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在当今快节奏的互联网时代,开发者们需要高效地构建可靠、安全且易于维护的Web应用。而Django作为一个高度优化的Web框架,正是为了满足这一需求而设计的。本教程将带领读者从零开始,逐步学习如何使用Django构建他们的第一个Web应用。在本引言中,我们将简要介绍Django的优势、其在Web开发中的地位以及本教程的目标读者与预期成果。
首先,让我们来看一下Django的优势。Django以快速开发、安全性和可扩展性著称。它提供了丰富且强大的功能集,包括ORM(对象关系映射)、模板引擎、表单处理、用户认证等,使开发者能够专注于业务逻辑的实现,而无需过多关注底层技术细节。同时,Django拥有庞大且活跃的社区支持,为开发者提供了大量的扩展包和文档资源,极大地降低了学习曲线。
其次,我们来了解一下Django在Web开发中的地位与应用实例。作为一个高级的Web框架,Django被广泛应用于各种类型的网站和Web应用程序的开发中,包括社交网络、内容管理系统、电子商务平台等。知名网站如Instagram、Pinterest等都是采用Django构建的。这些成功案例证明了Django在大规模、高负载的生产环境下的稳定性和可靠性。
最后,让我们明确一下本教程的目标读者与预期成果。本教程旨在面向有一定Python编程基础的开发者,希望他们能够通过学习本教程,掌握使用Django构建Web应用的基本技能。读者将学习如何搭建Django开发环境、了解Django的核心概念、掌握常用的开发技巧以及学习部署和测试Web应用的方法。通过本教程的学习,读者将具备独立构建并部署一个基本的Web应用的能力,并且能够进一步探索Django框架的高级特性和应用场景。
在接下来的部分,我们将深入探讨Django的基础知识、环境搭建与配置、深入模型、视图与URL分发等方面的内容,帮助读者建立起对Django框架的全面理解和掌握。
Django的历史与设计哲学:
Django是一个由Adrian Holovaty和Simon Willison于2003年在美国产生的开源Web应用框架,最初是为了满足于新闻类网站的快速开发需求而创建的。它的设计理念包括DRY(Don’t Repeat Yourself)和快速开发。这两个理念使得Django在开发过程中更加高效,能够更快地完成开发任务。Django的开发遵循“明确胜于隐晦”的原则,这使得代码的可读性和可维护性得到了极大的提升。
MVC与Django的MTV架构对比:
虽然Django经常被描述为MVC(Model-View-Controller)架构的一个实现,但实际上,Django使用的是一种名为MTV(Model-Template-View)的架构。在MTV架构中,模型(Model)负责处理与数据相关的逻辑和操作,模板(Template)负责处理页面的展示逻辑,视图(View)负责处理业务逻辑,并在需要时渲染模板。
Django的主要组件概述:
这些组件构成了Django框架的核心,开发者通过合理地使用这些组件,可以快速构建出功能强大且易于维护的Web应用。
在开始使用Django开发之前,我们需要确保Python环境已经准备就绪,并安装了Django框架。接下来,我们将详细介绍如何进行环境搭建与配置,以便顺利地创建和运行第一个Django项目。
Python环境准备:
首先,确保你的计算机上已经安装了Python。建议使用Python的最新稳定版本,你可以从Python官网(https://www.python.org/)下载安装程序,并按照安装向导的提示完成安装过程。安装完成后,你可以在命令行中输入以下命令来验证Python的安装是否成功:
python --version
如果成功安装,将会显示Python的版本号。
安装Django:
一旦Python环境准备好,接下来就可以使用Python的包管理工具pip来安装Django。在命令行中执行以下命令:
pip install django
这将会自动下载并安装最新版本的Django框架到你的Python环境中。
创建第一个Django项目:
安装完成Django后,我们可以通过命令行工具来创建一个新的Django项目。在命令行中切换到你想要存放项目的目录,并执行以下命令:
django-admin startproject myproject
这将在当前目录下创建一个名为myproject
的新项目。
项目结构与配置文件详解:
创建完项目后,你将看到一个名为myproject
的文件夹。在这个文件夹中,包含了Django项目的基本结构和配置文件。其中,manage.py
是Django项目的管理工具,你可以通过它来执行各种Django命令。myproject
文件夹是项目的主目录,它包含了项目的设置和全局配置文件。在myproject
文件夹中,最重要的是settings.py
文件,它包含了项目的配置选项,如数据库设置、静态文件路径等。另外,还有一个名为urls.py
的文件,用于配置项目的URL路由映射关系。
在settings.py
文件中,你可以根据项目的需要进行各种配置,比如设置数据库引擎、调整时区和语言等。同时,你也可以在这里添加或修改应用程序、静态文件路径等配置信息。
在urls.py
文件中,你可以定义项目的URL路由规则,将URL映射到相应的视图函数或类视图上。这个文件是Django项目的入口之一,它决定了用户访问网站时应该执行哪些代码。
通过理解和配置这些文件,你将能够更好地掌握和管理Django项目的结构和配置,为后续的开发工作做好准备。
在Django中,模型(Models)是与数据库交互的核心部分。模型定义了数据的结构和关系,以及对数据的操作方法。在这一部分,我们将深入探讨如何定义模型、进行数据迁移操作以及使用Django的ORM来操作数据。
定义模型与字段类型:
在Django中,模型类是通过继承django.db.models.Model
来创建的。每个模型类对应着数据库中的一个表,而模型类的属性则对应着表中的字段。Django提供了多种字段类型,包括字符型、整数型、日期时间型等,以满足不同数据类型的需求。常用的字段类型包括:
通过在模型类中定义这些字段,我们可以灵活地描述数据的结构和关系。
数据迁移的概念与操作:
数据迁移是指在模型发生变更时,将这些变更同步到数据库中的过程。Django通过manage.py
工具提供了数据库迁移的功能,你可以使用以下命令来创建迁移文件和应用迁移:
python manage.py makemigrations
python manage.py migrate
makemigrations
命令会根据模型的变更生成一个迁移文件,而migrate
命令则会将这些变更应用到数据库中,使数据库结构与模型保持一致。
使用Django的ORM进行数据操作:
Django的ORM(对象关系映射)提供了一种以面向对象的方式来操作数据库的方法,使得开发者不再需要直接编写SQL语句。通过模型类的对象和QuerySet,我们可以执行各种数据库操作,包括增加、删除、修改和查询等。例如:
# 创建对象
obj = MyModel.objects.create(field1=value1, field2=value2)
# 查询数据
queryset = MyModel.objects.filter(field1=value1)
# 更新数据
obj.field1 = new_value
obj.save()
# 删除数据
obj.delete()
管理后台的使用与自定义:
Django自带了一个强大的管理后台,可以让开发者轻松地管理数据库中的数据。我们可以通过在admin.py
文件中注册模型类来启用管理后台,并可以根据需要自定义管理界面的显示和行为。例如,我们可以定义ModelAdmin
类来定制管理后台的表单显示、字段过滤和搜索等功能,从而提高数据管理的效率。
通过深入学习和理解Django模型的概念和操作,你将能够更加熟练地设计和管理数据库,并能够有效地利用Django的ORM来简化数据操作流程。
在Django中,视图(Views)负责处理Web应用程序的业务逻辑,并生成响应返回给客户端。而URL分发器(URL Dispatcher)则负责将请求的URL映射到相应的视图函数或类上。本部分将介绍视图与URL分发的相关概念以及在Django中的使用方法。
函数视图与类视图的对比:
Django支持两种类型的视图:函数视图和类视图。函数视图是一种简单的方式来编写视图,它是一个Python函数,接收请求对象并返回响应对象。而类视图则是基于类的视图,可以通过继承Django提供的通用视图类来编写,具有更好的可重用性和可扩展性。
# 函数视图示例
from django.http import HttpResponse
def my_view(request):
return HttpResponse('Hello, world!')
# 类视图示例
from django.views import View
from django.http import HttpResponse
class MyView(View):
def get(self, request):
return HttpResponse('Hello, world!')
使用函数视图或类视图取决于项目的需求和个人偏好,但一般来说,推荐使用类视图来提高代码的可维护性。
URL配置与正则表达式:
在Django中,URL配置是通过在项目的URL配置文件中定义URL模式来实现的。URL模式是一个由URL模式字符串和视图函数或类组成的元组,用于指定请求的URL与相应的视图之间的映射关系。可以使用正则表达式来匹配不同的URL模式,实现灵活的URL配置。
from django.urls import path
from . import views
urlpatterns = [
path('hello/', views.my_view),
]
在上述例子中,当用户访问/hello/
路径时,请求将会被分发给my_view
函数视图进行处理。
请求与响应对象的使用:
视图函数或类接收的第一个参数是请求对象(request),它包含了客户端发送的HTTP请求信息,如请求方法、请求头和请求体等。开发者可以从请求对象中获取请求的各种信息,并根据需要进行处理。
响应对象(response)用于向客户端返回HTTP响应,其中包含了要发送给客户端的数据和元数据。Django提供了多种类型的响应对象,包括普通的文本响应、JSON响应、重定向响应等,开发者可以根据需要选择合适的响应类型。
常用的视图装饰器:
视图装饰器是一种在视图函数或类上添加额外功能的技术,比如权限验证、缓存控制等。Django提供了多种内置的视图装饰器,如@login_required
、@cache_page
等,开发者可以直接在视图函数或类上使用这些装饰器来增强其功能。
from django.contrib.auth.decorators import login_required
from django.views.decorators.cache import cache_page
@login_required
def my_view(request):
...
@cache_page(60 * 15) # 缓存15分钟
def my_view(request):
...
这些装饰器可以简化开发过程,并提高代码的可读性和可维护性。
通过学习和理解视图与URL分发的概念和使用方法,你将能够编写出清晰、高效的视图代码,并能够正确配置URL路由,使得Web应用的各个部分能够协调工作,实现预期的功能。
模板系统在Django中扮演着至关重要的角色,它允许开发者将动态生成的内容与静态的HTML文档进行分离,使得代码更易于维护和管理。在本部分中,我们将深入了解Django模板系统的各个方面。
模板语法与继承:
Django模板语法使用双花括号{{}}
来表示变量,以及使用{% %}
来表示标签和控制结构。模板还支持继承,允许开发者创建一个基础模板,并在其他模板中重用其结构和内容。
<!-- 基础模板 base.html --> <!DOCTYPE html> <html lang="en"> <head> <meta charset="UTF-8"> <title>{% block title %}My Site{% endblock %}</title> </head> <body> {% block content %} {% endblock %} </body> </html> <!-- 子模板 --> {% extends "base.html" %} {% block title %}My Subtitle{% endblock %} {% block content %} <p>This is the content of the child template.</p> {% endblock %}
过滤器与标签的使用:
过滤器允许开发者在模板中对变量进行简单的处理或转换,比如格式化日期、截取字符串等。标签用于控制模板的逻辑流程,比如循环、条件判断等。
<!-- 过滤器 -->
<p>{{ my_text|lower }}</p> <!-- 将文本转换为小写 -->
<p>{{ my_date|date:"Y-m-d" }}</p> <!-- 格式化日期 -->
<!-- 标签 -->
{% if user.is_authenticated %}
<p>Welcome, {{ user.username }}!</p>
{% else %}
<p>Please log in.</p>
{% endif %}
静态文件的管理:
Django提供了内置的静态文件管理功能,允许开发者在模板中引用静态文件(如CSS、JavaScript、图片等),并自动处理静态文件的收集、压缩和缓存等操作。
<!-- 引用静态文件 -->
<link rel="stylesheet" href="{% static 'css/style.css' %}">
<script src="{% static 'js/script.js' %}"></script>
模板上下文处理器:
模板上下文处理器是一种在渲染模板之前对模板上下文进行预处理的技术,它允许开发者向模板中添加额外的上下文变量,使得这些变量在所有模板中都可用。
# settings.py
TEMPLATES = [
{
...
'OPTIONS': {
'context_processors': [
'django.template.context_processors.debug',
'django.template.context_processors.request',
'django.contrib.auth.context_processors.auth',
'django.contrib.messages.context_processors.messages',
'myapp.context_processors.custom_context', # 自定义的上下文处理器
],
},
},
]
通过本部分的学习,你将了解到如何使用Django模板系统来创建动态的Web页面,实现页面的结构、样式和内容的分离,使得开发更加灵活高效。
表单在Web开发中扮演着重要的角色,它们用于收集用户输入的数据并将其提交给服务器进行处理。Django的表单系统简化了表单的创建、验证和处理过程,使得开发者能够轻松地构建强大的表单功能。
Django表单的工作原理:
Django的表单系统建立在Python的类和模型的基础上,每个表单都是一个类,通过继承Django提供的forms.Form
或forms.ModelForm
类来定义。表单类中的字段对应着表单中的输入元素,可以指定字段的类型、验证规则和显示方式等属性。
# forms.py
from django import forms
class MyForm(forms.Form):
name = forms.CharField(max_length=100)
email = forms.EmailField()
message = forms.CharField(widget=forms.Textarea)
自定义表单字段与验证:
Django允许开发者自定义表单字段,并通过定义clean_字段名
方法来实现字段级别的验证。此外,还可以通过clean
方法来实现表单级别的验证,确保表单数据的完整性和有效性。
# forms.py from django import forms class MyForm(forms.Form): custom_field = forms.CharField() def clean_custom_field(self): data = self.cleaned_data['custom_field'] if len(data) < 5: raise forms.ValidationError("Field length must be at least 5 characters.") return data def clean(self): cleaned_data = super().clean() # 表单级别的验证逻辑 return cleaned_data
表单在视图中的处理:
在视图函数或类中处理表单时,首先需要实例化表单类,并通过request.POST
或request.GET
获取用户提交的数据。然后,调用表单对象的is_valid()
方法进行验证,如果表单数据有效,则可以使用cleaned_data
属性获取清理后的数据。
# views.py
from django.shortcuts import render
from .forms import MyForm
def my_view(request):
if request.method == 'POST':
form = MyForm(request.POST)
if form.is_valid():
# 处理有效的表单数据
pass
else:
form = MyForm()
return render(request, 'my_template.html', {'form': form})
模型表单与模型表单集:
Django还提供了模型表单(ModelForm)来简化与模型相关的表单操作,模型表单直接基于模型定义字段,同时还能自动生成与模型关联的表单字段。此外,模型表单集(FormSet)允许处理多个表单实例,使得批量操作成为可能。
# forms.py
from django import forms
from .models import MyModel
class MyModelForm(forms.ModelForm):
class Meta:
model = MyModel
fields = ['field1', 'field2']
通过本部分的学习,你将掌握Django表单系统的基本原理和使用方法,能够创建灵活强大的表单,实现用户输入数据的收集、验证和处理。
用户认证和权限是 Web 应用程序中至关重要的部分,Django 提供了内置的认证系统,使得开发者能够轻松地处理用户身份验证和访问控制。
用户模型与内置的认证系统:
Django 提供了内置的用户模型,可以通过django.contrib.auth.models.User
类来访问用户相关的数据,如用户名、密码等。同时,Django 还提供了一系列认证视图和后端,包括登录、注销、密码更改等功能,开发者可以直接使用这些功能来实现用户认证。
# settings.py
INSTALLED_APPS = [
...
'django.contrib.auth',
'django.contrib.contenttypes',
...
]
登录与登出功能的实现:
Django 提供了方便的登录和注销功能,通过django.contrib.auth.views.LoginView
和django.contrib.auth.views.LogoutView
视图类可以快速实现登录和登出功能。
# urls.py
from django.urls import path
from django.contrib.auth.views import LoginView, LogoutView
urlpatterns = [
path('login/', LoginView.as_view(), name='login'),
path('logout/', LogoutView.as_view(), name='logout'),
]
用户注册与密码管理:
用户注册是 Web 应用程序的常见功能,开发者可以通过创建表单来收集用户注册信息,并通过create_user()
方法创建用户实例。此外,Django 提供了方便的密码管理功能,包括密码哈希、密码重置等。
# views.py
from django.contrib.auth.models import User
def register(request):
if request.method == 'POST':
form = RegistrationForm(request.POST)
if form.is_valid():
username = form.cleaned_data['username']
email = form.cleaned_data['email']
password = form.cleaned_data['password']
User.objects.create_user(username, email, password)
return redirect('login')
else:
form = RegistrationForm()
return render(request, 'registration/register.html', {'form': form})
权限与组的管理:
Django 提供了一套完善的权限系统,开发者可以通过将用户分组、分配权限等方式来管理用户权限。权限可细分为模型级别和视图级别的权限,并且可以通过装饰器或视图类来实现访问控制。
# views.py
from django.contrib.auth.decorators import login_required
from django.contrib.auth.mixins import LoginRequiredMixin
@login_required
def my_view(request):
...
通过本部分的学习,你将掌握 Django 中用户认证和权限管理的基本原理和常见实现方法,能够构建安全可靠的用户系统,保护你的 Web 应用程序免受未经授权的访问。
在这一部分,我们将深入探讨 Django 框架的一些高级特性,包括中间件、自定义命令、信号与槽机制以及缓存机制与优化。这些特性将帮助开发者更好地管理和优化他们的 Django 应用程序。
中间件的使用:
中间件是 Django 框架的一个强大特性,它允许开发者在请求到达视图之前或者响应返回给客户端之前,对请求和响应进行一系列的预处理或者后处理操作。中间件可以用于实现诸如身份验证、日志记录、性能监控等功能。
# middleware.py
class MyMiddleware:
def __init__(self, get_response):
self.get_response = get_response
def __call__(self, request):
# 在视图函数执行前的操作
response = self.get_response(request)
# 在视图函数执行后的操作
return response
自定义命令:
Django 提供了一个强大的命令行工具 manage.py
,开发者可以使用这个工具来执行各种任务,例如创建数据库迁移、加载初始数据等。此外,开发者还可以通过自定义命令来扩展 manage.py
,以满足特定项目的需求。
python manage.py mycommand
信号与槽机制:
Django 中的信号与槽机制允许开发者在某些事件发生时触发特定的操作,类似于观察者模式。这种机制在应用程序中的模块之间实现了解耦,使得代码更加灵活和可维护。
# signals.py
from django.db.models.signals import post_save
from django.dispatch import receiver
from myapp.models import MyModel
@receiver(post_save, sender=MyModel)
def my_handler(sender, instance, **kwargs):
# 处理 post_save 事件
pass
缓存机制与优化:
Django 提供了一套完善的缓存机制,可以将常用的数据缓存起来,加快网站的访问速度。开发者可以选择不同的缓存后端,如内存缓存、数据库缓存、文件缓存等,还可以通过设置缓存超时时间和缓存键的规则来优化缓存效果。
# settings.py
CACHES = {
'default': {
'BACKEND': 'django.core.cache.backends.memcached.MemcachedCache',
'LOCATION': '127.0.0.1:11211',
}
}
通过学习这些高级特性,开发者可以进一步提升他们的 Django 技能水平,更好地应对复杂的应用场景,并构建高性能、可扩展的 Web 应用程序。
API(Application Programming Interface)是现代 Web 应用程序的重要组成部分,它使不同的应用程序能够相互通信和交换数据。在这一部分,我们将介绍 Django Rest Framework(DRF),这是 Django 中用于构建强大的 Web API 的优秀框架。
Django Rest Framework 简介:
Django Rest Framework 是一个基于 Django 的 RESTful Web API 框架,它提供了一组强大的工具和库,用于快速构建灵活且高效的 Web API。DRF 提供了序列化、视图、路由、认证、权限控制等功能,极大地简化了 API 的开发过程。
序列化器的使用:
序列化器是 DRF 中的一个重要概念,它负责将复杂的数据结构转换为 JSON 或其他格式,以便在网络上进行传输。开发者可以通过定义序列化器来控制 API 的输入和输出格式,以及数据的验证和转换。
from rest_framework import serializers
class MyModelSerializer(serializers.ModelSerializer):
class Meta:
model = MyModel
fields = ['field1', 'field2']
API 视图与路由器:
DRF 提供了一组用于定义 API 视图的类,并且支持多种视图风格,包括基于函数的视图和基于类的视图。此外,DRF 还提供了一个路由器类,用于自动生成 API 路由。
from rest_framework import routers, viewsets
class MyModelViewSet(viewsets.ModelViewSet):
queryset = MyModel.objects.all()
serializer_class = MyModelSerializer
router = routers.DefaultRouter()
router.register(r'mymodels', MyModelViewSet)
认证与权限在 API 中的应用:
DRF 提供了丰富的认证和权限控制功能,开发者可以通过简单的配置来保护 API 的安全性。认证机制包括基本认证、Token 认证、OAuth 认证等,而权限控制可以基于用户角色或者自定义逻辑来实现。
from rest_framework.permissions import IsAuthenticated
from rest_framework.authentication import TokenAuthentication
class MyModelViewSet(viewsets.ModelViewSet):
authentication_classes = [TokenAuthentication]
permission_classes = [IsAuthenticated]
通过学习和应用 Django Rest Framework,开发者可以快速构建出符合 RESTful 设计原则的高质量 Web API,为移动应用、单页应用等前端应用程序提供稳定可靠的数据交互接口。
在本部分,我们将探讨如何使用 Django 的测试框架进行应用程序的测试,以及部署 Django 应用的策略和最佳实践,同时介绍如何使用 Docker 容器化 Django 应用。
Django 的测试框架:
Django 提供了一个灵活且易于使用的测试框架,开发者可以使用它来编写各种类型的测试用例,包括单元测试、集成测试和功能测试。通过测试框架,可以确保应用程序的各个部分都能正常工作,提高代码的质量和可靠性。
from django.test import TestCase
class MyTestCase(TestCase):
def test_something(self):
# 编写测试用例
self.assertEqual(1 + 1, 2)
编写与运行测试用例:
在 Django 项目中,测试用例通常存放在应用程序的 tests.py
文件中,开发者可以在其中编写测试函数,并使用 Django 的管理命令来运行测试。
python manage.py test myapp
部署策略与最佳实践:
在部署 Django 应用之前,开发者需要考虑一些重要的问题,如数据库的选择、静态文件的管理、应用程序的扩展性等。常见的部署方案包括使用 Nginx + Gunicorn、Docker、Heroku 等,开发者可以根据实际需求选择合适的方案。
使用 Docker 容器化 Django 应用:
Docker 是一种轻量级的容器化技术,可以将应用程序及其依赖项打包到一个可移植的容器中,并在任何环境中运行。通过 Docker,开发者可以简化部署过程,提高应用程序的可移植性和一致性。
# Dockerfile
FROM python:3.9
WORKDIR /app
COPY requirements.txt .
RUN pip install -r requirements.txt
COPY . .
CMD ["python", "manage.py", "runserver", "0.0.0.0:8000"]
通过测试与部署,开发者可以确保 Django 应用程序的质量和稳定性,并将其成功地部署到生产环境中,为用户提供高效可靠的服务。
在完成这个教程后,你已经掌握了 Django Web 开发的基础知识和一些高级特性。接下来,让我们展望一下项目的进一步扩展方向。
持续优化与改进:Web 应用是一个持续演进的过程,你可以通过监控和分析用户行为,不断优化和改进应用的性能、用户体验和功能。
探索更多的 Django 应用场景:除了教程中介绍的常见应用场景外,Django 还可以用于开发许多其他类型的应用,如电子商务平台、社交网络、博客平台等。通过实践和探索,你可以进一步丰富自己的应用领域。
贡献到 Django 社区:Django 是一个开源项目,拥有一个活跃的社区。你可以通过贡献代码、提交 Bug 报告、参与讨论等方式,为 Django 社区做出贡献,并与其他开发者分享你的经验和见解。
持续学习和进阶:Web 开发是一个日新月异的领域,技术更新迭代非常快。因此,持续学习和不断进阶是非常重要的。你可以通过阅读官方文档、参加技术交流会议、关注行业动态等方式,不断提升自己的技术水平。
最后,我们鼓励你在实践中不断挑战自我,勇于尝试新的技术和理念,相信你的努力一定会得到回报。祝你在 Django Web 开发的道路上越走越远,取得更大的成就!
常见问题解答:
pip install django
。确保在虚拟环境中进行安装,以避免与其他项目的依赖冲突。django-admin startproject <project_name>
命令来创建一个新的 Django 项目,然后进入项目目录,执行 python manage.py runserver
命令启动开发服务器。python manage.py makemigrations
命令来生成迁移文件,然后再执行 python manage.py migrate
命令来应用数据库迁移。static
目录下,并在模板中使用 {% load static %}
标签加载静态文件,然后使用 {% static 'path_to_static_file' %}
引用静态文件。Django命令速查表:
django-admin startproject <project_name>
python manage.py startapp <app_name>
python manage.py makemigrations
python manage.py migrate
python manage.py runserver
python manage.py createsuperuser
python manage.py test
推荐阅读与学习资源:
通过以上资源,读者可以深入学习 Django 框架,并在实践中不断提升自己的技术水平。
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