title: 快速了解Django:核心概念解析与实践指南

date: 2024/5/1 20:31:41

updated: 2024/5/1 20:31:41

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  • 后端开发

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  • Django核心
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  • Web框架
  • 登录装饰器

第一章:Django简介

背景和发展历程:

Django是一个开放源代码的Web应用框架,由Lawrence Journal-World开发并于2005年发布。最初是为了满足新闻网站的需求而开发的,后来成为一个功能强大且灵活的Web开发框架。Django得到了全球开发者的广泛认可和使用,目前被许多知名网站和公司所采用。

选择Django的原因:

  • 高效易用:Django遵循"快速开发"的原则,提供了许多现成的工具和功能,使开发者能够快速构建功能完善的Web应用。
  • 完善的文档和社区支持:Django拥有丰富的官方文档和活跃的社区,开发者可以轻松获取帮助和资源。
  • 丰富的功能模块:Django内置了许多常用的功能模块,如用户认证、管理后台、表单处理等,减少了开发工作量。
  • 安全性强:Django具有内置的安全机制,能够有效防范常见的Web安全漏洞,如SQL注入、跨站脚本等。
  • 可扩展性好:Django支持各种第三方插件和扩展,可以根据项目需求灵活扩展功能。

核心特点和优势:

  • MTV架构:Django采用了MTV(Model-Template-View)的设计模式,将应用程序分为模型、模板和视图三层,使代码结构清晰,易于维护。
  • 强大的ORM:Django的ORM(对象关系映射)提供了方便的数据库操作方式,使开发者能够通过Python代码操作数据库,而无需编写SQL语句。
  • 自动化Admin后台:Django自带了一个强大的Admin后台管理工具,可以方便地管理网站内容和数据。
  • 灵活的URL配置:Django的URL配置非常灵活,可以通过简单的配置实现URL与视图函数的映射关系,支持正则表达式等高级匹配方式。
  • 模板系统:Django的模板系统简单易用,支持模板继承、过滤器、标签等功能,使前端开发更加高效。
  • 安全性:Django内置了一些安全特性,如跨站请求伪造(CSRF)保护、XSS(跨站脚本攻击)防护等,帮助开发者构建安全的Web应用。

第二章:环境搭建与项目创建

环境搭建:

  1. 安装Python:Django是基于Python的,首先确保你的计算机上安装了Python(推荐使用最新稳定版)。

  2. 安装Django:打开命令行(Windows用户可以使用cmd或PowerShell,Mac/Linux用户使用终端),输入以下命令安装Django:

    pip install django
  3. 安装数据库驱动:根据你的项目需求选择数据库,如PostgreSQL、MySQL或SQLite。安装相应的数据库驱动,如:

    pip install psycopg2-binary (for PostgreSQL)
    pip install mysqlclient (for MySQL)
    pip install django.db.backends.sqlite3 (for SQLite)
  4. 设置环境变量:确保Python可执行路径在系统环境变量中,或者在命令行中使用python而不是python3

创建第一个Django项目:

  1. 使用命令行,进入你希望存放项目的文件夹:

    cd /path/to/your/project/folder
  2. 运行Django命令创建项目:

    django-admin startproject my_first_django_project

    这将创建一个名为my_first_django_project的文件夹,其中包含了基本的Django项目结构。

Django项目的基本结构和文件目录:  一个典型的Django项目结构包括以下主要文件和目录:

  • my_first_django_project:项目根目录,包含项目的配置文件和管理工具。
  • my_first_django_project/settings.py:项目设置文件,包含各种配置信息。
  • my_first_django_project/urls.py:项目URL配置文件,定义了应用的URL结构。
  • my_first_django_project/wsgi.py:Web服务器接口,用于将请求传递给Django。
  • my_first_django_project/migrations:数据库迁移目录,用于管理数据库结构的变更。
  • my_first_django_project/static:静态文件目录,存放CSS、JavaScript等资源。
  • my_first_django_project/templates:模板目录,用于存放HTML和模板文件。
  • my_first_django_project manage.py:项目管理工具,用于执行各种管理任务。

my_first_django_project文件夹中,通常会有一个或多个应用(app),每个应用有自己的文件结构,但基本结构相似,包含模型(model.py)、视图(views.py)、模板(templates)和URL配置(urls.py)等。通过startapp命令可以创建新的应用。

创建项目后,启动开发服务器:

python manage.py runserver

然后在浏览器中访问http://127.0.0.1:8000/,你应该能看到Django的欢迎页面,表示项目已经成功创建并运行。

第三章:模型层(Model)

概念和作用:

在Django中,模型是与数据库交互的核心部分,用于定义数据结构和数据之间的关系。每个模型类对应数据库中的一张表,每个模型类的属性对应表中的字段。通过模型,可以轻松地进行数据库操作,包括创建、读取、更新和删除数据。

定义模型类和字段:

  1. 创建应用:首先,在Django项目中创建一个应用(app),使用manage.pystartapp命令。

  2. 定义模型类:在应用中的models.py文件中定义模型类,每个类对应一个数据表。

    from django.db import models
    
    class Product(models.Model):
    name = models.CharField(max_length=100)
    price = models.DecimalField(max_digits=8, decimal_places=2)
    description = models.TextField()
    created_at = models.DateTimeField(auto_now_add=True)
  3. 字段类型:Django提供了多种字段类型,如CharField(字符型)、IntegerField(整型)、DecimalField(十进制数)、TextField(文本型)、DateTimeField(日期时间型)等,适用于不同类型的数据。

  4. 字段选项:每个字段可以使用各种选项来定义其行为,如max_length(最大长度)、default(默认值)、unique(唯一性)、auto_now_add(自动添加当前时间)等。

Django的ORM及使用方法:

  1. ORM概念:对象关系映射(ORM)是一种编程技术,将数据库表映射为对象,使开发者可以通过面向对象的方式操作数据库,而无需直接编写SQL语句。

  2. 模型操作:通过模型类可以执行各种数据库操作,如创建新数据、查询数据、更新数据和删除数据。

    • 创建数据

      product = Product(name='Phone', price=999.99, description='Smartphone')
      product.save()
    • 查询数据

      products = Product.objects.all()  # 查询所有数据
      product = Product.objects.get(id=1) # 根据条件查询单个数据
    • 更新数据

      product = Product.objects.get(id=1)
      product.price = 899.99
      product.save()
    • 删除数据

      product = Product.objects.get(id=1)
      product.delete()
  3. 查询集(QuerySet) :查询操作返回的是查询集,可以对查询集进行进一步筛选、排序和限制。

    products = Product.objects.filter(price__gte=500)  # 价格大于等于500的产品
    products = products.order_by('-price') # 按价格降序排序
    products = products[:5] # 只取前5个产品
  4. 关联关系:通过外键(ForeignKey)和多对多字段(ManyToManyField)可以定义模型之间的关联关系,实现数据表之间的关联。

    class Category(models.Model):
    name = models.CharField(max_length=50) class Product(models.Model):
    name = models.CharField(max_length=100)
    category = models.ForeignKey(Category, on_delete=models.CASCADE)
  5. 迁移操作:每当更改模型类时,需要生成并应用迁移以更新数据库结构。

    python manage.py makemigrations
    python manage.py migrate

通过模型定义和ORM操作,开发者可以轻松地管理和操作数据库中的数据,实现数据持久化和交互。

第四章:视图层(View)

作用和功能:

在Django中,视图层是处理用户请求的核心部分,它负责接收来自客户端的请求,处理业务逻辑,然后将结果呈现给用户。视图的主要功能包括接收请求参数、调用模型进行数据处理、执行逻辑操作、以及决定如何响应用户(如渲染模板,返回JSON数据等)。

编写视图函数处理用户请求:

  1. 定义视图函数:在views.py中,创建一个函数来处理特定的HTTP请求(如GET、POST等)。

    from django.shortcuts import render
    from .models import Product def product_list(request):
    products = Product.objects.all()
    return render(request, 'product_list.html', {'products': products})
  2. 接收请求参数:视图函数可以接收request对象,该对象包含了用户请求的所有信息,如GET参数、POST数据等。

  3. 调用模型:视图可以调用模型的方法来获取数据或执行其他操作。

  4. 响应生成:视图函数通常会返回一个响应,可能是HTML模板、JSON数据、重定向等。

视图的装饰器和通用视图的应用:

  1. 装饰器:Django提供了许多装饰器来增强视图的功能,如login_required(需要登录)、permission_required(需要特定权限)等。例如,限制只有管理员才能访问某个视图:

    from django.contrib.auth.decorators import login_required
    
    @login_required
    def admin_view(request):
    # ...
  2. 通用视图:Django提供了一些高级视图,如ListViewDetailViewCreateViewUpdateViewDeleteView等,用于处理常见的CRUD(创建、读取、更新和删除)操作。这些视图简化了视图的编写,只需要定义一些额外的参数和模型关系,如:

    from django.views.generic import ListView
    
    class ProductListView(ListView):
    model = Product
    template_name = 'product_list.html'

通用视图通常与模板和URL配置结合使用,提供了一种更为模块化的开发方式。

通过视图层,你可以将业务逻辑与HTTP请求分离,使得代码更易于理解和维护。同时,装饰器和通用视图的使用可以提高开发效率和代码的重用性。

第五章:模板层(Template)

基本语法和特性:

Django模板语言是一种轻量级的模板语言,用于在HTML中嵌入动态数据和逻辑。基本语法包括变量、标签和过滤器:

  • 变量:用{{ variable }}表示,用于在模板中插入动态数据。
  • 标签:用{% tag %}表示,用于控制模板的逻辑,如if语句、for循环等。
  • 过滤器:用{{ variable|filter }}表示,用于对变量进行处理,如格式化日期、字符串截取等。

使用模板渲染数据:

  1. 创建模板文件:在templates目录下创建HTML文件,编写模板代码。

  2. 传递数据:在视图函数中将数据传递给模板进行渲染。

    from django.shortcuts import render
    
    def product_list(request):
    products = Product.objects.all()
    return render(request, 'product_list.html', {'products': products})
  3. 渲染模板:在模板中使用变量和标签来展示数据。

    <ul>
    {% for product in products %}
    <li>{{ product.name }}</li>
    {% endfor %}
    </ul>

模板继承、过滤器和标签的使用方法:

  1. 模板继承:可以通过继承基础模板来重用通用的页面结构,子模板可以覆盖或扩展父模板的内容。例如,创建一个基础模板base.html

    <!DOCTYPE html>
    <html>
    <head>
    <title>{% block title %}My Site{% endblock %}</title>
    </head>
    <body>
    {% block content %}
    {% endblock %}
    </body>
    </html>

    子模板可以继承并覆盖父模板的内容:

    {% extends 'base.html' %}
    
    {% block title %}Product List{% endblock %}
    
    {% block content %}
    <ul>
    {% for product in products %}
    <li>{{ product.name }}</li>
    {% endfor %}
    </ul>
    {% endblock %}
  2. 过滤器:Django提供了许多内置的过滤器,用于对数据进行处理和格式化。例如,将日期格式化为YYYY-MM-DD

    <p>{{ product.created_at|date:"Y-m-d" }}</p>
  3. 标签:Django模板标签用于控制模板的逻辑流程,如if语句、for循环等。例如,使用if标签根据条件显示不同内容:

    {% if product.price > 100 %}
    <p>Expensive</p>
    {% else %}
    <p>Affordable</p>
    {% endif %}

模板层是将动态数据呈现给用户的重要部分,模板继承、过滤器和标签的灵活运用可以使模板更具可复用性和可维护性,同时提升用户体验。

第六章:路由与URL配置

URLconf的概念和作用:

URLconf(URL configuration)是Django中用于配置URL模式和视图函数映射关系的机制。它定义了用户访问网站时不同URL路径应该由哪个视图函数来处理。URLconf通常由项目级别的URLconf和应用级别的URLconf组成,通过URL模式来匹配用户请求的URL,并将其分发给相应的视图函数处理。

配置URL模式和视图函数的映射关系:

  1. 项目级别URLconf:在项目的urls.py文件中配置项目级别的URL模式。

    from django.urls import path, include
    
    urlpatterns = [
    path('admin/', admin.site.urls),
    path('products/', include('products.urls')),
    ]
  2. 应用级别URLconf:在应用的urls.py文件中配置应用级别的URL模式,并指定对应的视图函数。

    from django.urls import path
    from . import views urlpatterns = [
    path('', views.index, name='index'),
    path('product/<int:product_id>/', views.product_detail, name='product_detail'),
    ]
  3. 视图函数:在应用的views.py文件中编写视图函数来处理用户请求,并返回相应的响应。

    from django.shortcuts import render
    from django.http import HttpResponse
    from .models import Product def index(request):
    return render(request, 'index.html') def product_detail(request, product_id):
    product = Product.objects.get(id=product_id)
    return render(request, 'product_detail.html', {'product': product})

正则表达式在URL配置中的应用:

在URLconf中,可以使用正则表达式来匹配更复杂的URL模式,以满足特定的路由需求。例如,使用正则表达式匹配特定格式的商品ID:

from django.urls import path
from . import views urlpatterns = [
path('product/(?P<product_id>\d+)/', views.product_detail, name='product_detail'),
]

在上面的例子中,(?P<product_id>\d+)部分使用了正则表达式,匹配一个或多个数字作为商品ID,并将匹配到的内容作为product_id参数传递给视图函数。

正则表达式的灵活性使得我们可以更精确地定义URL模式,实现更复杂的路由规则,从而提高网站的灵活性和可扩展性。

第七章:Admin后台管理

Django提供的Admin后台管理功能:

Django提供了强大的Admin后台管理功能,可以让开发者方便地管理网站的数据,包括对数据库中的模型进行增删改查操作。Admin后台管理界面自动生成,可以自定义显示的字段、过滤器、搜索框等,同时也提供了权限管理功能,可以控制不同用户的访问权限。

自定义Admin后台界面:

  1. 注册模型到Admin后台:在应用的admin.py文件中注册需要管理的模型。

    from django.contrib import admin
    from .models import Product admin.site.register(Product)
  2. 自定义Admin后台显示:可以通过在模型的Admin类中定义list_displaylist_filtersearch_fields等属性来自定义Admin后台界面的显示。

    from django.contrib import admin
    from .models import Product @admin.register(Product)
    class ProductAdmin(admin.ModelAdmin):
    list_display = ('name', 'price', 'stock')
    list_filter = ('category',)
    search_fields = ('name', 'description')

在Admin后台管理数据库中的数据:

  1. 登录Admin后台:在浏览器中访问/admin路径,并使用超级用户账号登录。
  2. 查看数据:在Admin后台界面中,可以看到注册的模型,点击进入相应的模型管理页面,可以查看、添加、编辑、删除数据库中的数据。
  3. 添加数据:在模型管理页面中,点击“Add”按钮,填写相应字段的数值,然后保存即可添加数据。
  4. 编辑数据:在模型管理页面中,点击数据行右侧的“Change”按钮,修改相应字段的数值,然后保存即可编辑数据。
  5. 删除数据:在模型管理页面中,勾选要删除的数据行左侧的复选框,然后点击页面底部的“Delete selected”按钮,确认删除即可删除数据。

通过Admin后台管理功能,开发者可以方便地管理数据库中的数据,快速进行数据的增删改查操作,提高开发效率和管理便利性。

第八章:表单处理与验证

Django表单的概念和作用:

在Web开发中,表单是用户与网站进行交互的重要方式,用户可以通过表单向网站提交数据。Django的表单功能可以帮助开发者快速创建表单、处理用户提交的数据,并进行验证。表单类定义了表单的字段和验证规则,可以在前端页面渲染表单,接收用户输入的数据,然后进行处理和验证。

创建表单类和处理用户提交的表单数据:

  1. 创建表单类:在Django应用中的forms.py文件中定义表单类,继承自forms.Formforms.ModelForm

    from django import forms
    
    class ContactForm(forms.Form):
    name = forms.CharField(label='Your Name', max_length=100)
    email = forms.EmailField(label='Your Email')
    message = forms.CharField(widget=forms.Textarea)
  2. 渲染表单到前端页面:在视图函数中实例化表单类,并传递给前端页面进行渲染。

    from django.shortcuts import render
    from .forms import ContactForm def contact_view(request):
    form = ContactForm()
    return render(request, 'contact.html', {'form': form})
  3. 处理用户提交的表单数据:在视图函数中通过POST请求获取用户提交的数据,实例化表单类并传入request.POST,然后进行数据验证和处理。

    def contact_view(request):
    if request.method == 'POST':
    form = ContactForm(request.POST)
    if form.is_valid():
    # 处理有效的表单数据
    else:
    # 处理表单验证失败的情况
    else:
    form = ContactForm()
    return render(request, 'contact.html', {'form': form})

表单验证和错误处理的方法:

  1. 表单验证:Django的表单类提供了各种字段验证器,可以在字段定义时设置验证规则,也可以在表单类中定义clean_<field_name>()方法进行自定义验证。
  2. 错误处理:在前端页面中可以通过{{ form.field_name.errors }}显示字段验证错误信息,也可以通过{{ form.non_field_errors }}显示表单级别的错误信息。在视图函数中,可以通过form.errors获取所有错误信息。

通过Django的表单处理与验证功能,开发者可以轻松创建表单、处理用户提交的数据,并进行有效的数据验证和错误处理,保证用户输入的数据符合要求,提高网站的安全性和用户体验。

第九章:用户认证与权限控制

Django中用户认证和权限控制的机制:

Django框架内置了一套用户认证系统,提供了用户注册、登录、注销、权限控制等功能。用户认证系统主要包括User模型、用户组(Groups)、权限(Permissions)等概念。

  1. User模型:Django内置的User模型定义了用户的基本信息,如用户名、密码、邮箱等。可以通过django.contrib.auth.get_user_model()获取用户模型,以便在应用中使用。
  2. 用户注册:通过定义一个表单类来处理用户注册时提交的数据,然后在视图函数中实例化该表单,并验证用户输入的数据。注册成功后,可以将用户数据保存到数据库中。
  3. 用户登录:登录过程包括验证用户名和密码。Django提供了authenticate()函数来验证用户身份,验证成功后,可以使用login()函数将用户登录状态保存在会话(Session)中。
  4. 用户注销:用户注销功能可以通过logout()函数实现,该函数会清除用户会话中的信息,从而结束用户的登录状态。
  5. 权限控制:Django通过用户、用户组、权限三者之间的关系来实现权限控制。权限分为对象权限和组权限,用户可以通过加入用户组来获得组权限,也可以直接分配对象权限。

如何实现用户注册、登录和注销功能:

  1. 用户注册:创建一个注册表单,并在视图函数中处理表单提交的数据,验证无误后保存用户信息到数据库,并创建用户会话。
  2. 用户登录:创建一个登录表单,并在视图函数中处理表单提交的数据,验证用户身份后使用login()函数保存登录状态。
  3. 用户注销:在视图函数中实现注销逻辑,调用logout()函数清除会话信息。

如何管理用户权限和角色:

  1. 用户组管理:通过Django的管理界面可以创建和管理用户组,并为用户分配组成员身份。
  2. 权限分配:在Django中,权限可以通过模型权限和中间件权限两种方式进行分配。模型权限关联到Django的模型上,中间件权限是全局的权限,可以被特定的用户或用户组继承。
  3. 权限验证:在视图函数中,可以通过has_perm()方法来检查用户是否有执行某操作的权限,也可以在模板中通过{% if user.has_perm('app_label.model_name') %}来判断权限。

通过Django的用户认证与权限控制机制,开发者可以为网站提供安全、灵活的用户管理方案,确保只有授权用户才能访问特定的资源和操作,从而保护网站的数据和功能安全。

第十章:RESTful API开发

RESTful API的概念和设计原则:

REST(Representational State Transfer)是一种设计风格,用于构建分布式系统和网络应用。RESTful API是符合REST架构风格的API,具有以下设计原则:

  1. 基于资源:将数据和功能看作资源,每个资源通过唯一的URL进行标识。
  2. 统一接口:使用统一的接口进行交互,如HTTP方法(GET、POST、PUT、DELETE等)。
  3. 无状态性:每个请求都包含足够的信息来处理,服务器不保存客户端的状态。
  4. 资源关系:通过URL表示资源之间的关系,如嵌套URL表示资源之间的层级关系。
  5. 状态转移:客户端通过操作资源的表现形式来进行状态转移,如GET获取资源、POST创建资源等。

如何使用Django REST framework构建API接口:

  1. 安装Django REST framework:通过pip安装djangorestframework库。
  2. 创建序列化器(Serializers):定义资源的序列化和反序列化规则。
  3. 创建视图集(ViewSets):定义处理API请求的视图集,包括列表、详情、创建、更新、删除等操作。
  4. 配置URL路由:将视图集映射到URL,并配置路由。
  5. 配置权限和认证:通过Django REST framework提供的权限和认证类来控制API的访问权限。

API的认证、权限控制和版本管理:

  1. 认证:Django REST framework提供了多种认证方式,如基本认证、Token认证、Session认证、JWT认证等。可以在视图或全局配置中设置认证类。
  2. 权限控制:通过Django REST framework提供的权限类来控制用户对API资源的访问权限,如IsAuthenticated、IsAdminUser、AllowAny等。
  3. 版本管理:可以通过URL版本控制或Accept头部版本控制来管理API的版本。在Django REST framework中,可以使用rest_framework.versioning模块来实现版本管理。

通过使用Django REST framework构建RESTful API,可以快速、灵活地开发API接口,提供给前端应用或第三方服务使用。同时,通过认证、权限控制和版本管理,可以确保API的安全性和稳定性,为用户提供良好的使用体验。

第十一章:性能优化与安全防护

常见的性能优化技巧和最佳实践:

  1. 缓存:使用缓存可以减少数据库查询和计算量,提高应用的性能。可以使用Django缓存框架来实现缓存,如Memcached、Redis、FileBasedCache等。
  2. 静态文件:使用CDN(内容分发网络)来加速静态文件的访问,减少服务器压力。
  3. 数据库优化:使用数据库索引、分表、分库等技术来优化数据库性能。
  4. 异步处理:将一些耗时的操作放到异步队列中处理,避免阻塞主线程。
  5. 代码优化:使用Django调试工具和Python profiler来分析代码的性能瓶颈,进行优化。

防范常见的Web安全攻击:

  1. SQL注入:使用参数化查询和预编译语句来防止SQL注入攻击。
  2. XSS:使用Django的安全过滤器和CSP(内容安全策略)来防止XSS攻击。
  3. CSRF:使用Django的CSRF保护机制来防止CSRF攻击。
  4. Clickjacking:使用X-Frame-Options头部和Frame-Ancestors CSP指令来防止Clickjacking攻击。
  5. DoS/DDoS:使用流量控制和限速来防止DoS/DDoS攻击。

对Django应用进行性能测试和安全审计:

  1. 性能测试:使用Django调试工具和Python profiler来分析代码的性能瓶颈,进行优化。可以使用Apache Benchmark(ab)、Locust等工具来进行性能测试。
  2. 安全审计:使用Django的安全过滤器和Python安全工具库来检查代码的安全性,进行修复。可以使用OWASP ZAP、Burp Suite等工具来进行安全审计。

通过对Django应用进行性能优化和安全防护,可以确保应用的高性能和安全性,为用户提供良好的使用体验。同时,通过定期的性能测试和安全审计,可以及时发现和修复潜在的问题,提高应用的稳定性和可靠性。

附录:常见问题解答和进阶学习资源

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常见问题解答:

  1. Q:如何处理Django中的大文件上传?  A:可以使用Django的FileField配合如django-storages库(如Amazon S3、Google Cloud Storage等)处理大文件存储。
  2. Q:如何在Django中实现用户权限管理?  A:使用Django的内置权限系统(如permissions模块)或第三方库如django-guardian进行更细粒度的权限控制。
  3. Q:如何处理数据库迁移问题?  A:确保每次改动数据库结构后,使用makemigrationsmigratesyncdb正确地更新迁移文件,并在生产环境中使用--fake选项模拟迁移。

进阶学习资源:

  1. 书籍:

    • Pro Django: Expert Solutions for Real-World Django Development
    • Django for Beginners: A Hands-On Guide to Mastering Django 3.x
    • Django 3.2 Unofficial Documentation
  2. 在线课程:

    • Django官方文档(https://docs.djangoproject.com/)
    • Udemy上的《Django 3.x - The Complete Guide for Beginners》
    • Coursera上的《Full Stack Web Development with Django》
  3. 博客和社区:

  4. GitHub项目和库:

  5. 技术论坛和问答平台:

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