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探究 Android View 绘制流程,Activity 的 View 如何展示到屏幕

基于 Android API 26 Platform 源码

写作背景

在上一篇探究Android View 绘制流程,Xml 文件到 View 对象的转换过程我们了解了setContentView(resId) 如何把 xml 文件转换成 Java 中的 View 对象。本篇文章再次基础上继续探究,View 是如何展示到 Activity 上的。

很多 Android 开发者都知道一个事情

当 Activity 执行 onResume() 方法后,代表 Activity 显示到前台
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这句话很短,但是背后隐藏了多少方法的调用呢?下面我们将一层一层的剥开源码寻找真相。

onion.jpg

先从 setContentView(resId) 入手

先说明一下,从 Android 的 Launcher 上点击应用的 Icon 的启动过程比较复杂,本人仍在学习。如果想了解如何启动一个 Activity 的过程可以参考Android Launcher 启动 Activity 的工作过程,这里我们只从关注 Activity 中的 View 显示出来。所以直接从 Activity 的一些方法入手。

在 Activity 的 onCreate(savedInstanceState) 中调用 setContentView(resId),而setContentView(resId)则会调用 PhoneWindow.setContentView(layoutResID)

源码并不是太长

@Override
public void setContentView(int layoutResID) {
    // Note: FEATURE_CONTENT_TRANSITIONS may be set in the process of installing the window
    // decor, when theme attributes and the like are crystalized. Do not check the feature
    // before this happens.
    if (mContentParent == null) {
        installDecor();
    } else if (!hasFeature(FEATURE_CONTENT_TRANSITIONS)) {
        mContentParent.removeAllViews();
    }

    if (hasFeature(FEATURE_CONTENT_TRANSITIONS)) {
        final Scene newScene = Scene.getSceneForLayout(mContentParent, layoutResID,
                getContext());
        transitionTo(newScene);
    } else {
        mLayoutInflater.inflate(layoutResID, mContentParent);
    }
    mContentParent.requestApplyInsets();
    final Callback cb = getCallback();
    if (cb != null && !isDestroyed()) {
        cb.onContentChanged();
    }
}
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这里忽略转场动画和一些回调相关的逻辑代码后如下

 if (mContentParent == null) {
     installDecor();
 } else if (!hasFeature(FEATURE_CONTENT_TRANSITIONS)) {
     mContentParent.removeAllViews();
 }
 mLayoutInflater.inflate(layoutResID, mContentParent);
 mContentParent.requestApplyInsets();
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其中 mContentParent 是一个 ViewGroup 引用

private ViewGroup mContentParent;
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这样开代码比较简单明了

1. 判断 mContentParent 是否为空,如果为空执行 installDecor()
2. 如果 mContentParent 不为空,清除 mContentParent 的所有子 View
3. 把传入的布局文件转换为 View 对象添加到 mContentParent
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分析 installDecor()

然后我们再看下 installDecor() ,因为源码比较长,我们分成几个部分解读

第一部分
  if (mDecor == null) {
        mDecor = generateDecor();
        mDecor.setDescendantFocusability(ViewGroup.FOCUS_AFTER_DESCENDANTS);
        mDecor.setIsRootNamespace(true);
        if (!mInvalidatePanelMenuPosted && mInvalidatePanelMenuFeatures != 0) {
            mDecor.postOnAnimation(mInvalidatePanelMenuRunnable);
        }
    }
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这几行代码最重要的是调用了方法 generateDecor() 其实就是创建一个 DecorView。这里是不是能想到探究Android View 绘制流程,Canvas 的由来中最后的那张图,我们做个类似的截图截个图

public class MainActivity extends Activity {

    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(new TextView(getApplicationContext()));
    }

    @Override
    protected void onResume() {
        super.onResume();
    }
}
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activity_view_01.png

我们看到一个 Activity 页面最底层的 View 就是我们刚看到的 DecorView

第二部分
if (mContentParent == null) {
    mContentParent = generateLayout(mDecor);
    ……
}
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这里看到了对 mContentParent 的赋值操作,调用了 generateLayout(mDecor)

protected ViewGroup generateLayout(DecorView decor) {
    // Apply data from current theme.

    TypedArray a = getWindowStyle();
    //设置 Windows Style ,title 、action_bar 、设置键盘弹出方式之类的属性
    //……
    //……
    int layoutResource;
    int features = getLocalFeatures();
    // System.out.println("Features: 0x" + Integer.toHexString(features));
    if ((features & (1 << FEATURE_SWIPE_TO_DISMISS)) != 0) {
        layoutResource = R.layout.screen_swipe_dismiss;
    } else if ((features & ((1 << FEATURE_LEFT_ICON) | (1 << FEATURE_RIGHT_ICON))) != 0) {
        ……
    } else if ((features & ((1 << FEATURE_PROGRESS) | (1 << FEATURE_INDETERMINATE_PROGRESS))) != 0
            && (features & (1 << FEATURE_ACTION_BAR)) == 0) {
        ……
    } else if ((features & (1 << FEATURE_CUSTOM_TITLE)) != 0) {
        ……
    } else if ((features & (1 << FEATURE_NO_TITLE)) == 0) {
        ……
    } else if ((features & (1 << FEATURE_ACTION_MODE_OVERLAY)) != 0) {
        ……
    } else {
        // Embedded, so no decoration is needed.
        layoutResource = R.layout.screen_simple;
        // System.out.println("Simple!");
    }

    mDecor.startChanging();

    View in = mLayoutInflater.inflate(layoutResource, null);
    decor.addView(in, new ViewGroup.LayoutParams(MATCH_PARENT, MATCH_PARENT));
    mContentRoot = (ViewGroup) in;
    //……
    //……
    mDecor.finishChanging();

    return contentParent;
}
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这里把 generateLayout(mDecor) 做了很大的简化,大部分都是设置一些窗体属性,软键盘弹出方式之类的东西。我们关心的 View 相关的就以下几行

    View in = mLayoutInflater.inflate(layoutResource, null);
    decor.addView(in, new ViewGroup.LayoutParams(MATCH_PARENT, MATCH_PARENT));
    mContentRoot = (ViewGroup) in;
    mDecor.finishChanging();
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layoutResource 是什么呢?我们随便选择一个 R.layout.screen_simple 在 AndroidSdk 中搜到这个文件,内容如下

<LinearLayout xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
    android:layout_width="match_parent"
    android:layout_height="match_parent"
    android:fitsSystemWindows="true"
    android:orientation="vertical">
    <ViewStub android:id="@+id/action_mode_bar_stub"
              android:inflatedId="@+id/action_mode_bar"
              android:layout="@layout/action_mode_bar"
              android:layout_width="match_parent"
              android:layout_height="wrap_content"
              android:theme="?attr/actionBarTheme" />
    <FrameLayout
         android:id="@android:id/content"
         android:layout_width="match_parent"
         android:layout_height="match_parent"
         android:foregroundInsidePadding="false"
         android:foregroundGravity="fill_horizontal|top"
         android:foreground="?android:attr/windowContentOverlay" />
</LinearLayout>
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这个时候再回到我们刚的那个截图,我们找到了第二层内容 LinearLayout 的来源,这一层LinearLayout包含两个部分

1. id 为 action_mode_bar_stub 的 ViewStub ,用来设置 actionBar 之类的
2. id 为 android.R.id.content 的 FrameLayout。里面会存放我们在 Activity.setContentView(resId) 传入的文件布局
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然后再看下最后 mDecor.finishChanging()

public void finishChanging() {
        mChanging = false;
        drawableChanged();
    }
    
private void drawableChanged() {
        if (mChanging) {
            return;
        }

        //……
        //……
        requestLayout();
        invalidate();

        //……
        //……
       
    }
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nani.jpg

根据我们对 View 的了解,requestLayout()invalidate() 会引发 View 的重新布局和重新绘制,难道这个时候就绘制 View 了。 这不科学

而事实上,这个真的不科学。此时并不会执行绘制和计算。 原因是此时的 View 还没有和 ViewRootImpl 关联上 。留个悬念,这个我们在后面的章节会讲解。

第三部分

第三部分就是第二部分省略的代码,代码特别长,这里也缩减一下。

 final DecorContentParent decorContentParent = (DecorContentParent) mDecor.findViewById(
         R.id.decor_content_parent);
 if (decorContentParent != null) {
     //……
 } else {
     mTitleView = (TextView)findViewById(R.id.title);
     //……
 }
 if (mDecor.getBackground() == null && mBackgroundFallbackResource != 0) {
     mDecor.setBackgroundFallback(mBackgroundFallbackResource);
 }
 // Only inflate or create a new TransitionManager if the caller hasn't
 // already set a custom one.
 if (hasFeature(FEATURE_ACTIVITY_TRANSITIONS)) {
    //……
 }
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这里简单的归纳一下代码做的事情

1. 设置 title
2. 设置背景色
3. 处理 FEATURE_ACTIVITY_TRANSITIONS 属性
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requestLayout()invalidate() 源码追踪

requestLayout()invalidate() 的源码都在 View 类里面

先看 requestLayout()

public void requestLayout() {
    if (mMeasureCache != null) mMeasureCache.clear();

    if (mAttachInfo != null && mAttachInfo.mViewRequestingLayout == null) {
        // Only trigger request-during-layout logic if this is the view requesting it,
        // not the views in its parent hierarchy
        ViewRootImpl viewRoot = getViewRootImpl();
        if (viewRoot != null && viewRoot.isInLayout()) {
            if (!viewRoot.requestLayoutDuringLayout(this)) {
                return;
            }
        }
        mAttachInfo.mViewRequestingLayout = this;
    }

    mPrivateFlags |= PFLAG_FORCE_LAYOUT;
    mPrivateFlags |= PFLAG_INVALIDATED;

    if (mParent != null && !mParent.isLayoutRequested()) {
        mParent.requestLayout();
    }
    if (mAttachInfo != null && mAttachInfo.mViewRequestingLayout == this) {
        mAttachInfo.mViewRequestingLayout = null;
    }
}
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我们看到此时的 View 会调用 mParent.requestLayout()mParent 会是 ViewGroup 吗?我们看下声明变量的地方

protected ViewParent mParent;
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然后再搜下mParent赋值的地方,发现只有一处

void assignParent(ViewParent parent) {
    if (mParent == null) {
        mParent = parent;
    } else if (parent == null) {
        mParent = null;
    } else {
        throw new RuntimeException("view " + this + " being added, but"
                + " it already has a parent");
    }
}
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那接下来就看 assignParent(parent) 被谁调用了,发现 View 中只有声明,没有调用。所以我们就去 ViewGroup 看看。发现也只有一处调用

private void addViewInner(View child, int index, LayoutParams params,
        boolean preventRequestLayout) {

    ……
    // tell our children
    if (preventRequestLayout) {
        child.assignParent(this);
    } else {
        child.mParent = this;
    }

    ……
}
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顺着这个方法追溯一下,如下图

activity_view_02.png

这时候我们又疑问了:

DecorView 的 mParent 是谁呢???

question.png

答案只有一个,是 NULL

我们刚说了 mDecor.finishChanging()不会执行绘制和计算相。 原因是此时的 View 还没有和 ViewRootImpl 关联上

先看 invalidate()

public void invalidate() {
    invalidate(true);
}

public void invalidate(boolean invalidateCache) {
    invalidateInternal(0, 0, mRight - mLeft, mBottom - mTop, invalidateCache, true);
}



void invalidateInternal(int l, int t, int r, int b, boolean invalidateCache,
        boolean fullInvalidate) {
    ……
        if (p != null && ai != null && l < r && t < b) {
            final Rect damage = ai.mTmpInvalRect;
            damage.set(l, t, r, b);
            p.invalidateChild(this, damage);
        }

        ……
    }
}
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我们又在跟踪 invalidate() 方法时发现了 p.invalidateChild(this, damage) 这里似乎又是一层一层的向上迭代。为了确保,我们去看下 ViewGroup 的 invalidateChild()

public final void invalidateChild(View child, final Rect dirty) {
    ……

    ViewParent parent = this;
    if (attachInfo != null) {
        ……

        do {
            ……
            parent = parent.invalidateChildInParent(location, dirty);
            ……
            }
        } while (parent != null);
    }
}

public ViewParent invalidateChildInParent(final int[] location, final Rect dirty) {
    if ((mPrivateFlags & (PFLAG_DRAWN | PFLAG_DRAWING_CACHE_VALID)) != 0) {
         ……
         
        return mParent;
    }

    return null;
}
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所以和 requestLayout() 一样层层追溯,又到了 DecorView 中。我们可以准确的说 DecorViewmParent 其实是 ViewRootImpl。但是怎么证明呢???

DecorViewViewRootImpl 的关系

本文开盘就已经说了 当 Activity 执行 onResume() 方法后,代表 Activity 显示到前台,这是为什么呢?

我们都是 Activity 的由 ActivityManager 管理,Activity 页面的操作必须在主线程中,而主线程就是 ActivityThread 。在 ActivityThread 的源码中,找到了一个 H 类,该类继承 Handler 。在 HhandleMessage(Message msg) 发现以下代码

   public void handleMessage(Message msg) {
        if (DEBUG_MESSAGES) Slog.v(TAG, ">>> handling: " + codeToString(msg.what));
        switch (msg.what) {
            ……
            case RESUME_ACTIVITY:
                Trace.traceBegin(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER, "activityResume");
                handleResumeActivity((IBinder) msg.obj, true, msg.arg1 != 0, true);
                Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER);
                break;
            ……
    }
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然后看下 handleResumeActivity

 final void handleResumeActivity(IBinder token,
           ……
           if (r.window == null && !a.mFinished && willBeVisible) {
               r.window = r.activity.getWindow();
               View decor = r.window.getDecorView();
               decor.setVisibility(View.INVISIBLE);
               ViewManager wm = a.getWindowManager();
               WindowManager.LayoutParams l = r.window.getAttributes();
               a.mDecor = decor;
               l.type = WindowManager.LayoutParams.TYPE_BASE_APPLICATION;
               l.softInputMode |= forwardBit;
               if (a.mVisibleFromClient) {
                   a.mWindowAdded = true;
                   wm.addView(decor, l);
               }
           ……
   }
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这里我们看到了 DecorView 被添加到了 ViewManager 之中。

ViewManager 只是一个接口,它的实现类为 WindowManagerImpl。在 WindowManagerImpl 我查找 addView() 方法

  public void addView(@NonNull View view, @NonNull ViewGroup.LayoutParams params) {
      applyDefaultToken(params);
      mGlobal.addView(view, params, mDisplay, mParentWindow);
  }
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这里的 mGlobal 又是 WindowManagerGlobal 的实例。所有我们又要跳转到 WindowManagerGlobal.addView()

keep.jpg

O__O "… 这时千万别放弃,胜利就在眼前,同志们要坚持往下看啊。

public void addView(View view, ViewGroup.LayoutParams params,
        Display display, Window parentWindow) {
    ……

    ViewRootImpl root;
    View panelParentView = null;

    synchronized (mLock) {
        ……
        root = new ViewRootImpl(view.getContext(), display);

        view.setLayoutParams(wparams);

        mViews.add(view);
        mRoots.add(root);
        mParams.add(wparams);
    }

    // do this last because it fires off messages to start doing things
    try {
        root.setView(view, wparams, panelParentView);
    } ……
}
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然后再看下 ViewRootImpl.setView()

 public void setView(View view, WindowManager.LayoutParams attrs, View panelParentView) {
     synchronized (this) {
         if (mView == null) {
             mView = view;
             ……
             view.assignParent(this);
         }
     }
 }
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亲人啊!终于看到 ***root.setView(view, wparams, panelParentView)***,我们上面一直说的 View 和 ViewRootImpl 的关系终于在这关联上了。为了更清晰一点我们画一个时序图

activity_view_03.png

ViewRootImpl 绘制 View

现在进入了本文的压轴部分,View 绘制的核心源码。

通过以上的讲解,我们也知道要去找 ViewRootImplrequestLayout()invalidateChildInParent() 方法

ViewRootImpl.requestLayout()
public void requestLayout() {
    if (!mHandlingLayoutInLayoutRequest) {
        checkThread();
        mLayoutRequested = true;
        scheduleTraversals();
    }
}
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scheduleTraversals() 又是什么鬼

 void scheduleTraversals() {
     if (!mTraversalScheduled) {
         mTraversalScheduled = true;
         mTraversalBarrier = mHandler.getLooper().getQueue().postSyncBarrier();
         mChoreographer.postCallback(
                 Choreographer.CALLBACK_TRAVERSAL, mTraversalRunnable, null);
         if (!mUnbufferedInputDispatch) {
             scheduleConsumeBatchedInput();
         }
         notifyRendererOfFramePending();
         pokeDrawLockIfNeeded();
     }
 }
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这里我们看到了一个任务 mTraversalRunnable

final TraversalRunnable mTraversalRunnable = new TraversalRunnable();
复制代码

mTraversalRunnable 是一个 Runnable 的子类

final class TraversalRunnable implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        doTraversal();
    }
}
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这个时候我们又要去看下 doTraversal() 的源码。

void doTraversal() {
    if (mTraversalScheduled) {
        mTraversalScheduled = false;
        mHandler.getLooper().getQueue().removeSyncBarrier(mTraversalBarrier);

        if (mProfile) {
            Debug.startMethodTracing("ViewAncestor");
        }

        performTraversals();

        if (mProfile) {
            Debug.stopMethodTracing();
            mProfile = false;
        }
    }
}
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最后我们找到了 performTraversals() 方法, ***注意 performTraversals() 里面有重大内容***该方法很长(真的是特别长),我们这里看一下简化后的

 private void performTraversals() {
            ……
            if (!mStopped || mReportNextDraw) {
               ……
                    performMeasure(childWidthMeasureSpec, childHeightMeasureSpec);
               ……
            }
        ……
        if (didLayout) {
            performLayout(lp, desiredWindowWidth, desiredWindowHeight);
        ……
        }
        ……

                performDraw();
        ……
 }
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success.jpg

看到了 performMeasureperformLayoutperformDraw 这里就不用多说了吧。也就解释了为啥 View 的绘制顺序是 measure -> layout -> draw 了吧

ViewRootImpl.invalidateChildInParent()()

这里我们不啰嗦太多,直接上源码

 public ViewParent invalidateChildInParent(int[] location, Rect dirty) {
     checkThread();
     ……

     invalidateRectOnScreen(dirty);

     return null;
 }
 
private void invalidateRectOnScreen(Rect dirty) {
    ……
    if (!mWillDrawSoon && (intersected || mIsAnimating)) {
        scheduleTraversals();
    }
}
复制代码

看到这里就不用多说了,下面的执行顺序 ViewRootImpl.requestLayout() 已经分析过了。

这个时候大家再看下网上很多分析 requestLayout() 和 invalidate() 方法区别的,大家可以去先去查一下,等后面有时间我也会写一篇分析这两个方法区别的文章。

View 到底什么时候绘制到屏幕上?

通过以上分析我们知道

  1. setContentView() 只是把 View 添加到 DecorView 上
  2. onResume() 中 ViewRootImpl 和 DecorView 做了关联
  3. requestLayout() 和 invalidate() 会触发 ViewRootImpl 绘制 View
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但是!setContentView() 中调用了 requestLayout() 和 invalidate() 不会触发绘制,我们上面只讲了 onResume() 中 ViewRootImpl 和 DecorView 做了关联 。到底什么时候又调用了 requestLayout() 或者 invalidate() ???

往上翻我们发现在 ViewRootImpl.setView() 中有一个 requestLayout

 public void setView(View view, WindowManager.LayoutParams attrs, View panelParentView) {
        synchronized (this) {
                ……
                requestLayout();
                 ……
                view.assignParent(this);
                ……
            }
        }
    }
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但是!居然在 view.assignParent(this) 这尼玛逗我吧!

nani.jpg

我们在回头看下 requestLayout()

 void scheduleTraversals() {
     if (!mTraversalScheduled) {
         mTraversalScheduled = true;
         mTraversalBarrier = mHandler.getLooper().getQueue().postSyncBarrier();
         mChoreographer.postCallback(
                 Choreographer.CALLBACK_TRAVERSAL, mTraversalRunnable, null);
         if (!mUnbufferedInputDispatch) {
             scheduleConsumeBatchedInput();
         }
         notifyRendererOfFramePending();
         pokeDrawLockIfNeeded();
     }
 }
复制代码

这里重点看一下这句

mTraversalBarrier = mHandler.getLooper().getQueue().postSyncBarrier();
复制代码

了解 Android Handler Looper 都知道 postSyncBarrier 是创建一个障碍,阻止后面的 Message 对象被执行。那这里也就解决了我刚刚的疑问, 虽然request()在 view.assignParent(this) 之前被调用,但是会被阻塞。 doTraversal() 执行的时候 DecorView 和 ViewRootImpl 已经关联了

这里留个坑

我没有找到 ViewRootImpl 怎么执行到 removeSyncBarrier(mTraversalBarrier) 的代码。

总结

对以上内容做个总结

1. View 在 Activity 的 onCreate() 方法中通过 setContentView() 方法添加到 Activity 的 DecorView 上
2. 此时 ViewRootImpl 和 DecorView 没有关联上,不会绘制 View
3. 在 Activity 的 onResume() 方法执行后,DecorView 会被添加带 ViewRootImpl 中。然后执行 requestlayout()
复制代码

参考资料

Android Launcher 启动 Activity 的工作过程

Activity到底是什么时候显示到屏幕上的呢?

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