Android应用开机自启动实现教程

于 2024-11-09 15:27:45 发布
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简介：本文详细介绍了如何在Android系统中实现应用程序的开机自启动功能，包括创建和注册BroadcastReceiver，请求相应的权限，并处理Android 8.0以上版本的后台服务限制。文中通过实例展示了开机自启动的核心代码，并强调了性能优化和用户体验的重要性。

1. Android开机自启动概念

1.1 定义与背景

在Android系统中，开机自启动指的是应用程序在设备启动完成后自动运行某些操作的能力。这一功能在很多应用场景中是必要的，比如安全软件需要在开机时立即进行扫描，或者邮件客户端需要在后台同步新邮件。实现开机自启动是提升应用用户体验、保障服务连续性的重要方式。

1.2 开机自启动的重要性

开机自启动对于用户而言可能意味着快速的访问和响应，对于开发者来说则是一种保证应用始终在线的技术手段。然而，不当的自启动机制可能会消耗更多系统资源，比如CPU和内存，并且可能会对电池寿命产生负面影响。

1.3 实现开机自启动的技术手段

实现开机自启动的技术手段主要包括使用 BroadcastReceiver 监听系统启动完成的广播事件，以及获取相应的权限进行注册。接下来的章节将详细介绍这些技术手段的具体实现方式和优化策略。

2. 创建BroadcastReceiver

2.1 BroadcastReceiver基础

2.1.1 BroadcastReceiver的作用和生命周期

BroadcastReceiver是Android中用于接收应用程序之间发送的广播消息的一个组件。它可以响应如开机启动、电池电量变化、短信接收等多种系统级或应用级事件。

BroadcastReceiver的生命周期非常短暂，当它接收到一个广播时，系统会创建一个BroadcastReceiver对象，并调用它的 onReceive(Context, Intent) 方法。在这个方法中，你可以执行必要的操作，比如更新UI或者启动一个服务。一旦 onReceive() 方法执行完毕，BroadcastReceiver对象就不再存在。因此，对于复杂的任务或者耗时操作，不推荐在 onReceive() 中处理，而应该启动一个后台线程或者服务。

2.1.2 创建BroadcastReceiver类的步骤

创建一个BroadcastReceiver类，需要继承 BroadcastReceiver 类并重写 onReceive() 方法。以下是一个简单的示例： 

public class BootCompletedReceiver extends BroadcastReceiver {
    @Override
    public void onReceive(Context context, Intent intent) {
        // 在这里处理接收到的广播
        if (Intent.ACTION_BOOT_COMPLETED.equals(intent.getAction())) {
            // 当设备启动完成时执行的操作
            Toast.makeText(context, "设备已启动完成", Toast.LENGTH_SHORT).show();
        }
    }
}

在 AndroidManifest.xml 中注册这个BroadcastReceiver，并指定它所感兴趣的广播动作。例如： 

<receiver android:name=".BootCompletedReceiver">
    <intent-filter>
        <action android:name="android.intent.action.BOOT_COMPLETED" />
    </intent-filter>
</receiver>

2.2 BroadcastReceiver的接收动作

2.2.1 Intent Filter的作用与配置

Intent Filter 定义了BroadcastReceiver能够接收的Intent类型。一个BroadcastReceiver可以注册多个 Intent Filter ，每个 Intent Filter 可以指定不同的动作、数据类型和类别。

配置Intent Filter通常是在AndroidManifest.xml文件中进行，如下所示： 

<receiver android:name=".MyReceiver">
    <intent-filter>
        <action android:name="com.example.action.MY_ACTION" />
        <category android:name="android.intent.category.DEFAULT" />
    </intent-filter>
</receiver>

在上面的例子中， MyReceiver 将会接收到所有发送到 com.example.action.MY_ACTION 动作的Intent。当创建一个Intent时，也可以添加特定的类别，如 category android:name="android.intent.category.DEFAULT" ，这样就可以过滤特定类别的Intent。

2.2.2 接收系统启动完成的Intent

系统启动完成动作的Intent可以被BroadcastReceiver接收，这样开发者就可以在设备启动后执行某些任务。在Android中，接收开机启动完成的广播需要在 Intent Filter 中声明 android.intent.action.BOOT_COMPLETED 动作： 

<receiver android:name=".BootCompletedReceiver">
    <intent-filter>
        <action android:name="android.intent.action.BOOT_COMPLETED" />
        <category android:name="android.intent.category.HOME" />
        <category android:name="android.intent.category.DEFAULT" />
    </intent-filter>
</receiver>

在 BootCompletedReceiver 的 onReceive() 方法中，当接收到开机完成的广播时，就可以执行如启动服务、更新数据等操作： 

@Override
public void onReceive(Context context, Intent intent) {
    if (Intent.ACTION_BOOT_COMPLETED.equals(intent.getAction())) {
        // 开机启动完成后的操作
        // 启动一个服务或者执行其他需要的操作
    }
}

通过正确配置Intent Filter，BroadcastReceiver可以有效地响应各种不同的广播，从而使应用能够更好地与系统和用户交互。在下一章节中，我们将介绍如何注册BroadcastReceiver，这进一步说明了如何在应用中使用BroadcastReceiver。

3. 注册BroadcastReceiver

3.1 静态注册的方式

3.1.1 在AndroidManifest.xml中注册

在Android开发中，静态注册BroadcastReceiver是通过在应用的 AndroidManifest.xml 文件中声明receiver来实现的。这种方式下，BroadcastReceiver会在系统中预先注册，当相应的广播事件发生时，系统会自动实例化BroadcastReceiver并调用它的 onReceive 方法。

下面是一个静态注册BroadcastReceiver的示例代码： 

<receiver android:name=".MyBroadcastReceiver">
    <intent-filter>
        <action android:name="android.intent.action.BOOT_COMPLETED" />
        <category android:name="android.intent.category.DEFAULT" />
    </intent-filter>
</receiver>

在上述代码中， .MyBroadcastReceiver 是你自定义的BroadcastReceiver类的名称。 intent-filter 指定了接收器感兴趣的广播动作，例如 BOOT_COMPLETED 动作表明该BroadcastReceiver将会在设备启动完成后接收到一个广播。

3.1.2 静态注册的优缺点分析

优点：

  1. 简单易用 ：只需在 AndroidManifest.xml 文件中添加几行配置，无需编写额外的代码即可完成注册。
  2. 系统自动管理 ：系统会在适当的时候实例化和销毁BroadcastReceiver，减轻了开发者的负担。
  3. 与应用生命周期分离 ：即使应用未启动，静态注册的BroadcastReceiver仍然可以接收到广播。

缺点：

  1. 不够灵活 ：静态注册的BroadcastReceiver不能根据运行时的情况动态调整感兴趣的广播类型。
  2. 可能造成资源浪费 ：由于BroadcastReceiver在应用未运行时也可能接收到广播，这可能导致不必要的系统资源占用。
  3. 安全性问题 ：如果BroadcastReceiver的 onReceive 方法运行时间过长，可能会影响到系统的性能。同时，如果BroadcastReceiver暴露了过多的敏感信息，也可能带来安全风险。

3.2 动态注册的方法

3.2.1 在Activity或Service中动态注册

动态注册BroadcastReceiver是通过在代码中调用 Context.registerReceiver() 方法来实现的。这种注册方式提供了更高的灵活性，因为可以在运行时根据需要订阅和取消订阅广播。

动态注册的一般步骤如下：

  1. 获取Context实例，例如在一个Activity或Service中。
  2. 创建一个IntentFilter实例，并添加你感兴趣的广播动作。
  3. 调用 registerReceiver() 方法注册BroadcastReceiver。

以下是一个动态注册BroadcastReceiver的代码示例： 

IntentFilter filter = new IntentFilter(ConnectivityManager.CONNECTIVITY_ACTION);
registerReceiver(networkChangeReceiver, filter);

在这个例子中， networkChangeReceiver 是你创建的BroadcastReceiver实例， CONNECTIVITY_ACTION 是系统广播，表示网络状态发生了变化。当网络状态发生变化时，系统会调用 networkChangeReceiver 的 onReceive 方法。

3.2.2 动态注册与静态注册的使用场景对比

动态注册的使用场景：

  • 当BroadcastReceiver仅在特定条件下需要监听广播，或者在应用运行时才需要接收广播时。
  • 当需要监听的广播不是系统预定义的类型时，可以在运行时动态创建IntentFilter。
  • 当需要在不同的Activity或Service中根据不同的逻辑注册相同的BroadcastReceiver时，可以避免重复代码。

静态注册的使用场景：

  • 当BroadcastReceiver需要在应用未运行时也能接收到广播。
  • 当需要监听的是系统预定义的广播动作，并且这些广播动作对所有的应用都开放时。
  • 对于一些对启动时间要求不高的场景，静态注册可以减少代码量并简化开发。

在实际的Android开发实践中，开发者应根据应用的具体需求和场景来选择最合适的注册方式。

4. ```

第四章：权限请求说明

4.1 Android权限系统简介

4.1.1 权限的分类和级别

Android权限系统是确保应用安全、保护用户隐私的重要机制。它分为两类：系统权限和应用权限。

  • 系统权限：这些是预设在Android系统内的权限，用来控制应用对系统资源的访问。例如，访问存储、摄像头、互联网等都需要对应的系统权限。
  • 应用权限：这是由开发者根据应用的需要来设置的，用于限制对应用内部资源的访问。

权限级别则从一般到特殊有四个等级：normal、dangerous、signature和signatureOrSystem。这四个等级的权限分别对应用访问敏感功能的权限控制进行了分级，其中normal权限一般不会影响用户体验，dangerous权限则需要用户明确授权。

4.1.2 向用户请求权限的流程

开发者必须通过 AndroidManifest.xml 文件声明应用所需的权限。当应用尝试执行需要特定权限的操作时，必须通过 ActivityCompat.requestPermissions() 方法动态请求用户授权。此方法会弹出系统授权对话框，用户同意或拒绝后，系统将返回授权结果给应用。

用户一旦授权，该权限将被存储在设备上，除非用户手动在设备的设置中撤销权限或应用被卸载。

4.2 开机自启动所需的权限

4.2.1 必要权限的申请与声明

为了实现开机自启动功能，应用需要以下权限： 

<uses-permission android:name="android.permission.RECEIVE_BOOT_COMPLETED"/>
<uses-permission android:name="android.permission.SYSTEM_ALERT_WINDOW"/>
<uses-permission android:name="android.permission.FOREGROUND_SERVICE"/>

RECEIVE_BOOT_COMPLETED 允许应用接收开机完成的广播。 SYSTEM_ALERT_WINDOW 允许应用在其他应用上层显示内容，而 FOREGROUND_SERVICE 权限则用于支持前台服务。

4.2.2 权限请求的时机与注意事项

请求权限的时机十分关键。权限请求应该发生在用户需要时或者应用首次尝试执行需要权限的操作时。例如，在注册开机自启动的BroadcastReceiver时，如果应用尚未获取 RECEIVE_BOOT_COMPLETED 权限，这时应立即请求用户授权。

在请求权限时要注意以下几点：

  • 用户体验 ：仅请求必要的权限，并向用户清楚说明请求权限的原因。
  • 隐私政策 ：在应用的隐私政策中明确说明权限的使用目的。
  • 错误处理 ：妥善处理用户拒绝权限请求的情况，避免应用崩溃。

下面的代码示例展示了权限请求的一个实际场景： 

if (ContextCompat.checkSelfPermission(thisActivity, Manifest.permission.RECEIVE_BOOT_COMPLETED)
        != PackageManager.PERMISSION_GRANTED) {
    // 权限被拒绝，请求权限
    ActivityCompat.requestPermissions(thisActivity,
            new String[]{Manifest.permission.RECEIVE_BOOT_COMPLETED},
            MY_PERMISSIONS_REQUEST_RECEIVE_BOOT_COMPLETED);
} else {
    // 已经拥有权限，可以注册开机自启动
    registerReceiver(myBroadcastReceiver, new IntentFilter(BootCompletedReceiver.ACTION));
}

执行上述代码后，会调用 onRequestPermissionsResult() 方法来处理用户的授权结果。开发者需要在该回调方法中根据用户的选择更新应用逻辑。 

@Override
public void onRequestPermissionsResult(int requestCode,
        String permissions[], int[] grantResults) {
    switch (requestCode) {
        case MY_PERMISSIONS_REQUEST_RECEIVE_BOOT_COMPLETED: {
            if (grantResults.length > 0
                && grantResults[0] == PackageManager.PERMISSION_GRANTED) {
                // 用户授权成功，可以注册自启动
            } else {
                // 用户拒绝授权，更新UI告知用户无法使用该功能或提供替代方案
            }
            return;
        }
    }
}

至此，我们已经讲解了如何在应用中声明和请求开机自启动相关的权限，并处理用户的授权结果。这是确保应用能在Android设备上正常自启动的基础，也是对用户隐私和设备安全负责的必要步骤。 


# 5. 动态注册BroadcastReceiver

在Android应用开发中，BroadcastReceiver扮演着接收和响应系统或应用发出的广播的角色。与静态注册相比，动态注册提供了更大的灵活性和控制力，这使得开发者能够根据实际的应用场景和需求来决定何时接收广播。动态注册BroadcastReceiver涉及到在代码中动态地进行注册和注销操作，使得广播的接收更具有时效性和针对性。

## 5.1 动态注册的优势与场景

### 5.1.1 动态注册的灵活性优势

动态注册BroadcastReceiver不需要在AndroidManifest.xml文件中声明，而是在代码中根据实际需要动态地进行。这种注册方式的主要优势在于：

- **时效性**：可以仅在需要接收广播的时候注册，从而减少对系统资源的占用。
- **精确控制**：可以根据不同的条件选择性地注册或注销，例如在特定的Activity生命周期内接收特定的广播。
- **动态响应**：可以对各种事件做出动态的响应，如网络变化、电池状态变化等，而不必等待系统的广播。

### 5.1.2 动态注册的适用场景分析

动态注册适用于以下场景：

- **当应用需要根据特定条件接收广播时**：例如，仅在网络可用时注册接收网络状态变化的广播。
- **当需要在特定生命周期中接收广播时**：如在某个Activity或Service运行期间接收广播。
- **当需要减少应用资源占用时**：通过动态注册仅在需要时监听广播，可以在不需要时完全避免广播的接收，节省系统资源。

## 5.2 实现动态注册的代码示例

### 5.2.1 编写动态注册代码的步骤

实现动态注册BroadcastReceiver的步骤通常包括：

1. 创建一个BroadcastReceiver的子类。
2. 在代码中使用IntentFilter来指定要接收的广播类型。
3. 在合适的时机，如Activity的`onResume()`方法中，通过调用`registerReceiver`方法注册BroadcastReceiver。
4. 在不需要继续接收广播时，如Activity的`onPause()`方法中，通过调用`unregisterReceiver`方法注销BroadcastReceiver。

### 5.2.2 代码示例及解析

下面提供一个简单的代码示例，展示如何在Android应用中动态注册BroadcastReceiver来接收系统启动完成的广播。

```java
import android.content.BroadcastReceiver;
import android.content.Context;
import android.content.Intent;
import android.content.IntentFilter;
import android.util.Log;

public class BootCompletedReceiver extends BroadcastReceiver {

    private static final String TAG = "BootCompletedReceiver";

    @Override
    public void onReceive(Context context, Intent intent) {
        if (Intent.ACTION_BOOT_COMPLETED.equals(intent.getAction())) {
            Log.d(TAG, "系统启动完成，接收到了广播");
            // 在这里执行开机自启动的相关操作
        }
    }
}

// 在Activity中注册和注销BootCompletedReceiver
public class MainActivity extends AppCompatActivity {

    private BootCompletedReceiver mBootCompletedReceiver;
    private IntentFilter mIntentFilter;

    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_main);

        mBootCompletedReceiver = new BootCompletedReceiver();
        mIntentFilter = new IntentFilter(Intent.ACTION_BOOT_COMPLETED);

        // 注册BroadcastReceiver
        registerReceiver(mBootCompletedReceiver, mIntentFilter);
    }

    @Override
    protected void onDestroy() {
        super.onDestroy();
        // 注销BroadcastReceiver
        unregisterReceiver(mBootCompletedReceiver);
    }
}
代码逻辑解读：
  1. 创建BroadcastReceiver的子类 ： BootCompletedReceiver 类继承自 BroadcastReceiver ，并重写了 onReceive 方法以响应接收到的广播。
  2. 定义IntentFilter ： mIntentFilter 用于指定该BroadcastReceiver想要接收的广播类型，这里是系统启动完成的广播。
  3. 在Activity中注册和注销 ：在 MainActivity 的 onCreate 方法中注册 BootCompletedReceiver ，并在 onDestroy 方法中注销，以确保资源得到释放。

在上述示例中，当系统启动完成时，会发送 ACTION_BOOT_COMPLETED 的广播。注册的 BootCompletedReceiver 将会接收到这个广播，并在 onReceive 方法中响应。这种方式可以确保应用只在开机自启动时才执行特定的操作，而不会在后台一直占用资源。

6. Android 8.0后台服务限制处理

6.1 Android 8.0对后台服务的限制

6.1.1 限制的原因及影响

Android 8.0（Oreo）对后台服务的限制是出于提高设备性能和延长电池寿命的目的。自这一版本起，Google引入了新的限制措施，以减少在用户不知情的情况下运行在后台的应用程序。限制措施包括限制后台应用启动服务的能力和限制后台服务运行的时间。

这些限制对开发者来说是一个挑战，特别是对于那些依赖于后台服务来执行任务的应用。例如，消息应用、天气更新、音乐播放器和其他需要在后台运行的应用。这些应用必须寻找新的方法来适应新的系统限制，以避免对用户体验产生负面影响。

6.1.2 服务限制下的应对策略

为了应对这些限制，开发者可以采取以下策略：

  • 使用JobScheduler API： 对于需要定期执行任务的应用，可以利用JobScheduler API。这是一种允许应用安排工作在系统指定的条件满足时执行的机制，而不是依赖于后台服务。

  • 构建前台服务： 如果应用需要保持在后台长时间运行，可以考虑构建一个前台服务，这通常涉及到向用户显示一个通知，告知服务正在运行。

  • 使用WorkManager API： 对于需要在后台执行复杂任务的应用，推荐使用WorkManager API。这是Google推出的一个统一的后台任务解决方案，它考虑了多种因素，如电池、网络状态和设备的充电状态，以最优化任务的执行。

6.2 开机自启动与服务限制的兼容性

6.2.1 兼容性问题的解决方案

开发者需要确保其应用能够在Android 8.0及以上版本上正常运行。对于开机自启动功能，可以采用以下方法确保兼容性：

  • 检查Android版本： 在代码中检查运行Android版本，并对8.0及以上版本使用特定的API。例如： 
if (Build.VERSION.SDK_INT >= Build.VERSION_CODES.O) {
    // 使用Android 8.0+ API
} else {
    // 使用之前的API
}
  • 使用ForegroundService： 如之前提到的，将服务变更为前台服务，以便应用在后台执行任务时，用户能意识到服务正在运行。

6.2.2 代码实践与优化建议

为了进一步提供实践示例，假设我们有一个新闻阅读应用需要在开机时自启动，并定期从网络获取最新的新闻数据。以下是实现这一功能的代码片段： 

public class NewsService extends Service {
    private static final String CHANNEL_ID = "news_channel";

    @Override
    public int onStartCommand(Intent intent, int flags, int startId) {
        // 创建通知渠道
        if (Build.VERSION.SDK_INT >= Build.VERSION_CODES.O) {
            NotificationChannel channel = new NotificationChannel(CHANNEL_ID, "News Updates", NotificationManager.IMPORTANCE_DEFAULT);
            NotificationManager manager = getSystemService(NotificationManager.class);
            manager.createNotificationChannel(channel);
        }

        // 构建并显示通知
        Notification notification = new NotificationCompat.Builder(this, CHANNEL_ID)
                .setContentTitle("News App")
                .setContentText("Fetching news updates...")
                .setSmallIcon(R.drawable.ic_news)
                .build();

        startForeground(1, notification);

        // 执行实际任务（例如，获取新闻更新）
        fetchNewsUpdates();

        return START_NOT_STICKY;
    }

    private void fetchNewsUpdates() {
        // 实现获取新闻的逻辑...
    }

    @Override
    public IBinder onBind(Intent intent) {
        return null;
    }
}

在此示例中， NewsService 服务被设置为前台服务，通过显示一个通知让用户意识到服务正在运行。这确保了即使在Android 8.0及其以上版本中，应用也能正常地在后台执行其任务。

7. 开机自启动对电池的影响及优化

7.1 开机自启动对电池消耗的影响

7.1.1 自启动程序对能耗的分析

开机自启动的应用程序会在设备启动时自动运行，这可能会增加设备的初始能源消耗。由于这些应用可能会在后台执行各种任务，如同步数据、检查更新等，这将导致CPU和网络活动增加，从而消耗更多的电池电力。

7.1.2 影响评估与用户反馈

为了评估自启动程序对电池的具体影响，可以通过在有和没有自启动应用的情况下分别测量电池寿命来进行对比。用户反馈同样重要，因为它能反映出实际使用中的感受和遇到的问题。通过收集和分析用户的反馈，我们可以获得关于自启动程序对电池影响的第一手资料。

7.2 优化开机自启动的策略

7.2.1 减少自启动应用数量

减少开机自启动的应用数量是降低能源消耗的直接方法。用户和开发者可以采取以下步骤来减少自启动程序的数量：

  • 用户可以通过设备的设置界面手动关闭不需要开机自启动的应用。
  • 开发者应该确保其应用只有在用户明确需要时才设置为开机自启动。

7.2.2 降低自启动程序的资源占用

对于那些需要开机自启动的应用，开发者可以采取以下措施来降低其在设备启动时的资源占用：

  • 优化应用的启动流程，减少不必要的初始化操作。
  • 使用懒加载（Lazy Loading）技术，按需加载资源。
  • 实现合适的后台任务调度，避免在设备启动时就执行重负载操作。

示例代码分析

以下是一个简单的示例，展示如何在Android应用中管理自启动状态： 

public class AppStartupManager {
    private static final String TAG = "AppStartupManager";
    private Context context;

    public AppStartupManager(Context context) {
        this.context = context;
    }

    public void enableMyAppStartup() {
        // 启用自启动逻辑
        // 通常需要动态注册一个BroadcastReceiver来监听开机完成的Intent
        IntentFilter filter = new IntentFilter(Intent.ACTION_BOOT_COMPLETED);
        context.registerReceiver(new MyStartupBroadcastReceiver(), filter);
    }

    public void disableMyAppStartup() {
        // 禁用自启动逻辑
        // 注销之前注册的BroadcastReceiver
        context.unregisterReceiver(new MyStartupBroadcastReceiver());
    }

    private class MyStartupBroadcastReceiver extends BroadcastReceiver {
        @Override
        public void onReceive(Context context, Intent intent) {
            if (Intent.ACTION_BOOT_COMPLETED.equals(intent.getAction())) {
                // 启动应用服务或活动
                Intent serviceIntent = new Intent(context, MyService.class);
                context.startService(serviceIntent);
            }
        }
    }
}

在上述代码中， AppStartupManager 类用于控制自启动行为， enableMyAppStartup 方法在开机后会注册一个 BroadcastReceiver 来响应系统广播。而 disableMyAppStartup 方法则用于注销该广播接收器，从而减少开机自启动应用的数量。

电池使用统计

此外，可以通过Android的电池使用统计功能来了解自启动应用的能耗情况。以下是一个简单的获取电池使用统计信息的代码示例： 

BatteryManager batteryManager = (BatteryManager) context.getSystemService(Context.BATTERY_SERVICE);
List<BatteryStats.Uid> uids = batteryManager.getUidBatteryStatsList();
for (BatteryStats.Uid uid : uids) {
    Log.d(TAG, "Uid: " + uid.getUid() + " App name: " + context.getPackageManager().getNameForUid(uid.getUid()));
    Log.d(TAG, "Uid: " + uid.getUid() + " Last full charge: " + uid.getLastFullChargedTime());
    Log.d(TAG, "Uid: " + uid.getUid() + " App running time: " + uid.getTotalTimeRunningApp());
}

此代码片段会提供关于每个应用的电池使用情况的详细信息，包括它们最后一次充满电的时间以及运行时长等。开发者和用户都可以利用这些信息来评估和优化自启动程序对电池的影响。

结论

本章节重点介绍了开机自启动对电池消耗的潜在影响，并提出了减少自启动程序数量和降低资源占用的优化策略。通过上述分析和示例代码，我们可以了解到如何在应用中实现这些优化，并通过电池使用统计来评估优化效果。

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