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# 45 | 自增id用完怎么办？
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MySQL里有很多自增的id，每个自增id都是定义了初始值，然后不停地往上加步长。虽然自然数是没有上限的，但是在计算机里，只要定义了表示这个数的字节长度，那它就有上限。比如，无符号整型(unsigned int)是4个字节，上限就是232\-1。
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既然自增id有上限，就有可能被用完。但是，自增id用完了会怎么样呢？
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今天这篇文章，我们就来看看MySQL里面的几种自增id，一起分析一下它们的值达到上限以后，会出现什么情况。
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# 表定义自增值id
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说到自增id，你第一个想到的应该就是表结构定义里的自增字段，也就是我在第39篇文章[《自增主键为什么不是连续的？》](https://time.geekbang.org/column/article/80531)中和你介绍过的自增主键id。
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表定义的自增值达到上限后的逻辑是：再申请下一个id时，得到的值保持不变。
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我们可以通过下面这个语句序列验证一下：
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```
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create table t(id int unsigned auto_increment primary key) auto_increment=4294967295;
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insert into t values(null);
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//成功插入一行 4294967295
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show create table t;
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/* CREATE TABLE `t` (
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`id` int(10) unsigned NOT NULL AUTO_INCREMENT,
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PRIMARY KEY (`id`)
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) ENGINE=InnoDB AUTO_INCREMENT=4294967295;
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*/
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insert into t values(null);
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//Duplicate entry '4294967295' for key 'PRIMARY'
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```
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可以看到，第一个insert语句插入数据成功后，这个表的AUTO\_INCREMENT没有改变（还是4294967295），就导致了第二个insert语句又拿到相同的自增id值，再试图执行插入语句，报主键冲突错误。
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232\-1（4294967295）不是一个特别大的数，对于一个频繁插入删除数据的表来说，是可能会被用完的。因此在建表的时候你需要考察你的表是否有可能达到这个上限，如果有可能，就应该创建成8个字节的bigint unsigned。
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# InnoDB系统自增row\_id
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如果你创建的InnoDB表没有指定主键，那么InnoDB会给你创建一个不可见的，长度为6个字节的row\_id。InnoDB维护了一个全局的dict\_sys.row\_id值，所有无主键的InnoDB表，每插入一行数据，都将当前的dict\_sys.row\_id值作为要插入数据的row\_id，然后把dict\_sys.row\_id的值加1。
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实际上，在代码实现时row\_id是一个长度为8字节的无符号长整型(bigint unsigned)。但是，InnoDB在设计时，给row\_id留的只是6个字节的长度，这样写到数据表中时只放了最后6个字节，所以row\_id能写到数据表中的值，就有两个特征：
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1. row\_id写入表中的值范围，是从0到248\-1；
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2. 当dict\_sys.row\_id=248时，如果再有插入数据的行为要来申请row\_id，拿到以后再取最后6个字节的话就是0。
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也就是说，写入表的row\_id是从0开始到248\-1。达到上限后，下一个值就是0，然后继续循环。
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当然，248\-1这个值本身已经很大了，但是如果一个MySQL实例跑得足够久的话，还是可能达到这个上限的。在InnoDB逻辑里，申请到row\_id=N后，就将这行数据写入表中；如果表中已经存在row\_id=N的行，新写入的行就会覆盖原有的行。
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要验证这个结论的话，你可以通过gdb修改系统的自增row\_id来实现。注意，用gdb改变量这个操作是为了便于我们复现问题，只能在测试环境使用。
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图1 row\_id用完的验证序列
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图2 row\_id用完的效果验证
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可以看到，在我用gdb将dict\_sys.row\_id设置为248之后，再插入的a=2的行会出现在表t的第一行，因为这个值的row\_id=0。之后再插入的a=3的行，由于row\_id=1，就覆盖了之前a=1的行，因为a=1这一行的row\_id也是1。
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从这个角度看，我们还是应该在InnoDB表中主动创建自增主键。因为，表自增id到达上限后，再插入数据时报主键冲突错误，是更能被接受的。
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毕竟覆盖数据，就意味着数据丢失，影响的是数据可靠性；报主键冲突，是插入失败，影响的是可用性。而一般情况下，可靠性优先于可用性。
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# Xid
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在第15篇文章[《答疑文章（一）：日志和索引相关问题》](https://time.geekbang.org/column/article/73161)中，我和你介绍redo log和binlog相配合的时候，提到了它们有一个共同的字段叫作Xid。它在MySQL中是用来对应事务的。
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那么，Xid在MySQL内部是怎么生成的呢？
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MySQL内部维护了一个全局变量global\_query\_id，每次执行语句的时候将它赋值给Query\_id，然后给这个变量加1。如果当前语句是这个事务执行的第一条语句，那么MySQL还会同时把Query\_id赋值给这个事务的Xid。
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而global\_query\_id是一个纯内存变量，重启之后就清零了。所以你就知道了，在同一个数据库实例中，不同事务的Xid也是有可能相同的。
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但是MySQL重启之后会重新生成新的binlog文件，这就保证了，同一个binlog文件里，Xid一定是惟一的。
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虽然MySQL重启不会导致同一个binlog里面出现两个相同的Xid，但是如果global\_query\_id达到上限后，就会继续从0开始计数。从理论上讲，还是就会出现同一个binlog里面出现相同Xid的场景。
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因为global\_query\_id定义的长度是8个字节，这个自增值的上限是264\-1。要出现这种情况，必须是下面这样的过程：
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1. 执行一个事务，假设Xid是A；
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2. 接下来执行264次查询语句，让global\_query\_id回到A；
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3. 再启动一个事务，这个事务的Xid也是A。
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不过，264这个值太大了，大到你可以认为这个可能性只会存在于理论上。
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# Innodb trx\_id
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Xid和InnoDB的trx\_id是两个容易混淆的概念。
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Xid是由server层维护的。InnoDB内部使用Xid，就是为了能够在InnoDB事务和server之间做关联。但是，InnoDB自己的trx\_id，是另外维护的。
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其实，你应该非常熟悉这个trx\_id。它就是在我们在第8篇文章[《事务到底是隔离的还是不隔离的？》](https://time.geekbang.org/column/article/70562)中讲事务可见性时，用到的事务id（transaction id）。
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InnoDB内部维护了一个max\_trx\_id全局变量，每次需要申请一个新的trx\_id时，就获得max\_trx\_id的当前值，然后并将max\_trx\_id加1。
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InnoDB数据可见性的核心思想是：每一行数据都记录了更新它的trx\_id，当一个事务读到一行数据的时候，判断这个数据是否可见的方法，就是通过事务的一致性视图与这行数据的trx\_id做对比。
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对于正在执行的事务，你可以从information\_schema.innodb\_trx表中看到事务的trx\_id。
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我在上一篇文章的末尾留给你的思考题，就是关于从innodb\_trx表里面查到的trx\_id的。现在，我们一起来看一个事务现场：
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图3 事务的trx\_id
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session B里，我从innodb\_trx表里查出的这两个字段，第二个字段trx\_mysql\_thread\_id就是线程id。显示线程id，是为了说明这两次查询看到的事务对应的线程id都是5，也就是session A所在的线程。
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可以看到，T2时刻显示的trx\_id是一个很大的数；T4时刻显示的trx\_id是1289，看上去是一个比较正常的数字。这是什么原因呢？
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实际上，在T1时刻，session A还没有涉及到更新，是一个只读事务。而对于只读事务，InnoDB并不会分配trx\_id。也就是说：
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1. 在T1时刻，trx\_id的值其实就是0。而这个很大的数，只是显示用的。一会儿我会再和你说说这个数据的生成逻辑。
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2. 直到session A 在T3时刻执行insert语句的时候，InnoDB才真正分配了trx\_id。所以，T4时刻，session B查到的这个trx\_id的值就是1289。
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需要注意的是，除了显而易见的修改类语句外，如果在select 语句后面加上for update，这个事务也不是只读事务。
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在上一篇文章的评论区，有同学提出，实验的时候发现不止加1。这是因为：
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1. update 和 delete语句除了事务本身，还涉及到标记删除旧数据，也就是要把数据放到purge队列里等待后续物理删除，这个操作也会把max\_trx\_id+1， 因此在一个事务中至少加2；
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2. InnoDB的后台操作，比如表的索引信息统计这类操作，也是会启动内部事务的，因此你可能看到，trx\_id值并不是按照加1递增的。
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那么，**T2时刻查到的这个很大的数字是怎么来的呢？**
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其实，这个数字是每次查询的时候由系统临时计算出来的。它的算法是：把当前事务的trx变量的指针地址转成整数，再加上248。使用这个算法，就可以保证以下两点：
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1. 因为同一个只读事务在执行期间，它的指针地址是不会变的，所以不论是在 innodb\_trx还是在innodb\_locks表里，同一个只读事务查出来的trx\_id就会是一样的。
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2. 如果有并行的多个只读事务，每个事务的trx变量的指针地址肯定不同。这样，不同的并发只读事务，查出来的trx\_id就是不同的。
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那么，**为什么还要再加上248呢？**
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在显示值里面加上248，目的是要保证只读事务显示的trx\_id值比较大，正常情况下就会区别于读写事务的id。但是，trx\_id跟row\_id的逻辑类似，定义长度也是8个字节。因此，在理论上还是可能出现一个读写事务与一个只读事务显示的trx\_id相同的情况。不过这个概率很低，并且也没有什么实质危害，可以不管它。
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另一个问题是，**只读事务不分配trx\_id，有什么好处呢？**
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* 一个好处是，这样做可以减小事务视图里面活跃事务数组的大小。因为当前正在运行的只读事务，是不影响数据的可见性判断的。所以，在创建事务的一致性视图时，InnoDB就只需要拷贝读写事务的trx\_id。
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* 另一个好处是，可以减少trx\_id的申请次数。在InnoDB里，即使你只是执行一个普通的select语句，在执行过程中，也是要对应一个只读事务的。所以只读事务优化后，普通的查询语句不需要申请trx\_id，就大大减少了并发事务申请trx\_id的锁冲突。
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由于只读事务不分配trx\_id，一个自然而然的结果就是trx\_id的增加速度变慢了。
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但是，max\_trx\_id会持久化存储，重启也不会重置为0，那么从理论上讲，只要一个MySQL服务跑得足够久，就可能出现max\_trx\_id达到248\-1的上限，然后从0开始的情况。
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当达到这个状态后，MySQL就会持续出现一个脏读的bug，我们来复现一下这个bug。
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首先我们需要把当前的max\_trx\_id先修改成248\-1。注意：这个case里使用的是可重复读隔离级别。具体的操作流程如下：
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图 4 复现脏读
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由于我们已经把系统的max\_trx\_id设置成了248\-1，所以在session A启动的事务TA的低水位就是248\-1。
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在T2时刻，session B执行第一条update语句的事务id就是248\-1，而第二条update语句的事务id就是0了，这条update语句执行后生成的数据版本上的trx\_id就是0。
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在T3时刻，session A执行select语句的时候，判断可见性发现，c=3这个数据版本的trx\_id，小于事务TA的低水位，因此认为这个数据可见。
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但，这个是脏读。
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由于低水位值会持续增加，而事务id从0开始计数，就导致了系统在这个时刻之后，所有的查询都会出现脏读的。
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并且，MySQL重启时max\_trx\_id也不会清0，也就是说重启MySQL，这个bug仍然存在。
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那么，**这个bug也是只存在于理论上吗？**
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假设一个MySQL实例的TPS是每秒50万，持续这个压力的话，在17.8年后，就会出现这个情况。如果TPS更高，这个年限自然也就更短了。但是，从MySQL的真正开始流行到现在，恐怕都还没有实例跑到过这个上限。不过，这个bug是只要MySQL实例服务时间够长，就会必然出现的。
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当然，这个例子更现实的意义是，可以加深我们对低水位和数据可见性的理解。你也可以借此机会再回顾下第8篇文章[《事务到底是隔离的还是不隔离的？》](https://time.geekbang.org/column/article/70562)中的相关内容。
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# thread\_id
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接下来，我们再看看线程id（thread\_id）。其实，线程id才是MySQL中最常见的一种自增id。平时我们在查各种现场的时候，show processlist里面的第一列，就是thread\_id。
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thread\_id的逻辑很好理解：系统保存了一个全局变量thread\_id\_counter，每新建一个连接，就将thread\_id\_counter赋值给这个新连接的线程变量。
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thread\_id\_counter定义的大小是4个字节，因此达到232\-1后，它就会重置为0，然后继续增加。但是，你不会在show processlist里看到两个相同的thread\_id。
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这，是因为MySQL设计了一个唯一数组的逻辑，给新线程分配thread\_id的时候，逻辑代码是这样的：
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```
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do {
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new_id= thread_id_counter++;
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} while (!thread_ids.insert_unique(new_id).second);
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```
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这个代码逻辑简单而且实现优雅，相信你一看就能明白。
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# 小结
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今天这篇文章，我给你介绍了MySQL不同的自增id达到上限以后的行为。数据库系统作为一个可能需要7\*24小时全年无休的服务，考虑这些边界是非常有必要的。
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每种自增id有各自的应用场景，在达到上限后的表现也不同：
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1. 表的自增id达到上限后，再申请时它的值就不会改变，进而导致继续插入数据时报主键冲突的错误。
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2. row\_id达到上限后，则会归0再重新递增，如果出现相同的row\_id，后写的数据会覆盖之前的数据。
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3. Xid只需要不在同一个binlog文件中出现重复值即可。虽然理论上会出现重复值，但是概率极小，可以忽略不计。
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4. InnoDB的max\_trx\_id 递增值每次MySQL重启都会被保存起来，所以我们文章中提到的脏读的例子就是一个必现的bug，好在留给我们的时间还很充裕。
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5. thread\_id是我们使用中最常见的，而且也是处理得最好的一个自增id逻辑了。
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当然，在MySQL里还有别的自增id，比如table\_id、binlog文件序号等，就留给你去验证和探索了。
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不同的自增id有不同的上限值，上限值的大小取决于声明的类型长度。而我们专栏声明的上限id就是45，所以今天这篇文章也是我们的最后一篇技术文章了。
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既然没有下一个id了，课后也就没有思考题了。今天，我们换一个轻松的话题，请你来说说，读完专栏以后有什么感想吧。
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这个“感想”，既可以是你读完专栏前后对某一些知识点的理解发生的变化，也可以是你积累的学习专栏文章的好方法，当然也可以是吐槽或者对未来的期望。
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欢迎你给我留言，我们在评论区见，也欢迎你把这篇文章分享给更多的朋友一起阅读。
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