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数据表和数据模型

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最后更新时间: 2024-06-27 10:54:20
本文档主要从逻辑层面,描述 Doris 的表和数据模型,以帮助用户更好地应对不同的业务场景。

数据表

在 Doris 中,数据以表(Table)的形式进行逻辑上的描述。表是具有相同模式的同质数据的集合。 一张表包括行(Row)和列(Column)。Row 即用户的一行数据。Column 用于描述一行数据中不同的字段,可以根据实际情况采用不同的数据类型(如整形、字符串、布尔型等)。
从 OLAP 场景看,Column 可以分为两大类:Key 和 Value。Key 表示维度列,value 表示指标列。

数据模型

Doris 的数据模型主要分为3类:Aggregate、Unique 和 Duplicate。

Aggregate 模型

我们以实际的例子来说明什么是聚合模型,以及如何正确的使用聚合模型。

示例1:导入数据聚合

假设业务有如下数据表模式:
ColumnName
Type
AggregationType
Comment
user_id
LARGEINT
-
用户 ID
date
DATE
-
数据导入日期
city
VARCHAR(20)
-
用户所在城市
age
SMALLINT
-
用户年龄
sex
TINYINT
-
用户性别
last_visit_date
DATETIME
REPLACE
用户最后一次访问时间
cost
BIGINT
SUM
用户总消费
max_dwell_time
INT
MAX
用户最大停留时间
min_dwell_time
INT
MIN
用户最小停留时间
如果转换成建表语句则如下(省略建表语句中的 Partition 和 Distribution 信息):
CREATE TABLE IF NOT EXISTS example_db.expamle_tbl
(
`user_id` LARGEINT NOT NULL COMMENT "用户id",
`date` DATE NOT NULL COMMENT "数据导入日期时间",
`city` VARCHAR(20) COMMENT "用户所在城市",
`age` SMALLINT COMMENT "用户年龄",
`sex` TINYINT COMMENT "用户性别",
`last_visit_date` DATETIME REPLACE DEFAULT "1970-01-01 00:00:00" COMMENT "用户最后一次访问时间",
`cost` BIGINT SUM DEFAULT "0" COMMENT "用户总消费",
`max_dwell_time` INT MAX DEFAULT "0" COMMENT "用户最大停留时间",
`min_dwell_time` INT MIN DEFAULT "99999" COMMENT "用户最小停留时间"
)
AGGREGATE KEY(`user_id`, `date`, `city`, `age`, `sex`)
DISTRIBUTED BY HASH(`user_id`) BUCKETS 1
PROPERTIES (
"replication_allocation" = "tag.location.default: 1"
);
可以看到,这是一个典型的用户信息和访问行为的事实表。 在一般星型模型中,用户信息和访问行为一般分别存放在维度表和事实表中。这里我们为了更加方便的解释 Doris 的数据模型,将两部分信息统一存放在一张表中。 表中的列按照是否设置了 AggregationType,分为 Key (维度列) 和 Value(指标列)。没有设置 AggregationType 的,如 user_iddateage 、sex 称为 Key,而设置了 AggregationType 的称为 Value。 当我们导入数据时,对于 Key 列相同的行会聚合成一行,而 Value 列会按照设置的 AggregationType 进行聚合。 AggregationType 目前有以下四种聚合方式:
1. SUM:求和,多行的 Value 进行累加。
2. REPLACE:替代,下一批数据中的 Value 会替换之前导入过的行中的 Value。
3. MAX:保留最大值。
4. MIN:保留最小值。
假设我们有以下导入数据(原始数据):
user_id
date
city
age
sex
last_visit_date
cost
max_dwell_time
min_dwell_time
10000
2017-10-01
北京
20
0
2017-10-01 06:00:00
20
10
10
10000
2017-10-01
北京
20
0
2017-10-01 07:00:00
15
2
2
10001
2017-10-01
北京
30
1
2017-10-01 17:05:45
2
22
22
10002
2017-10-02
上海
20
1
2017-10-02 12:59:12
200
5
5
10003
2017-10-02
广州
32
0
2017-10-02 11:20:00
30
11
11
10004
2017-10-01
深圳
35
0
2017-10-01 10:00:15
100
3
3
10004
2017-10-03
深圳
35
0
2017-10-03 10:20:22
11
6
6
我们假设这是一张记录用户访问某商品页面行为的表。我们以第一行数据为例,解释如下:
数据
说明
10000
用户 ID,每个用户唯一识别 ID
2017-10-01
数据入库时间,精确到日期
北京
用户所在城市
20
用户年龄
0
性别男(1 代表女性)
2017-10-01 06:00:00
用户本次访问该页面的时间,精确到秒
20
用户本次访问产生的消费
10
用户本次访问,驻留该页面的时间
10
用户本次访问,驻留该页面的时间(冗余)
那么当这批数据正确导入到 Doris 中后,Doris 中最终存储如下:
user_id
date
city
age
sex
last_visit_date
cost
max_dwell_time
min_dwell_time
10000
2017-10-01
北京
20
0
2017-10-01 07:00:00
35
10
2
10001
2017-10-01
北京
30
1
2017-10-01 17:05:45
2
22
22
10002
2017-10-02
上海
20
1
2017-10-02 12:59:12
200
5
5
10003
2017-10-02
广州
32
0
2017-10-02 11:20:00
30
11
11
10004
2017-10-01
深圳
35
0
2017-10-01 10:00:15
100
3
3
10004
2017-10-03
深圳
35
0
2017-10-03 10:20:22
11
6
6
可以看到,用户 10000 只剩下了一行聚合后的数据。而其余用户的数据和原始数据保持一致。这里先解释下用户 10000 聚合后的数据: 前5列没有变化,从第6列 last_visit_date 开始:
2017-10-01 07:00:00:因为 last_visit_date 列的聚合方式为 REPLACE,所以 2017-10-01 07:00:00 替换了 2017-10-01 06:00:00 保存了下来。
说明
在同一个导入批次中的数据,对于 REPLACE 这种聚合方式,替换顺序不做保证。如在这个例子中,最终保存下来的,也有可能是 2017-10-01 06:00:00。而对于不同导入批次中的数据,可以保证,后一批次的数据会替换前一批次。
35:因为 cost 列的聚合类型为 SUM,所以由 20 + 15 累加获得 35。
10:因为 max_dwell_time 列的聚合类型为 MAX,所以 10 和 2 取最大值,获得 10。
2:因为 min_dwell_time 列的聚合类型为 MIN,所以 10 和 2 取最小值,获得 2。
经过聚合,Doris 中最终只会存储聚合后的数据。换句话说,即明细数据会丢失,用户不能够再查询到聚合前的明细数据了。

示例2:保留明细数据

接示例1,我们将表结构修改如下:
ColumnName
Type
AggregationType
Comment
user_id
LARGEINT
-
用户 ID
date
DATE
-
数据导入日期
timestamp
DATETIME
-
数据导入时间,精确到秒
city
VARCHAR(20)
-
用户所在城市
age
SMALLINT
-
用户年龄
sex
TINYINT
-
用户性别
last_visit_date
DATETIME
REPLACE
用户最后一次访问时间
cost
BIGINT
SUM
用户总消费
max_dwell_time
INT
MAX
用户最大停留时间
min_dwell_time
INT
MIN
用户最小停留时间
即增加了一列 timestamp,记录精确到秒的数据导入时间。 同时,将AGGREGATE KEY设置为AGGREGATE KEY(user_id, date, timestamp, city, age, sex)
导入数据如下:
user_id
date
timestamp
city
age
sex
last_visit_date
cost
max_dwell_time
min_dwell_time
10000
2017-10-01
2017-10-01 08:00:05
北京
20
0
2017-10-01 06:00:00
20
10
10
10000
2017-10-01
2017-10-01 09:00:05
北京
20
0
2017-10-01 07:00:00
15
2
2
10001
2017-10-01
2017-10-01 18:12:10
北京
30
1
2017-10-01 17:05:45
2
22
22
10002
2017-10-02
2017-10-02 13:10:00
上海
20
1
2017-10-02 12:59:12
200
5
5
10003
2017-10-02
2017-10-02 13:15:00
广州
32
0
2017-10-02 11:20:00
30
11
11
10004
2017-10-01
2017-10-01 12:12:48
深圳
35
0
2017-10-01 10:00:15
100
3
3
10004
2017-10-03
2017-10-03 12:38:20
深圳
35
0
2017-10-03 10:20:22
11
6
6
那么当这批数据正确导入到 Doris 中后,Doris 中最终存储如下:
user_id
date
timestamp
city
age
sex
last_visit_date
cost
max_dwell_time
min_dwell_time
10000
2017-10-01
2017-10-01 08:00:05
北京
20
0
2017-10-01 06:00:00
20
10
10
10000
2017-10-01
2017-10-01 09:00:05
北京
20
0
2017-10-01 07:00:00
15
2
2
10001
2017-10-01
2017-10-01 18:12:10
北京
30
1
2017-10-01 17:05:45
2
22
22
10002
2017-10-02
2017-10-02 13:10:00
上海
20
1
2017-10-02 12:59:12
200
5
5
10003
2017-10-02
2017-10-02 13:15:00
广州
32
0
2017-10-02 11:20:00
30
11
11
10004
2017-10-01
2017-10-01 12:12:48
深圳
35
0
2017-10-01 10:00:15
100
3
3
10004
2017-10-03
2017-10-03 12:38:20
深圳
35
0
2017-10-03 10:20:22
11
6
6
我们可以看到,存储的数据,和导入数据完全一样,没有发生任何聚合。这是因为,这批数据中,因为加入了 timestamp 列,所有行的 Key 都不完全相同。也就是说,只要保证导入的数据中,每一行的 Key 都不完全相同,那么即使在聚合模型下,Doris 也可以保存完整的明细数据。

示例3:导入数据与已有数据聚合

接示例1。假设现在表中已有数据如下:
user_id
date
city
age
sex
last_visit_date
cost
max_dwell_time
min_dwell_time
10000
2017-10-01
北京
20
0
2017-10-01 07:00:00
35
10
2
10001
2017-10-01
北京
30
1
2017-10-01 17:05:45
2
22
22
10002
2017-10-02
上海
20
1
2017-10-02 12:59:12
200
5
5
10003
2017-10-02
广州
32
0
2017-10-02 11:20:00
30
11
11
10004
2017-10-01
深圳
35
0
2017-10-01 10:00:15
100
3
3
10004
2017-10-03
深圳
35
0
2017-10-03 10:20:22
11
6
6
我们再导入一批新的数据:
user_id
date
city
age
sex
last_visit_date
cost
max_dwell_time
min_dwell_time
10004
2017-10-03
深圳
35
0
2017-10-03 11:22:00
44
19
19
10005
2017-10-03
长沙
29
1
2017-10-03 18:11:02
3
1
1
那么当这批数据正确导入到 Doris 中后,Doris 中最终存储如下:
user_id
date
city
age
sex
last_visit_date
cost
max_dwell_time
min_dwell_time
10000
2017-10-01
北京
20
0
2017-10-01 07:00:00
35
10
2
10001
2017-10-01
北京
30
1
2017-10-01 17:05:45
2
22
22
10002
2017-10-02
上海
20
1
2017-10-02 12:59:12
200
5
5
10003
2017-10-02
广州
32
0
2017-10-02 11:20:00
30
11
11
10004
2017-10-01
深圳
35
0
2017-10-01 10:00:15
100
3
3
10004
2017-10-03
深圳
35
0
2017-10-03 11:22:00
55
19
6
10005
2017-10-03
长沙
29
1
2017-10-03 18:11:02
3
1
1
可以看到,用户 10004 的已有数据和新导入的数据发生了聚合。同时新增了10005用户的数据。
数据的聚合,在 Doris 中有如下三个阶段发生:
1. 每一批次数据导入的 ETL 阶段。该阶段会在每一批次导入的数据内部进行聚合。
2. 底层 BE 进行数据 Compaction 的阶段。该阶段,BE 会对已导入的不同批次的数据进行进一步的聚合。
3. 数据查询阶段。在数据查询时,对于查询涉及到的数据,会进行对应的聚合。
数据在不同时间,可能聚合的程度不一致。例如一批数据刚导入时,可能还未与之前已存在的数据进行聚合。但是对于用户而言,用户只能查询到聚合后的数据。即不同的聚合程度对于用户查询而言是透明的。用户需始终认为数据以最终的完成的聚合程度存在,而不应假设某些聚合还未发生

Unique 模型

在某些多维分析场景下,用户更关注的是如何保证 Key 的唯一性,即如何获得 Primary Key 唯一性约束。因此,我们引入了 Unique 的数据模型。该模型本质上是聚合模型的一个特例,也是一种简化的表结构表示方式。举例说明:
ColumnName
Type
IsKey
Comment
user_id
BIGINT
Yes
用户 ID
username
VARCHAR(50)
Yes
用户昵称
city
VARCHAR(20)
No
用户所在城市
age
SMALLINT
No
用户年龄
sex
TINYINT
No
用户性别
phone
LARGEINT
No
用户电话
address
VARCHAR(500)
No
用户住址
register_time
DATETIME
No
用户注册时间
这是一个典型的用户基础信息表。这类数据没有聚合需求,只需保证主键唯一性。(这里的主键为 user_id + username)。那么我们的建表语句如下:
CREATE TABLE IF NOT EXISTS example_db.expamle_tbl
(
`user_id` LARGEINT NOT NULL COMMENT "用户id",
`username` VARCHAR(50) NOT NULL COMMENT "用户昵称",
`city` VARCHAR(20) COMMENT "用户所在城市",
`age` SMALLINT COMMENT "用户年龄",
`sex` TINYINT COMMENT "用户性别",
`phone` LARGEINT COMMENT "用户电话",
`address` VARCHAR(500) COMMENT "用户地址",
`register_time` DATETIME COMMENT "用户注册时间"
)
UNIQUE KEY(`user_id`, `username`)
DISTRIBUTED BY HASH(`user_id`) BUCKETS 1
PROPERTIES (
"replication_allocation" = "tag.location.default: 1"
);
而这个表结构,完全同等于以下使用聚合模型描述的表结构:
ColumnName
Type
AggregationType
Comment
user_id
BIGINT
-
用户 ID
username
VARCHAR(50)
-
用户昵称
city
VARCHAR(20)
REPLACE
用户所在城市
age
SMALLINT
REPLACE
用户年龄
sex
TINYINT
REPLACE
用户性别
phone
LARGEINT
REPLACE
用户电话
address
VARCHAR(500)
REPLACE
用户住址
register_time
DATETIME
REPLACE
用户注册时间
及建表语句:
CREATE TABLE IF NOT EXISTS example_db.expamle_tbl
(
`user_id` LARGEINT NOT NULL COMMENT "用户id",
`username` VARCHAR(50) NOT NULL COMMENT "用户昵称",
`city` VARCHAR(20) REPLACE COMMENT "用户所在城市",
`age` SMALLINT REPLACE COMMENT "用户年龄",
`sex` TINYINT REPLACE COMMENT "用户性别",
`phone` LARGEINT REPLACE COMMENT "用户电话",
`address` VARCHAR(500) REPLACE COMMENT "用户地址",
`register_time` DATETIME REPLACE COMMENT "用户注册时间"
)
AGGREGATE KEY(`user_id`, `username`)
DISTRIBUTED BY HASH(`user_id`) BUCKETS 1
PROPERTIES (
"replication_allocation" = "tag.location.default: 1"
);
即 Unique 模型完全可以用聚合模型中的 REPLACE 方式替代。其内部的实现方式和数据存储方式也完全一样。这里不再继续举例说明。

Duplicate 模型

在某些多维分析场景下,数据既没有主键,也没有聚合需求。因此,我们引入 Duplicate 数据模型来满足这类需求。举例说明。
ColumnName
Type
SortKey
Comment
timestamp
DATETIME
Yes
日志时间
type
INT
Yes
日志类型
error_code
INT
Yes
错误码
error_msg
VARCHAR(1024)
No
错误详细信息
op_id
BIGINT
No
负责人 ID
op_time
DATETIME
No
处理时间
建表语句如下:
CREATE TABLE IF NOT EXISTS example_db.expamle_tbl
(
`timestamp` DATETIME NOT NULL COMMENT "日志时间",
`type` INT NOT NULL COMMENT "日志类型",
`error_code` INT COMMENT "错误码",
`error_msg` VARCHAR(1024) COMMENT "错误详细信息",
`op_id` BIGINT COMMENT "负责人id",
`op_time` DATETIME COMMENT "处理时间"
)
DUPLICATE KEY(`timestamp`, `type`)
DISTRIBUTED BY HASH(`type`) BUCKETS 1
PROPERTIES (
"replication_allocation" = "tag.location.default: 1"
);
这种数据模型区别于 Aggregate 和 Unique 模型。数据完全按照导入文件中的数据进行存储,不会有任何聚合,即使两行数据完全相同也都会保留。 而在建表语句中指定的 DUPLICATE KEY,只是用来指明底层数据按照那些列进行排序。在 DUPLICATE KEY 的选择上,我们建议适当的选择前 2-4 列就可以。这种数据模型适用于既没有聚合需求,又没有主键唯一性约束的原始数据的存储。

聚合模型的局限性

Aggregate 模型 & Unique 模型

这里我们针对 Aggregate 模型(包括 Unique 模型),来介绍下聚合模型的局限性。 在聚合模型中,模型对外展现的,是最终聚合后的数据。也就是说,对于任何还未聚合的数据(例如说两个不同导入批次的数据),必须通过某种方式保证对外展示的一致性。 假设表结构如下:
ColumnName
Type
AggregationType
Comment
user_id
LARGEINT
-
用户 ID
date
DATE
-
数据导入日期
cost
BIGINT
SUM
用户总消费
假设存储引擎中有如下两个已经导入完成的批次的数据: batch 1
user_id
date
cost
10001
2017-11-20
50
10002
2017-11-21
39
batch 2
user_id
date
cost
10001
2017-11-20
1
10001
2017-11-21
5
10003
2017-11-22
22
可以看到,用户 10001 分属在两个导入批次中的数据还没有聚合。但是为了保证用户只能查询到如下最终聚合后的数据:
user_id
date
cost
10001
2017-11-20
51
10001
2017-11-21
5
10002
2017-11-21
39
10003
2017-11-22
22
我们在查询引擎中加入了聚合算子,来保证数据对外的一致性。
另外,在聚合列(Value)上,执行与聚合类型不一致的聚合类查询时,要注意语意。例如我们在如上示例中执行如下查询:
SELECT MIN(cost) FROM table;
得到的结果是 5,而不是 1。
同时,这种一致性保证,在某些查询中,会极大的降低查询效率。
我们以最基本的 count(*) 查询为例:
SELECT COUNT(*) FROM table;
在其他数据库中,这类查询都会很快的返回结果。因为在实现上,我们可以通过如导入时对行进行计数,保存 count 的统计信息,或者在查询时仅扫描某一列数据,获得 count 值的方式,只需很小的开销,即可获得查询结果。但是在 Doris 的聚合模型中,这种查询的开销非常大
我们以刚才的数据为例:
batch 1
user_id
date
cost
10001
2017-11-20
50
10002
2017-11-21
39
batch 2
user_id
date
cost
10001
2017-11-20
1
10001
2017-11-21
5
10003
2017-11-22
22
因为最终的聚合结果为:
user_id
date
cost
10001
2017-11-20
51
10001
2017-11-21
5
10002
2017-11-21
39
10003
2017-11-22
22
所以,select count(*) from table; 的正确结果应该为 4。但如果我们只扫描 user_id 这一列,如果加上查询时聚合,最终得到的结果是 3(10001, 10002, 10003)。而如果不加查询时聚合,则得到的结果是 5(两批次一共5行数据)。可见这两个结果都是不对的。
为了得到正确的结果,我们必须同时读取 user_iddate 这两列的数据,再加上查询时聚合,才能返回 4 这个正确的结果。也就是说,在 count( ) 查询中,Doris 必须扫描所有的 AGGREGATE KEY 列(这里就是 user_iddate),并且聚合后,才能得到语意正确的结果。当聚合列非常多时,count( ) 查询需要扫描大量的数据。
因此,当业务上有频繁的 count( ) 查询时,我们建议用户通过增加一个**值恒为 1 的,聚合类型为 SUM 的列来模拟 count( )**。如刚才的例子中的表结构,我们修改如下:
ColumnName
Type
AggregateType
Comment
user_id
BIGINT
-
用户 ID
date
DATE
-
数据导入日期
cost
BIGINT
SUM
用户总消费
count
BIGINT
SUM
用于计算 count
增加一个 count 列,并且导入数据中,该列值恒为 1。则 select count(*) from table; 的结果等价于 select sum(count) from table;。而后者的查询效率将远高于前者。不过这种方式也有使用限制,就是用户需要自行保证,不会重复导入 AGGREGATE KEY 列都相同的行。否则,select sum(count) from table; 只能表述原始导入的行数,而不是 select count(*) from table; 的语义,前者值会错误的增大。
另一种方式,就是 将如上的 count 列的聚合类型改为 REPLACE,且依然值恒为 1。那么 select sum(count) from table;select count(*) from table; 的结果将是一致的。并且这种方式,没有导入重复行的限制。

Duplicate 模型

Duplicate 模型没有聚合模型的这个局限性。因为该模型不涉及聚合语意,在做 count(*) 查询时,任意选择一列查询,即可得到语意正确的结果。

最佳实践

因为数据模型在建表时就已经确定,且无法修改。所以,选择一个合适的数据模型非常重要

数据模型选择

Doris 数据模型目前分为三类::AGGREGATE KEY,UNIQUE KEY,DUPLICATE KEY。三种模型中数据都是按KEY进行排序。

Aggregate 模型

Aggregate 模型可以通过预聚合,极大地降低聚合查询时所需扫描的数据量和查询的计算量,非常适合有固定模式的报表类查询场景。但是该模型对 count( * ) 查询很不友好。同时因为固定了 Value 列上的聚合方式,在进行其他类型的聚合查询时,需要考虑语意正确性。 Aggregate Key 相同时,新旧记录进行聚合,目前支持的聚合函数有SUM,MIN,MAX,REPLACE。
CREATE TABLE site_visit
(
siteid INT,
city SMALLINT,
username VARCHAR(32),
pv BIGINT SUM DEFAULT '0'
)
AGGREGATE KEY(siteid, city, username)
DISTRIBUTED BY HASH(siteid) BUCKETS 10;

Unique 模型

Unique 模型针对需要唯一主键约束的场景,Unique key 相同时,新记录覆盖旧记录,可以保证主键唯一性约束。适用于有更新需求的分析业务。目前 Unique key 实现上和 Aggregate key 的 REPLACE 聚合方法一样,二者本质上相同。但是无法利用 ROLLUP 等预聚合带来的查询优势(因为本质是 REPLACE,没有 SUM 这种聚合方式)。
注意
Unique 模型仅支持整行更新,如果用户既需要唯一主键约束,又需要仅更新部分列(例如将多张源表的列合并后导入到一张 doris 表的情形),则可以考虑使用 Aggregate 模型,同时将非主键列的聚合类型设置为 REPLACE_IF_NOT_NULL。具体的用法可以参考 数据模型
CREATE TABLE sales_order
(
orderid BIGINT,
status TINYINT,
username VARCHAR(32),
amount BIGINT DEFAULT '0'
)
UNIQUE KEY(orderid)
DISTRIBUTED BY HASH(orderid) BUCKETS 10;

Duplicate 模型

Duplicate 模型相同的行不会合并,适合任意维度的 Ad-hoc 查询。虽然无法利用预聚合的特性,但是不受聚合模型的约束,可以发挥列存模型的优势(列裁剪、向量执行等)。
CREATE TABLE session_data
(
visitorid SMALLINT,
sessionid BIGINT,
visittime DATETIME,
city CHAR(20),
province CHAR(20),
ip varchar(32),
brower CHAR(20),
url VARCHAR(1024)
)
DUPLICATE KEY(visitorid, sessionid)
DISTRIBUTED BY HASH(sessionid, visitorid) BUCKETS 10;

大宽表与 Star Schema(星形模型)

业务方建表时,为了和前端业务适配,通常不对维度信息和指标信息加以区分,而将 Schema 定义成大宽表。对于 Doris 而言, 这类大宽表的性能不尽如人意:
Schema 中字段数比较多,聚合模型中可能 key 列比较多,导入过程中需要排序的列会增加。
维度信息更新会反应到整张表中,而更新的频率直接影响查询的效率。
使用过程中,建议用户尽量使用 Star Schema 区分维度表和指标表。频繁更新的维度表也可以放在 MySQL 外部表中。而如果只有少量更新, 可以直接放在 Doris 中。在 Doris 中存储维度表时,可对维度表设置更多的副本,提升 Join 的性能。

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