔维奥·桑塔纳在InfoQ上的个人资料概述。
- 原文作者:知识铺
- 原文链接:https://index.zshipu.com/geek001/post/20240730/%E4%BD%BF%E7%94%A8Java%E6%8C%81%E4%B9%85%E6%80%A7%E6%9E%84%E5%BB%BA%E6%9E%B6%E6%9E%84%E6%A8%A1%E5%BC%8F%E4%B8%8E%E7%AD%96%E7%95%A5--%E7%9F%A5%E8%AF%86%E9%93%BA/
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