Javaにおける条件分岐を実装する際、最も一般的な手法の一つがif文です。しかし、if文が多用されるとコードが冗長化し、可読性やメンテナンス性が低下することがしばしばあります。特に複雑な条件が絡む場合、if文がネストされてコードの理解が難しくなることも少なくありません。そこで、設計パターンの一つであるファクトリーメソッドパターンを利用することで、条件分岐のロジックを整理し、コードをシンプルかつ保守しやすいものにすることが可能です。本記事では、Javaのif文を最適化するためにファクトリーメソッドパターンをどのように活用できるかを解説します。
if文の課題と冗長化の問題点
Javaで開発を行う際に、多くの開発者が直面する課題の一つが、条件分岐を扱うif文の冗長化です。シンプルな条件分岐であればif文は非常に効果的ですが、複雑な条件が増えると、コードは次第に長くなり、ネストが深くなりがちです。このような状況では、コードの可読性が著しく低下し、意図を理解するのに時間がかかることが多くなります。
さらに、if文が増えると、バグが入り込むリスクも高まります。開発者が新たな条件を追加する際に、既存の条件と矛盾したり、既存のロジックを壊してしまう可能性があるからです。このような冗長なコードは、メンテナンスの際にも修正やリファクタリングが難しくなるため、開発効率を大きく損なう要因となります。したがって、複雑な条件分岐を扱う場合は、より洗練された設計手法が求められます。
ファクトリーメソッドパターンの基本概念
ファクトリーメソッドパターンは、オブジェクト指向設計パターンの一つで、特定のクラスのインスタンスを生成するためのインターフェースを提供する方法です。このパターンでは、クラスのインスタンス生成の過程を隠蔽し、クライアントが具体的なクラスを指定せずにオブジェクトを生成できるようにします。
ファクトリーメソッドパターンを使用することで、オブジェクト生成に関する責任をクライアントコードから切り離すことができ、コードの柔軟性と拡張性を向上させることが可能です。また、このパターンは、多くのif文を使ってオブジェクトを条件によって切り替える必要がある場合に特に有効です。if文の代わりにファクトリーメソッドを使用することで、コードを整理し、より直感的で理解しやすい形にすることができます。
例えば、異なる種類のオブジェクトを条件によって生成する必要がある場合、if文で分岐させる代わりに、ファクトリーメソッドを使ってその処理をカプセル化することができます。これにより、コードの変更や拡張が容易になり、長期的なメンテナンスが格段に楽になります。
if文とファクトリーメソッドパターンの組み合わせ方
if文をファクトリーメソッドパターンと組み合わせて最適化することで、コードの構造を大幅に改善できます。この組み合わせにより、条件分岐が増えることで生じるコードの複雑さを軽減し、メンテナンスしやすい設計を実現します。
まず、ファクトリーメソッドパターンを用いることで、条件分岐に依存したインスタンス生成を一箇所に集約し、if文の羅列を回避します。この方法では、条件ごとに異なるオブジェクトを生成するファクトリーメソッドを実装し、そのメソッドを通じてクライアントにオブジェクトを提供します。これにより、クライアントコードは具体的なクラス名や条件分岐に依存せず、単純にファクトリーメソッドを呼び出すだけで適切なオブジェクトを取得できるようになります。
具体的な手順としては、まず条件ごとに生成するオブジェクトの種類を決定し、それぞれのオブジェクトを生成するメソッドを用意します。次に、これらのメソッドをファクトリーメソッドとしてまとめ、クライアントコードからはこのファクトリーメソッドを通じてオブジェクトを取得します。これにより、if文が増えるたびに発生するコードの変更を最小限に抑え、コードの一貫性と拡張性を保つことが可能です。
このように、if文とファクトリーメソッドパターンを組み合わせることで、条件分岐の多いコードをシンプルかつ効率的に管理することができます。
実際のコード例：if文からファクトリーメソッドパターンへ
ここでは、実際のJavaコードを例に、if文をファクトリーメソッドパターンに置き換える方法を紹介します。これにより、どのようにして冗長なif文を取り除き、コードをよりメンテナブルにできるかを具体的に理解できます。
まず、if文を使用したコードの例を見てみましょう。このコードは、ユーザーの役割に応じて異なるサービスオブジェクトを生成するものです。
public class UserService {
public Service getService(String role) {
if (role.equals("ADMIN")) {
return new AdminService();
} else if (role.equals("USER")) {
return new UserService();
} else if (role.equals("GUEST")) {
return new GuestService();
} else {
return null;
}
}
}このコードでは、if文を使用して役割に応じたサービスオブジェクトを生成していますが、役割が増えるたびにif文も増え、コードが煩雑になります。
次に、このif文をファクトリーメソッドパターンに置き換えてみます。まず、役割ごとのサービスオブジェクトを生成するためのファクトリーメソッドを作成します。
public interface ServiceFactory {
Service createService();
}
public class AdminServiceFactory implements ServiceFactory {
@Override
public Service createService() {
return new AdminService();
}
}
public class UserServiceFactory implements ServiceFactory {
@Override
public Service createService() {
return new UserService();
}
}
public class GuestServiceFactory implements ServiceFactory {
@Override
public Service createService() {
return new GuestService();
}
}次に、ファクトリーメソッドを用いたサービスの取得方法を実装します。
public class UserService {
private Map<String, ServiceFactory> serviceFactories;
public UserService() {
serviceFactories = new HashMap<>();
serviceFactories.put("ADMIN", new AdminServiceFactory());
serviceFactories.put("USER", new UserServiceFactory());
serviceFactories.put("GUEST", new GuestServiceFactory());
}
public Service getService(String role) {
ServiceFactory factory = serviceFactories.get(role);
if (factory != null) {
return factory.createService();
} else {
throw new IllegalArgumentException("Invalid role: " + role);
}
}
}このコードでは、役割ごとに対応するサービスファクトリが登録されており、クライアントコードからは単純に役割に対応するサービスを取得するだけで済みます。新しい役割が追加された場合も、新たなファクトリーメソッドを追加し、マップに登録するだけで対応できます。
このように、if文をファクトリーメソッドパターンに置き換えることで、コードの冗長性を取り除き、拡張性と保守性を大幅に向上させることが可能です。
パフォーマンスの改善とコードの可読性向上
ファクトリーメソッドパターンを導入することで、if文の多用に伴う問題を解決し、パフォーマンスの改善とコードの可読性向上を図ることができます。これにより、コードのメンテナンスが容易になり、バグの発生を抑えることが可能です。
まず、if文をファクトリーメソッドに置き換えることで、コードがシンプルになり、可読性が大幅に向上します。if文が多いと、条件分岐が複雑化し、コードの意図を理解するのが難しくなります。しかし、ファクトリーメソッドを用いると、条件ごとにメソッドが整理され、役割ごとの処理が明確になるため、コードを読む人が直感的に理解しやすくなります。
また、ファクトリーメソッドパターンは、パフォーマンス面でもメリットをもたらします。if文を大量に使用する場合、条件の評価が多くなり、特に複雑な条件分岐では処理速度が低下する可能性があります。一方で、ファクトリーメソッドパターンを利用すれば、条件ごとに異なるオブジェクト生成処理が一元化されるため、無駄な条件評価を避けることができ、パフォーマンスが向上します。
さらに、コードの柔軟性も向上します。ファクトリーメソッドパターンでは、新しい条件やオブジェクトが追加されても、既存のコードに大きな変更を加える必要がありません。新しいファクトリーメソッドを追加するだけで済むため、拡張が容易であり、長期的なメンテナンスにおいても優れた効果を発揮します。
総じて、ファクトリーメソッドパターンを活用することで、コードの可読性とパフォーマンスを改善し、保守性と拡張性に優れた設計を実現することができます。これにより、プロジェクト全体の効率が向上し、品質の高いソフトウェアを開発する基盤が整います。
応用：複雑な条件分岐への適用方法
ファクトリーメソッドパターンは、単純なif文の置き換えだけでなく、複雑な条件分岐を整理する際にも非常に有効です。特に、多数の条件が絡み合う場合や、複雑なビジネスロジックを扱う場面では、if文がネストされてコードが混乱しやすくなります。ここでは、そのような複雑な条件分岐をファクトリーメソッドパターンで効果的に整理する方法を紹介します。
ケーススタディ：複数の条件を持つ支払い処理システム
例えば、あるオンラインショップで、支払い方法に応じて異なる割引や手数料を適用するシステムを考えてみましょう。このシステムでは、支払い方法（クレジットカード、PayPal、銀行振込など）や、ユーザーの会員ステータス（一般会員、プレミアム会員）によって、適用するロジックが異なります。
従来のアプローチでは、これを複数のif文で処理することが考えられますが、条件が増えるにつれてコードが非常に複雑化します。
public class PaymentProcessor {
public double processPayment(String paymentMethod, String membershipStatus, double amount) {
if (paymentMethod.equals("CreditCard")) {
if (membershipStatus.equals("Premium")) {
return amount * 0.95; // プレミアム会員割引
} else {
return amount * 0.98; // 一般会員割引
}
} else if (paymentMethod.equals("PayPal")) {
if (membershipStatus.equals("Premium")) {
return amount * 0.96;
} else {
return amount * 0.99;
}
} else if (paymentMethod.equals("BankTransfer")) {
return amount; // 銀行振込には割引なし
} else {
throw new IllegalArgumentException("Unsupported payment method");
}
}
}このコードは、条件が増えるたびに新しいif文を追加する必要があり、メンテナンスが困難です。そこで、ファクトリーメソッドパターンを利用してこの複雑な条件分岐を整理します。
ファクトリーメソッドパターンを用いた解決
まず、支払い方法ごとに異なる処理を担当するクラスを作成し、それぞれのクラスにファクトリーメソッドを実装します。
public interface PaymentStrategy {
double calculateFinalAmount(double amount, String membershipStatus);
}
public class CreditCardPayment implements PaymentStrategy {
@Override
public double calculateFinalAmount(double amount, String membershipStatus) {
if (membershipStatus.equals("Premium")) {
return amount * 0.95;
} else {
return amount * 0.98;
}
}
}
public class PayPalPayment implements PaymentStrategy {
@Override
public double calculateFinalAmount(double amount, String membershipStatus) {
if (membershipStatus.equals("Premium")) {
return amount * 0.96;
} else {
return amount * 0.99;
}
}
}
public class BankTransferPayment implements PaymentStrategy {
@Override
public double calculateFinalAmount(double amount, String membershipStatus) {
return amount; // 銀行振込には割引なし
}
}次に、ファクトリーメソッドを提供するクラスを作成します。
public class PaymentFactory {
public static PaymentStrategy getPaymentStrategy(String paymentMethod) {
switch (paymentMethod) {
case "CreditCard":
return new CreditCardPayment();
case "PayPal":
return new PayPalPayment();
case "BankTransfer":
return new BankTransferPayment();
default:
throw new IllegalArgumentException("Unsupported payment method");
}
}
}最後に、支払い処理を行うクラスでファクトリーメソッドを使用します。
public class PaymentProcessor {
public double processPayment(String paymentMethod, String membershipStatus, double amount) {
PaymentStrategy strategy = PaymentFactory.getPaymentStrategy(paymentMethod);
return strategy.calculateFinalAmount(amount, membershipStatus);
}
}このように、ファクトリーメソッドパターンを用いることで、複雑な条件分岐を整理し、コードの読みやすさと拡張性を向上させることができます。新しい支払い方法が追加された場合でも、既存のコードに影響を与えることなく、新たな戦略クラスを追加するだけで対応できます。これにより、システム全体の柔軟性が高まり、長期的なメンテナンスが容易になります。
単一責任の原則と設計の一貫性
ファクトリーメソッドパターンを利用することで、単一責任の原則（Single Responsibility Principle, SRP）に基づいた設計を実現しやすくなります。単一責任の原則は、クラスやモジュールが「一つの理由でしか変更されない」ことを目指す設計指針です。これにより、コードの変更が必要な場合に影響範囲を最小限に抑え、設計の一貫性を保つことができます。
単一責任の原則の適用
if文が多用されるコードでは、しばしば一つのクラスが複数の役割を持つことになります。例えば、あるクラスがビジネスロジックとオブジェクト生成の両方を担当する場合、コードが肥大化し、変更が難しくなります。こうしたクラスに変更を加えると、他のロジックに影響を与えるリスクが高まり、結果としてバグが生じやすくなります。
ファクトリーメソッドパターンを導入すると、オブジェクトの生成を別のクラスに委任することができ、元のクラスはビジネスロジックに集中できます。これにより、各クラスが一つの責任に絞られ、SRPに則った設計が可能になります。
設計の一貫性を保つ
ファクトリーメソッドパターンを採用することで、コード全体の設計の一貫性も向上します。特定の条件によって異なるオブジェクトを生成する際、すべてのオブジェクト生成処理をファクトリーメソッドに集約することで、コードの一貫性が保たれます。これにより、新たな要件が追加された場合でも、既存の設計を壊すことなく拡張できます。
例えば、前述の支払い処理システムでは、新しい支払い方法を追加する際に、既存のビジネスロジックや他の支払い方法に影響を与えることなく、新しい支払い戦略をファクトリークラスに追加するだけで済みます。この設計の一貫性により、コードがより直感的で管理しやすくなるため、チーム全体での開発やメンテナンスが容易になります。
長期的な保守性の向上
単一責任の原則に従い、設計の一貫性を保つことで、コードの保守性が大幅に向上します。将来的にコードの変更や拡張が必要になった際も、影響範囲を最小限に抑えつつ、安全かつ迅速に対応できるため、長期的なプロジェクトでも安定した開発が可能になります。
このように、ファクトリーメソッドパターンを取り入れることで、単一責任の原則を守り、設計の一貫性を確保することができ、結果としてメンテナンス性と拡張性の高いシステムを構築することができます。
Javaの他の設計パターンとの組み合わせ
ファクトリーメソッドパターンは、他の設計パターンと組み合わせることで、さらに強力な設計ソリューションを提供します。ここでは、特に有用な組み合わせであるストラテジーパターンやシングルトンパターンとの連携について説明します。
ストラテジーパターンとの組み合わせ
ストラテジーパターンは、アルゴリズムをカプセル化し、必要に応じて選択や交換を可能にするパターンです。このパターンをファクトリーメソッドパターンと組み合わせることで、動的な戦略の選択とオブジェクト生成を一元管理できるようになります。
例えば、前述の支払い処理システムにおいて、ユーザーの会員ステータスや支払い方法に応じて異なる割引計算アルゴリズムを適用する必要があるとします。この場合、ファクトリーメソッドで支払い方法ごとのオブジェクトを生成し、ストラテジーパターンで割引計算アルゴリズムを切り替えることで、柔軟かつ再利用可能な設計が可能になります。
public interface DiscountStrategy {
double applyDiscount(double amount);
}
public class PremiumDiscountStrategy implements DiscountStrategy {
@Override
public double applyDiscount(double amount) {
return amount * 0.9; // プレミアム会員用の割引
}
}
public class RegularDiscountStrategy implements DiscountStrategy {
@Override
public double applyDiscount(double amount) {
return amount * 0.95; // 一般会員用の割引
}
}
public class PaymentService {
private DiscountStrategy discountStrategy;
public PaymentService(DiscountStrategy discountStrategy) {
this.discountStrategy = discountStrategy;
}
public double processPayment(double amount) {
return discountStrategy.applyDiscount(amount);
}
}ファクトリーメソッドを使ってPaymentServiceを生成し、必要に応じて異なるDiscountStrategyを選択することで、ビジネスロジックを柔軟に適応させることができます。
シングルトンパターンとの組み合わせ
シングルトンパターンは、クラスのインスタンスを一つだけに制限し、全てのクライアントに同じインスタンスを提供する設計パターンです。ファクトリーメソッドパターンと組み合わせると、オブジェクト生成の制御をさらに強化できます。
例えば、支払い処理で使用する特定のサービスクラスがシステム全体で一つだけ存在すれば良い場合、そのクラスをシングルトンとして実装し、ファクトリーメソッドでシングルトンインスタンスを返すようにすることができます。
public class PaymentFactory {
private static PaymentService instance;
public static PaymentService getPaymentService(DiscountStrategy strategy) {
if (instance == null) {
instance = new PaymentService(strategy);
}
return instance;
}
}この方法で、クライアントがファクトリーメソッドを呼び出すたびに、シングルトンインスタンスが提供され、不要なオブジェクト生成を避けることができます。これにより、メモリ効率が向上し、アプリケーションのパフォーマンスが改善されます。
組み合わせの効果
これらの設計パターンを組み合わせることで、各パターンの強みを最大限に活用し、より堅牢で拡張性のあるソフトウェア設計を実現できます。ファクトリーメソッドパターンは、他のパターンと連携して使うことで、オブジェクト生成の柔軟性と制御性を高め、複雑なビジネスロジックをシンプルかつ効率的に管理できるようになります。
このように、複数の設計パターンを効果的に組み合わせることで、システム全体の設計が洗練され、長期的なプロジェクトでも安定して運用できる強力な基盤が築けます。
テスト駆動開発とファクトリーメソッドパターン
テスト駆動開発（Test-Driven Development, TDD）は、ソフトウェア開発において非常に効果的な手法です。TDDでは、まずテストケースを作成し、そのテストをパスするためのコードを書きます。このプロセスを通じて、コードの品質を高め、バグの発生を防ぎやすくなります。ファクトリーメソッドパターンは、このTDDプロセスをより効率的に進めるための強力なツールとなります。
TDDにおけるファクトリーメソッドパターンの利点
ファクトリーメソッドパターンを使用すると、テストの際にオブジェクト生成の柔軟性を確保できます。通常、テストコードではモックオブジェクトやスタブを使って依存関係を制御することが多いですが、ファクトリーメソッドパターンを導入することで、テスト対象のオブジェクト生成を簡単にカスタマイズできます。
例えば、異なるテストケースで異なるオブジェクトを生成する必要がある場合、ファクトリーメソッドを使うことで、テストコードを複雑にすることなく、必要なオブジェクトを容易に生成できます。
実際のテストケースでの活用
以下に、TDDとファクトリーメソッドパターンを組み合わせた具体的なテストコード例を示します。
public class PaymentServiceTest {
@Test
public void testPremiumMemberDiscount() {
DiscountStrategy strategy = new PremiumDiscountStrategy();
PaymentService service = PaymentFactory.getPaymentService(strategy);
double finalAmount = service.processPayment(100.0);
assertEquals(90.0, finalAmount, 0.01);
}
@Test
public void testRegularMemberDiscount() {
DiscountStrategy strategy = new RegularDiscountStrategy();
PaymentService service = PaymentFactory.getPaymentService(strategy);
double finalAmount = service.processPayment(100.0);
assertEquals(95.0, finalAmount, 0.01);
}
@Test
public void testNoDiscountForGuest() {
DiscountStrategy strategy = new NoDiscountStrategy();
PaymentService service = PaymentFactory.getPaymentService(strategy);
double finalAmount = service.processPayment(100.0);
assertEquals(100.0, finalAmount, 0.01);
}
}この例では、PaymentServiceの異なる割引戦略をテストしています。ファクトリーメソッドパターンを使用することで、各テストケースに応じたPaymentServiceのインスタンスを簡単に生成できるため、テストコードが簡潔かつ読みやすくなります。
モックオブジェクトの活用
さらに、ファクトリーメソッドパターンを使用することで、テスト時にモックオブジェクトを導入するのも容易です。例えば、外部サービスとのやり取りをシミュレートする際に、ファクトリーメソッドを使ってモックを返すように設定すれば、実際の依存関係に影響を与えずにテストを行えます。
public class PaymentServiceTest {
@Test
public void testWithMockedService() {
PaymentService mockService = mock(PaymentService.class);
when(mockService.processPayment(anyDouble())).thenReturn(80.0);
PaymentFactory.setMockService(mockService); // モックをファクトリーメソッドにセット
PaymentService service = PaymentFactory.getPaymentService(new PremiumDiscountStrategy());
double finalAmount = service.processPayment(100.0);
assertEquals(80.0, finalAmount, 0.01);
}
}このように、ファクトリーメソッドパターンを活用すると、モックの導入や依存関係の差し替えが非常に簡単になり、テストケースの設計が柔軟になります。
TDDとファクトリーメソッドパターンの相乗効果
TDDとファクトリーメソッドパターンを組み合わせることで、テストの設計と実施が一層容易になります。オブジェクト生成の柔軟性が向上し、コードの変更に強いテストケースを作成できるため、開発プロセス全体でバグのリスクを低減し、高品質なソフトウェアの開発が可能になります。結果として、システム全体の信頼性とメンテナンス性が向上します。
よくある誤解とその回避方法
ファクトリーメソッドパターンは、非常に強力で便利な設計パターンですが、正しく理解しないと誤用や不適切な実装につながる可能性があります。ここでは、ファクトリーメソッドパターンに関するよくある誤解と、それを回避するための方法について説明します。
誤解1: ファクトリーメソッドは常に必要
ファクトリーメソッドパターンが便利だからといって、すべてのオブジェクト生成にファクトリーメソッドを使用する必要があるわけではありません。特に、生成するオブジェクトが非常に単純で、追加のロジックや条件分岐が不要な場合には、標準的なコンストラクタで十分です。
回避方法: ファクトリーメソッドを導入する前に、その必要性を慎重に検討しましょう。オブジェクト生成が複雑化する場合や、将来的に変更や拡張が予想される場合にのみ、ファクトリーメソッドを検討します。
誤解2: ファクトリーメソッドで全てのロジックを処理する
ファクトリーメソッドパターンを使うと、生成するオブジェクトに関連するすべてのロジックをファクトリーメソッド内に詰め込んでしまうことがあります。しかし、ファクトリーメソッドはオブジェクト生成の責任を持つべきであり、ビジネスロジックや複雑な操作を持たせるのは避けるべきです。
回避方法: ファクトリーメソッドはオブジェクト生成に特化させ、ビジネスロジックは別のクラスやメソッドに分離することで、責任の分担を明確にします。これにより、コードの可読性とメンテナンス性が向上します。
誤解3: ファクトリーメソッドパターンはすべての設計パターンと互換性がある
ファクトリーメソッドパターンは多くの設計パターンと組み合わせて使えますが、すべての設計パターンと相性が良いわけではありません。例えば、シンプルなビルダーパターンや直接的なコンストラクタ呼び出しが適している場合もあります。
回避方法: 他の設計パターンと組み合わせる際には、それぞれのパターンの特性と目的を理解し、適切なパターンを選択することが重要です。ファクトリーメソッドを無理に適用するのではなく、最適なパターンを見極めるようにしましょう。
誤解4: ファクトリーメソッドでコードが常にシンプルになる
ファクトリーメソッドパターンはコードを整理し、シンプルに保つための有効な手段ですが、誤った設計や過剰な抽象化によって逆にコードが複雑になることがあります。特に、小さなプロジェクトや単純なアプリケーションで過度に抽象化すると、理解しにくいコードが生まれがちです。
回避方法: すべてのケースでファクトリーメソッドを適用するのではなく、シンプルな解決策が有効な場合はそちらを優先します。プロジェクトの規模や複雑さに応じて、適切なレベルの抽象化を行うことが重要です。
誤解5: ファクトリーメソッドはパフォーマンスに悪影響を与える
一部の開発者は、ファクトリーメソッドパターンがパフォーマンスに悪影響を与えると誤解することがあります。確かに、複雑なオブジェクト生成ロジックや不要なオーバーヘッドを持ち込むとパフォーマンスに影響を与えることがありますが、適切に設計されたファクトリーメソッドはパフォーマンスに悪影響を与えません。
回避方法: パフォーマンスを考慮した設計を行い、必要以上に複雑なロジックや不必要なオブジェクト生成を避けます。また、実際のパフォーマンス要件に基づいてファクトリーメソッドを設計し、必要に応じて最適化を行います。
このように、ファクトリーメソッドパターンの使用に関するよくある誤解を理解し、適切な使い方を心がけることで、パターンの利点を最大限に活かすことができます。正しく適用すれば、コードの柔軟性、保守性、可読性が向上し、長期的に信頼性の高いシステムを構築することが可能になります。
まとめ
本記事では、Javaにおけるif文の最適化とファクトリーメソッドパターンの効果的な利用方法について解説しました。if文が多用されることで生じる冗長化や可読性の低下といった問題を、ファクトリーメソッドパターンを導入することでどのように解決できるかを具体例を交えて説明しました。
さらに、単一責任の原則に基づいた設計の重要性や、他の設計パターンとの組み合わせによる柔軟性の向上、テスト駆動開発との相性についても触れました。正しくファクトリーメソッドパターンを適用することで、コードの保守性、拡張性、可読性を大幅に向上させることができます。
このように、ファクトリーメソッドパターンは、複雑な条件分岐を管理しやすくするだけでなく、全体的なソフトウェア設計の質を高める強力なツールであることが理解いただけたかと思います。これにより、開発プロジェクト全体の効率化と品質向上が期待できます。
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