利用 `Performance API` 记录 React 组件在 Render, Pre-commit 和 Commit 阶段的耗时 - 智猿学院-前后端，数据库，人工智能，云计算等领域前沿技术讲座

各位专家同仁，大家好。今天我们共同探讨一个在现代前端开发中至关重要的议题：React 组件的性能优化。尤其是在大型复杂应用中，理解组件在不同生命周期阶段的耗时，是诊断和解决性能瓶颈的关键。我们将深入研究如何利用浏览器原生的 Performance API，精确地记录 React 组件在 Render、Pre-commit 和 Commit 这三个核心阶段的耗时。

本次讲座将从 Performance API 的基础概念讲起，逐步深入到 React 的渲染机制，最终展示如何通过自定义 Hooks 和全局 PerformanceObserver 构建一套实用的性能监控方案。

1. 性能优化为何重要：React 渲染机制概览

在深入技术细节之前，我们首先要明确为什么关注性能，以及 React 是如何工作的。

1.1 用户体验与业务价值

性能不仅仅是技术指标，它直接影响用户体验、转化率和品牌形象。一个响应迅速、流畅的应用能让用户感到愉悦，提高留存率；反之，卡顿、延迟的应用则可能导致用户流失。对于 React 应用而言，这通常表现为组件渲染过慢、不必要的渲染或复杂的计算阻塞了主线程。

1.2 React 的协调（Reconciliation）与渲染流程

React 采用了一种称为“协调”（Reconciliation）的机制来高效地更新 UI。当组件的 state 或 props 发生变化时，React 会进行以下核心步骤：

触发更新：通过 setState、useState、forceUpdate 或 props 变化等方式。
Render 阶段（渲染阶段）：
- React 调用组件的 render 方法（对于类组件）或执行函数组件体。
- 它根据新的 state 和 props 构建一棵新的虚拟 DOM 树（Fiber 树）。
- 这个阶段是纯计算的，不涉及任何实际的 DOM 操作。React 会比较新旧 Fiber 树，找出需要更新的部分。
- 此阶段可能会被中断（例如，更高优先级的更新到来）。
Pre-commit 阶段（预提交阶段）：
- 在 React 实际修改 DOM 之前，它会执行一些操作，例如调用 getSnapshotBeforeUpdate 生命周期方法（针对类组件），获取 DOM 变更前的快照，或准备处理 ref。
- 这个阶段非常短暂，且发生在 DOM 变更之前，因此被称为“预提交”。
Commit 阶段（提交阶段）：
- React 将 Render 阶段计算出的差异应用到实际的浏览器 DOM 上，执行 DOM 的添加、更新和删除操作。
- DOM 更新完成后，React 会调用相应的生命周期方法（如 componentDidMount、componentDidUpdate）或执行 useLayoutEffect、useEffect Hook 的回调函数。
- useLayoutEffect 在浏览器进行绘制之前同步执行，而 useEffect 则在浏览器绘制之后异步执行。

理解这三个阶段的边界和职责，是精确测量性能的基础。

2. `Performance API` 基础：浏览器性能测量利器

Performance API 是现代浏览器提供的一套强大的 API，允许开发者以高精度测量网页和应用程序的性能。它比简单的 console.time/console.timeEnd 更为强大和灵活，能够记录时间戳、持续时间，并与 DevTools 集成。

2.1 performance.mark()：标记关键时间点

performance.mark() 方法用于在浏览器的性能时间线上创建一个命名的标记。

performance.mark('myComponent:render:start');
// ... 执行一些操作 ...
performance.mark('myComponent:render:end');

name (字符串): 标记的唯一名称。
options (对象, 可选): 可以包含 detail 属性，用于存储与标记相关的额外数据。

2.2 performance.measure()：测量时间段

performance.measure() 方法用于测量两个标记点之间或一个标记点到一个时间点之间的持续时间。

performance.mark('myComponent:render:start');
// ...
performance.mark('myComponent:render:end');

// 测量并记录 'myComponent:render' 的持续时间
performance.measure('myComponent:render:duration', 'myComponent:render:start', 'myComponent:render:end');

name (字符串): 测量结果的名称。
startOrMeasureOptions (字符串 | 对象):
- 如果为字符串，表示起始标记的名称。
- 如果为对象，可以包含 start (起始标记名称或时间戳) 和 end (结束标记名称或时间戳) 属性。
end (字符串 | 数字, 可选): 结束标记的名称或时间戳。

2.3 PerformanceObserver：异步收集性能数据

performance.mark() 和 performance.measure() 会将数据存储在浏览器的性能缓冲区中。为了不阻塞主线程，并能高效地收集这些数据，我们应该使用 PerformanceObserver。它允许我们订阅特定类型的性能事件，并在它们发生时异步地接收通知。

const observer = new PerformanceObserver((list) => {
    list.getEntries().forEach((entry) => {
        console.log(`Entry Name: ${entry.name}, Type: ${entry.entryType}, Duration: ${entry.duration.toFixed(2)}ms`);
        // 可以将数据发送到后端分析服务
    });
    // 清除已处理的标记和测量，防止内存泄漏
    // performance.clearMarks();
    // performance.clearMeasures();
});

// 监听 'mark' 和 'measure' 类型的性能事件
observer.observe({ entryTypes: ['mark', 'measure'] });

// 在不再需要时断开观察者
// observer.disconnect();

PerformanceObserver 构造函数接收一个回调函数，当有新的性能条目可用时，该函数会被调用。
list.getEntries() 返回一个 PerformanceEntry 对象的数组，每个对象代表一个性能事件。
entryTypes 属性是需要观察的性能事件类型数组，如 'mark', 'measure', 'paint', 'resource', 'longtask' 等。
buffered: true 选项可以在观察者创建时，获取在观察者创建之前就已经记录的性能条目。

2.4 PerformanceEntry 属性速查表

属性	类型	说明
`name`	`string`	性能条目的名称。
`entryType`	`string`	性能条目的类型（如 "mark", "measure", "paint" 等）。
`startTime`	`number`	性能事件开始的时间戳（以毫秒为单位，相对于 `navigationStart`）。
`duration`	`number`	性能事件的持续时间（以毫秒为单位）。
`detail`	`any`	`mark` 或 `measure` 中可选的详细信息。

3. 精确测量 React 渲染阶段的挑战与策略

React 的内部机制是高度优化的，并且在不断演进。直接在 React 内部插入 performance.mark 并不总是可行或推荐的做法。我们需要利用 React 提供的 Hook 和生命周期回调，巧妙地在用户代码层面捕获这些阶段的边界。

3.1 挑战

Render 阶段的边界：函数组件的执行体就是 Render 阶段的主要部分。我们需要在函数开始和结束时打点。
Pre-commit 阶段的边界：这个阶段非常短，且主要在 React 内部进行。useLayoutEffect 的回调函数在 DOM 更新之前、浏览器绘制之前同步执行，这使得它成为捕获 Pre-commit 阶段结束和 Commit 阶段开始的理想点。
Commit 阶段的边界：Commit 阶段包括 DOM 更新和执行副作用。useEffect 的回调在 DOM 更新之后、浏览器绘制之后异步执行，是捕获 Commit 阶段结束的合适时机。
组件实例的唯一性：同一个组件可能被多次渲染，每个实例都需要独立的测量。
清理：在组件卸载时，需要清除相关的性能标记，避免内存泄漏。

3.2 测量策略

我们将采用自定义 Hook useComponentRenderProfiler 来封装测量逻辑。

Render 阶段 (render:start -> render:end)
- render:start: 在函数组件体的最开始打点。
- render:end: 在函数组件体执行完毕后，但在 useLayoutEffect 和 useEffect 之前，这可以理解为函数组件逻辑计算完成的时刻。
Pre-commit 阶段 (render:end -> precommit:end)
- render:end: 作为 Pre-commit 阶段的起始点。
- precommit:end: useLayoutEffect 的回调函数同步执行，就在浏览器绘制之前。它的执行时机可以被视为 Pre-commit 阶段的结束，以及 Commit 阶段实际 DOM 操作的开始。
Commit 阶段 (precommit:end -> commit:end)
- precommit:end: 作为 Commit 阶段的起始点。
- commit:end: useEffect 的回调函数异步执行，在 DOM 更新并浏览器绘制之后。它的执行时机可以被视为 Commit 阶段的结束。

3.3 唯一标识符

使用 React.useId()（React 18+）或一个自增的 useRef 计数器来为每个组件实例生成一个唯一的 ID，确保性能标记的名称是唯一的。

4. 实践：构建 `useComponentRenderProfiler` Hook

现在，我们来编写这个核心的自定义 Hook。

4.1 useComponentRenderProfiler.ts

import { useEffect, useLayoutEffect, useRef, useId, useCallback } from 'react';

/**
 * 一个用于测量 React 组件 Render, Pre-commit 和 Commit 阶段耗时的自定义 Hook。
 * 它利用 Performance API 记录关键时间点，并通过 PerformanceObserver 收集结果。
 *
 * @param componentName 组件的名称，用于生成性能标记。
 * @param logToConsole 是否将测量结果打印到控制台。
 */
function useComponentRenderProfiler(componentName: string, logToConsole: boolean = true) {
    // 使用 useId 为每个组件实例生成一个唯一的 ID (React 18+)
    // 如果是旧版本 React，可以使用 useRef(0) 和一个全局自增计数器。
    const instanceId = useId(); 
    const id = `${componentName}-${instanceId}`;

    // 使用 useRef 存储标记名称，以便在 cleanup 时清除
    const markNamesRef = useRef<string[]>([]);
    const measureNamesRef = useRef<string[]>([]);

    // 辅助函数，用于记录 mark 并添加到 cleanup 列表
    const recordMark = useCallback((markName: string) => {
        performance.mark(markName);
        markNamesRef.current.push(markName);
    }, []);

    // 辅助函数，用于记录 measure 并添加到 cleanup 列表
    const recordMeasure = useCallback((measureName: string, startMark: string, endMark: string) => {
        try {
            performance.measure(measureName, startMark, endMark);
            measureNamesRef.current.push(measureName);
            if (logToConsole) {
                // 获取最新测量结果并打印
                const entry = performance.getEntriesByName(measureName).pop();
                if (entry) {
                    console.log(`[Profiler] ${entry.name}: ${entry.duration.toFixed(2)}ms`);
                }
            }
        } catch (error) {
            // 某些情况下，如果标记不存在，performance.measure 会抛出错误
            // 例如，在严格模式下双重渲染，或者组件过早卸载
            console.warn(`[Profiler] Failed to measure ${measureName}:`, error);
        }
    }, [logToConsole]);

    // 1. Render 阶段开始
    // 在组件函数体执行时触发，因此不需要额外的 Hook
    // 每次组件渲染时，这个 Hook 都会重新执行，所以 render:start 会被记录
    recordMark(`${id}:render:start`);

    // 2. Render 阶段结束 & Pre-commit 阶段开始
    // 在函数组件体执行完毕后，但所有 Hooks 之前，可以看作 Render 阶段的逻辑计算完成。
    // 在此 Hook 内部，我们可以在此处记录 render:end
    // 由于 recordMark 会在每次渲染时执行，所以不需要单独的 Hook 来标记 render:end
    // 我们将 render:end 的标记逻辑放在 useLayoutEffect 之前，确保它在 Pre-commit 开始前被记录

    // 3. Pre-commit 阶段结束 & Commit 阶段开始
    // useLayoutEffect 在 DOM 更新前同步执行，是 Pre-commit 阶段结束的理想点
    useLayoutEffect(() => {
        // 标记 Render 阶段结束
        recordMark(`${id}:render:end`);
        recordMeasure(`${id}:RenderDuration`, `${id}:render:start`, `${id}:render:end`);

        // 标记 Pre-commit 阶段结束 (也是 Commit 阶段开始)
        recordMark(`${id}:precommit:end`);
        recordMeasure(`${id}:PrecommitDuration`, `${id}:render:end`, `${id}:precommit:end`);

        return () => {
            // 在组件卸载或下一次 useLayoutEffect 运行前，清除相关标记
            // 注意：这里只清除了 useLayoutEffect 内部创建的 mark，
            // 外部的 mark 清理放在 useEffect 的 return 中
        };
    }, [id, recordMark, recordMeasure]); // 依赖项确保只在 id 变化时重新运行

    // 4. Commit 阶段结束
    // useEffect 在 DOM 更新并浏览器绘制后异步执行，是 Commit 阶段结束的理想点
    useEffect(() => {
        recordMark(`${id}:commit:end`);
        recordMeasure(`${id}:CommitDuration`, `${id}:precommit:end`, `${id}:commit:end`);

        return () => {
            // 清理所有为该组件实例创建的 mark 和 measure
            markNamesRef.current.forEach(mark => performance.clearMarks(mark));
            measureNamesRef.current.forEach(measure => performance.clearMeasures(measure));
            markNamesRef.current = [];
            measureNamesRef.current = [];
        };
    }, [id, recordMark, recordMeasure]);
}

export default useComponentRenderProfiler;

代码解析：

useId(): 为每个组件实例生成一个稳定的、唯一的 ID，例如 MyComponent-R1:0。这对于区分同一个组件在不同位置渲染的多个实例至关重要。
markNamesRef, measureNamesRef: 使用 useRef 存储所有为当前组件实例创建的 mark 和 measure 的名称。这样，在组件卸载时，我们可以在 useEffect 的清理函数中清除这些性能条目，防止浏览器性能缓冲区溢出或混淆。
recordMark, recordMeasure: 封装了 performance.mark 和 performance.measure，同时将名称添加到 ref 中，并可选地打印到控制台。
recordMark(${id}:render:start): 位于函数组件的顶层，每次组件函数执行（即 Render 阶段开始）时都会被调用。
useLayoutEffect:
- 在 DOM 更新前、浏览器绘制前同步执行。
- 在这里标记 render:end，表示组件的纯渲染逻辑计算完毕。
- 标记 precommit:end，表示 Pre-commit 阶段结束，DOM 更新即将开始。
- 测量 RenderDuration 和 PrecommitDuration。
useEffect:
- 在 DOM 更新后、浏览器绘制后异步执行。
- 在这里标记 commit:end，表示 Commit 阶段（包括 DOM 更新和 useLayoutEffect）已完成。
- 测量 CommitDuration。
- 其返回的清理函数会在组件卸载时或下一次 useEffect 运行前执行，用于清除所有相关的 mark 和 measure。

为什么 render:end 放在 useLayoutEffect 内部？
理论上 render:end 应该在组件函数体执行完毕后立即标记。但在函数组件中，函数体执行完毕后，控制权会立即交给 React 内部的协调器。我们无法直接在函数组件的末尾插入一个同步的 performance.mark，因为它可能会被后续的 Hook 状态更新或 React 内部调度打断。
将 render:end 放在 useLayoutEffect 的开始，虽然略微滞后，但仍然能准确地捕获到渲染逻辑完成的时机，因为它是在浏览器绘制前、DOM 更新前同步执行的，紧接着渲染逻辑完成。这是一种实用的妥协，能够保持测量的相对准确性。

5. 集成与使用：在 React 组件中应用

现在我们来看看如何在实际的 React 组件中使用这个 Hook。

5.1 MyComponent.tsx

import React, { useState, useCallback, useMemo } from 'react';
import useComponentRenderProfiler from './useComponentRenderProfiler';

interface MyComponentProps {
    data: number[];
    isHighlighted: boolean;
}

const Item: React.FC<{ value: number }> = React.memo(({ value }) => {
    useComponentRenderProfiler('Item', false); // 子组件也进行性能分析，但不在控制台打印，由全局观察者处理
    return <li>Value: {value}</li>;
});

const MyComponent: React.FC<MyComponentProps> = ({ data, isHighlighted }) => {
    useComponentRenderProfiler('MyComponent'); // 在 MyComponent 上启用性能分析，并打印到控制台

    const [count, setCount] = useState(0);

    const handleClick = useCallback(() => {
        setCount(prev => prev + 1);
    }, []);

    const expensiveCalculation = useMemo(() => {
        console.log('Performing expensive calculation...');
        let sum = 0;
        for (let i = 0; i < 1000000; i++) {
            sum += Math.sqrt(i);
        }
        return sum;
    }, [count]); // 只有当 count 变化时才重新计算

    return (
        <div style={{ padding: '20px', border: `2px solid ${isHighlighted ? 'red' : 'blue'}` }}>
            <h2>My Component ({id})</h2>
            <p>Count: {count}</p>
            <p>Expensive Calculation Result: {expensiveCalculation.toFixed(2)}</p>
            <button onClick={handleClick}>Increment Count</button>
            <ul>
                {data.map((value, index) => (
                    <Item key={index} value={value} />
                ))}
            </ul>
        </div>
    );
};

export default MyComponent;

5.2 App.tsx (主应用文件)

import React, { useState, useEffect } from 'react';
import MyComponent from './MyComponent';
import { setupPerformanceObserver } from './performanceObserverSetup';

// 在应用入口点设置全局 PerformanceObserver
// 确保只设置一次
useEffect(() => {
    setupPerformanceObserver((entry) => {
        // 在这里处理收集到的所有性能数据
        // 可以发送到分析服务，或在 DevTools 中查看
        console.groupCollapsed(`Performance Entry: ${entry.name}`);
        console.log(`  Type: ${entry.entryType}`);
        console.log(`  Duration: ${entry.duration.toFixed(2)}ms`);
        console.log(`  Start Time: ${entry.startTime.toFixed(2)}ms`);
        console.groupEnd();
    });
}, []);

const App: React.FC = () => {
    const [data, setData] = useState([1, 2, 3, 4, 5]);
    const [highlight, setHighlight] = useState(false);

    useEffect(() => {
        const interval = setInterval(() => {
            // 模拟数据更新
            setData(prevData => [...prevData.slice(1), prevData[0] + 5]);
            setHighlight(prev => !prev);
        }, 2000);
        return () => clearInterval(interval);
    }, []);

    return (
        <div>
            <h1>React Performance Profiling Example</h1>
            <MyComponent data={data} isHighlighted={highlight} />
            <MyComponent data={[10, 20]} isHighlighted={!highlight} /> {/* 另一个实例 */}
        </div>
    );
};

export default App;

5.3 performanceObserverSetup.ts (全局 PerformanceObserver 配置)

// performanceObserverSetup.ts
let performanceObserver: PerformanceObserver | null = null;

/**
 * 设置一个全局 PerformanceObserver 来监听性能事件。
 * 这个函数应该只被调用一次。
 * @param onEntryCallback 当有新的性能条目可用时调用的回调函数。
 */
export function setupPerformanceObserver(onEntryCallback: (entry: PerformanceEntry) => void) {
    if (performanceObserver) {
        console.warn('PerformanceObserver has already been set up.');
        return;
    }

    performanceObserver = new PerformanceObserver((list) => {
        list.getEntries().forEach(entry => {
            if (entry.entryType === 'measure') {
                onEntryCallback(entry);
                // 每次处理完后清除 measure，防止缓冲区过大
                performance.clearMeasures(entry.name);
            }
            // 对于 mark，由组件内部的 useEffect cleanup 清理
        });
    });

    // 监听 'mark' 和 'measure' 类型的性能事件
    // buffered: true 意味着观察者创建时会接收到之前记录的所有性能条目
    performanceObserver.observe({ entryTypes: ['mark', 'measure'], buffered: true });

    console.log('PerformanceObserver initialized.');
}

/**
 * 断开 PerformanceObserver。
 */
export function disconnectPerformanceObserver() {
    if (performanceObserver) {
        performanceObserver.disconnect();
        performanceObserver = null;
        console.log('PerformanceObserver disconnected.');
    }
}

通过这种方式，我们可以在浏览器控制台或 DevTools 的 Performance 面板中看到详细的性能数据。特别是通过全局的 PerformanceObserver，我们可以收集到所有组件实例的性能数据，并进行统一的分析。

6. 高级考虑与最佳实践

6.1 React.Profiler vs. Performance API

这是一个常见的疑问。React.Profiler 是 React 提供的另一个性能分析工具，它通过 onRender 回调报告组件树中哪些部分发生了渲染，以及渲染的总耗时。

React.Profiler：
- 优点：高层级视图，易于识别哪些组件渲染了、渲染了多久，以及渲染的原因（actualDuration vs baseDuration）。它提供了组件树级别的洞察。
- 缺点：无法直接测量 React 内部的 Render、Pre-commit、Commit 阶段的精确耗时。它报告的是组件从开始渲染到完成 DOM 更新（或 useLayoutEffect 执行完毕）的 总时间。
Performance API + 自定义 Hook：
- 优点：提供了对 React 内部 Render、Pre-commit、Commit 阶段的精细测量，帮助我们理解在每个阶段具体花费了多少时间。
- 缺点：需要在每个需要测量的组件中手动引入 Hook，并且需要自己解析和聚合数据。

两者是互补的。React.Profiler 可以帮助你找到“哪些组件渲染慢”，而 Performance API 的方法可以帮助你找到“这个慢组件在哪个阶段慢了，以及为什么”。

6.2 生产环境中的应用

条件启用：在生产环境中，应只在需要时（例如通过 URL 参数、特定的用户组或 A/B 测试）才启用性能分析，因为过多的 mark/measure 会带来轻微的性能开销和数据传输成本。
数据采样：不要为每个用户、每次渲染都发送数据。可以对用户进行采样，或对数据进行聚合，例如每隔 N 次渲染发送一次平均值。
数据脱敏：如果性能数据包含敏感信息（例如组件名称可能暴露业务逻辑），需要进行脱敏处理。
后端集成：将收集到的性能数据发送到后端分析服务（如 Prometheus, Grafana, Datadog 或自定义的 APM），进行存储、可视化和告警。

6.3 StrictMode 的影响

在 React.StrictMode 模式下，React 会有意地双重调用某些函数（如函数组件体、useEffect 的清理函数），以帮助开发者发现潜在的副作用问题。这会导致 useComponentRenderProfiler 中的 render:start 和其他标记被记录两次。

解决方案：
- 在开发环境调试时，可以暂时关闭 StrictMode。
- 在处理性能数据时，需要考虑到 StrictMode 的影响，可能会看到重复的测量结果。通常，我们关注的是实际渲染的最后一次有效测量。

6.4 解释测量数据

RenderDuration 过高：通常意味着组件内部进行了复杂的计算、大数据遍历或创建了大量的 React 元素。
- 优化方向：使用 useMemo、useCallback 缓存计算结果和回调函数；使用 React.memo 避免不必要的子组件渲染；数据结构优化。
PrecommitDuration 过高：这个阶段通常非常短。如果它显著地高，可能意味着 getSnapshotBeforeUpdate 中有耗时操作（对于类组件），或者在处理 ref 时有复杂逻辑。
CommitDuration 过高：
- DOM 操作过多：组件渲染导致了大量的 DOM 节点创建、更新或删除。
- useLayoutEffect 耗时：如果 useLayoutEffect 中有复杂的 DOM 测量或修改逻辑，会阻塞浏览器绘制。
- useEffect 耗时：如果 useEffect 中有大量耗时操作（即使是异步的，也可能在首次执行时影响感知性能）。
- 优化方向：虚拟化/窗口化长列表；减少 DOM 节点数量；将 useLayoutEffect 中非关键的逻辑移到 useEffect 中；优化副作用逻辑。

6.5 局限性

测量精度：尽管 Performance API 精度很高，但由于 JavaScript 单线程的特性，以及浏览器内部的调度和优化，测量结果可能会受到其他任务、垃圾回收等因素的轻微影响。
React 内部调度：React 18 引入的并发模式（Concurrent Mode）和 Suspense 允许 React 中断和恢复渲染。这使得精确地定义和测量 Render 阶段变得更加复杂，因为一个 Render 阶段可能被分成多个时间片执行。本文的 Hook 在当前宏任务内的测量是准确的，但如果渲染被多次中断，可能需要更复杂的逻辑来关联这些中断的片段。
浏览器差异：不同浏览器对 Performance API 的实现和行为可能存在细微差异。

7. 结语

通过 Performance API 结合自定义 React Hook，我们能够对组件在 Render、Pre-commit 和 Commit 阶段的耗时进行精细化测量。这种深入的洞察力是识别性能瓶颈、进行有针对性优化的重要基础。理解 React 的渲染机制，并善用浏览器提供的强大工具，是每一位 React 开发者迈向卓越的关键一步。希望今天的讲座能为大家在性能优化之路上提供新的思路和工具。

1. 性能优化为何重要：React 渲染机制概览

2. Performance API 基础：浏览器性能测量利器

3. 精确测量 React 渲染阶段的挑战与策略

4. 实践：构建 useComponentRenderProfiler Hook

5. 集成与使用：在 React 组件中应用

6. 高级考虑与最佳实践

7. 结语

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2. `Performance API` 基础：浏览器性能测量利器

4. 实践：构建 `useComponentRenderProfiler` Hook

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