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OJ在线评测系统 代码沙箱优化模版方法模式 使用与有规范的流程 并且执行流程可以复用

article 2024/11/21 1:25:36

代码沙箱优化模版方法模式

上次我们代码沙箱的docker实现和原生实现

我们可以使用模版方法设计模式去优化我们的代码

我们原生的java实现代码沙箱和docker实现代码沙箱是有更多重复点的

比如说把文件 收集文件 进行校验

我们要用模版方法设计模式

定义一套通用的执行流程 让子类去负责每个具体步骤的执行流程

模版方法的应用场景 使用与有规范的流程 并且执行流程可以复用

作用是 答复节约重复代码量 便于项目扩展 更好的去维护

抽象出具体的流程

先复制具体的实现类

再把代码从完整的方法抽离成一个一个的子写法

想把代码保存为文件


    /**
     * 1. 把用户的代码保存为文件
     * @param code 用户代码
     * @return
     */
    public File saveCodeToFile(String code) {
        String userDir = System.getProperty("user.dir");
        String globalCodePathName = userDir + File.separator + GLOBAL_CODE_DIR_NAME;
        // 判断全局代码目录是否存在，没有则新建
        if (!FileUtil.exist(globalCodePathName)) {
            FileUtil.mkdir(globalCodePathName);
        }

        // 把用户的代码隔离存放
        String userCodeParentPath = globalCodePathName + File.separator + UUID.randomUUID();
        String userCodePath = userCodeParentPath + File.separator + GLOBAL_JAVA_CLASS_NAME;
        File userCodeFile = FileUtil.writeString(code, userCodePath, StandardCharsets.UTF_8);
        return userCodeFile;
    }

想编译代码 获得class文件

   
   	/**
     * 2、编译代码
     * @param userCodeFile
     * @return
     */
    public ExecuteMessage compileFile(File userCodeFile) {
        String compileCmd = String.format("javac -encoding utf-8 %s", userCodeFile.getAbsolutePath());
        try {
            Process compileProcess = Runtime.getRuntime().exec(compileCmd);
            ExecuteMessage executeMessage = ProcessUtils.runProcessAndGetMessage(compileProcess, "编译");
            if (executeMessage.getExitValue() != 0) {
                throw new RuntimeException("编译错误");
            }
            return executeMessage;
        } catch (Exception e) {
//            return getErrorResponse(e);
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }

执行文件，获得执行结果列表

    /**
     * 3、执行文件，获得执行结果列表
     * @param userCodeFile
     * @param inputList
     * @return
     */
    public List<ExecuteMessage> runFile(File userCodeFile, List<String> inputList) {
        String userCodeParentPath = userCodeFile.getParentFile().getAbsolutePath();

        List<ExecuteMessage> executeMessageList = new ArrayList<>();
        for (String inputArgs : inputList) {
//            String runCmd = String.format("java -Xmx256m -Dfile.encoding=UTF-8 -cp %s Main %s", userCodeParentPath, inputArgs);
            String runCmd = String.format("java -Xmx256m -Dfile.encoding=UTF-8 -cp %s Main %s", userCodeParentPath, inputArgs);
            try {
                Process runProcess = Runtime.getRuntime().exec(runCmd);
                // 超时控制
                new Thread(() -> {
                    try {
                        Thread.sleep(TIME_OUT);
                        System.out.println("超时了，中断");
                        runProcess.destroy();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        throw new RuntimeException(e);
                    }
                }).start();
                ExecuteMessage executeMessage = ProcessUtils.runProcessAndGetMessage(runProcess, "运行");
                System.out.println(executeMessage);
                executeMessageList.add(executeMessage);
            } catch (Exception e) {
                throw new RuntimeException("执行错误", e);
            }
        }
        return executeMessageList;
    }

获取输出结果

   /**
     * 4、获取输出结果
     * @param executeMessageList
     * @return
     */
    public ExecuteCodeResponse getOutputResponse(List<ExecuteMessage> executeMessageList) {
        ExecuteCodeResponse executeCodeResponse = new ExecuteCodeResponse();
        List<String> outputList = new ArrayList<>();
        // 取用时最大值，便于判断是否超时
        long maxTime = 0;
        for (ExecuteMessage executeMessage : executeMessageList) {
            String errorMessage = executeMessage.getErrorMessage();
            if (StrUtil.isNotBlank(errorMessage)) {
                executeCodeResponse.setMessage(errorMessage);
                // 用户提交的代码执行中存在错误
                executeCodeResponse.setStatus(3);
                break;
            }
            outputList.add(executeMessage.getMessage());
            Long time = executeMessage.getTime();
            if (time != null) {
                maxTime = Math.max(maxTime, time);
            }
        }
        // 正常运行完成
        if (outputList.size() == executeMessageList.size()) {
            executeCodeResponse.setStatus(1);
        }
        executeCodeResponse.setOutputList(outputList);
        JudgeInfo judgeInfo = new JudgeInfo();
        judgeInfo.setTime(maxTime);
        // 要借助第三方库来获取内存占用，非常麻烦，此处不做实现
//        judgeInfo.setMemory();
        executeCodeResponse.setJudgeInfo(judgeInfo);
        return executeCodeResponse;
    }

删除文件

 /**
     * 5、删除文件
     * @param userCodeFile
     * @return
     */
    public boolean deleteFile(File userCodeFile) {
        if (userCodeFile.getParentFile() != null) {
            String userCodeParentPath = userCodeFile.getParentFile().getAbsolutePath();
            boolean del = FileUtil.del(userCodeParentPath);
            System.out.println("删除" + (del ? "成功" : "失败"));
            return del;
        }
        return true;
    }

获取错误响应

    /**
     * 6、获取错误响应
     *
     * @param e
     * @return
     */
    private ExecuteCodeResponse getErrorResponse(Throwable e) {
        ExecuteCodeResponse executeCodeResponse = new ExecuteCodeResponse();
        executeCodeResponse.setOutputList(new ArrayList<>());
        executeCodeResponse.setMessage(e.getMessage());
        // 表示代码沙箱错误
        executeCodeResponse.setStatus(2);
        executeCodeResponse.setJudgeInfo(new JudgeInfo());
        return executeCodeResponse;
    }

我们之前流程化程序

这样提成一一个方法就会很简单

自上而下一层一层去抽取

我们此时重写父类中的方法

  @Override
    public ExecuteCodeResponse executeCode(ExecuteCodeRequest executeCodeRequest) {
        List<String> inputList = executeCodeRequest.getInputList();
        String code = executeCodeRequest.getCode();
        String language = executeCodeRequest.getLanguage();

//        1. 把用户的代码保存为文件
        File userCodeFile = saveCodeToFile(code);

//        2. 编译代码，得到 class 文件
        ExecuteMessage compileFileExecuteMessage = compileFile(userCodeFile);
        System.out.println(compileFileExecuteMessage);

        // 3. 执行代码，得到输出结果
        List<ExecuteMessage> executeMessageList = runFile(userCodeFile, inputList);

//        4. 收集整理输出结果
        ExecuteCodeResponse outputResponse = getOutputResponse(executeMessageList);

//        5. 文件清理
        boolean b = deleteFile(userCodeFile);
        if (!b) {
            log.error("deleteFile error, userCodeFilePath = {}", userCodeFile.getAbsolutePath());
        }
        return outputResponse;
    }

现在我们就能定义子类

直接复用父类的模版方法就行

这就是模版方法设计模式 Template

package com.yupi.yuojcodesandbox;

import com.yupi.yuojcodesandbox.model.ExecuteCodeRequest;
import com.yupi.yuojcodesandbox.model.ExecuteCodeResponse;
import org.springframework.stereotype.Component;

/**
 * Java 原生代码沙箱实现（直接复用模板方法）
 */
@Component
public class JavaNativeCodeSandbox extends JavaCodeSandboxTemplate {

    @Override
    public ExecuteCodeResponse executeCode(ExecuteCodeRequest executeCodeRequest) {
        return super.executeCode(executeCodeRequest);
    }
}

我们这边如果在子类里面重写了父类的某个方法

那么子类执行的时候

优先的是去执行子类里面重写方法 就是已经覆盖过的实现

如果没有重写 是去执行模版中的默认实现

接下来我们要去改造一下docker代码沙箱的实现

继承我们的模版方法

自定义某些方法的实现

我们发现我们写JavaDockerCodeSandbox类就是重写了创建容器类

package com.yupi.yuojcodesandbox;

import cn.hutool.core.io.FileUtil;
import cn.hutool.core.util.StrUtil;
import com.yupi.yuojcodesandbox.model.ExecuteCodeRequest;
import com.yupi.yuojcodesandbox.model.ExecuteCodeResponse;
import com.yupi.yuojcodesandbox.model.ExecuteMessage;
import com.yupi.yuojcodesandbox.model.JudgeInfo;
import com.yupi.yuojcodesandbox.utils.ProcessUtils;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;

import java.io.File;
import java.nio.charset.StandardCharsets;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.UUID;

/**
 * Java 代码沙箱模板方法的实现
 */
@Slf4j
public abstract class JavaCodeSandboxTemplate implements CodeSandbox {

    private static final String GLOBAL_CODE_DIR_NAME = "tmpCode";

    private static final String GLOBAL_JAVA_CLASS_NAME = "Main.java";

    private static final long TIME_OUT = 5000L;

    /**
     *
     * @param executeCodeRequest 代码请求
     * @return
     */
    @Override
    public ExecuteCodeResponse executeCode(ExecuteCodeRequest executeCodeRequest) {
        List<String> inputList = executeCodeRequest.getInputList();
        String code = executeCodeRequest.getCode();
        String language = executeCodeRequest.getLanguage();

//        1. 把用户的代码保存为文件
        File userCodeFile = saveCodeToFile(code);

//        2. 编译代码，得到 class 文件
        ExecuteMessage compileFileExecuteMessage = compileFile(userCodeFile);
        System.out.println(compileFileExecuteMessage);

        // 3. 执行代码，得到输出结果
        List<ExecuteMessage> executeMessageList = runFile(userCodeFile, inputList);

//        4. 收集整理输出结果
        ExecuteCodeResponse outputResponse = getOutputResponse(executeMessageList);

//        5. 文件清理
        boolean b = deleteFile(userCodeFile);
        if (!b) {
            log.error("deleteFile error, userCodeFilePath = {}", userCodeFile.getAbsolutePath());
        }
        return outputResponse;
    }


    /**
     * 1. 把用户的代码保存为文件
     * @param code 用户代码
     * @return
     */
    public File saveCodeToFile(String code) {
        String userDir = System.getProperty("user.dir");
        String globalCodePathName = userDir + File.separator + GLOBAL_CODE_DIR_NAME;
        // 判断全局代码目录是否存在，没有则新建
        if (!FileUtil.exist(globalCodePathName)) {
            FileUtil.mkdir(globalCodePathName);
        }

        // 把用户的代码隔离存放
        String userCodeParentPath = globalCodePathName + File.separator + UUID.randomUUID();
        String userCodePath = userCodeParentPath + File.separator + GLOBAL_JAVA_CLASS_NAME;
        File userCodeFile = FileUtil.writeString(code, userCodePath, StandardCharsets.UTF_8);
        return userCodeFile;
    }

    /**
     * 2、编译代码
     * @param userCodeFile 保存的文件
     * @return
     */
    public ExecuteMessage compileFile(File userCodeFile) {
        String compileCmd = String.format("javac -encoding utf-8 %s", userCodeFile.getAbsolutePath());
        try {
            Process compileProcess = Runtime.getRuntime().exec(compileCmd);
            ExecuteMessage executeMessage = ProcessUtils.runProcessAndGetMessage(compileProcess, "编译");
            if (executeMessage.getExitValue() != 0) {
                throw new RuntimeException("编译错误");
            }
            return executeMessage;
        } catch (Exception e) {
//            return getErrorResponse(e);
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }

    /**
     * 3、执行文件，获得执行结果列表
     * @param userCodeFile
     * @param inputList
     * @return
     */
    public List<ExecuteMessage> runFile(File userCodeFile, List<String> inputList) {
        String userCodeParentPath = userCodeFile.getParentFile().getAbsolutePath();

        List<ExecuteMessage> executeMessageList = new ArrayList<>();
        for (String inputArgs : inputList) {
//            String runCmd = String.format("java -Xmx256m -Dfile.encoding=UTF-8 -cp %s Main %s", userCodeParentPath, inputArgs);
            String runCmd = String.format("java -Xmx256m -Dfile.encoding=UTF-8 -cp %s Main %s", userCodeParentPath, inputArgs);
            try {
                Process runProcess = Runtime.getRuntime().exec(runCmd);
                // 超时控制
                new Thread(() -> {
                    try {
                        Thread.sleep(TIME_OUT);
                        System.out.println("超时了，中断");
                        runProcess.destroy();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        throw new RuntimeException(e);
                    }
                }).start();
                ExecuteMessage executeMessage = ProcessUtils.runProcessAndGetMessage(runProcess, "运行");
                System.out.println(executeMessage);
                executeMessageList.add(executeMessage);
            } catch (Exception e) {
                throw new RuntimeException("执行错误", e);
            }
        }
        return executeMessageList;
    }

    /**
     * 4、获取输出结果
     * @param executeMessageList
     * @return
     */
    public ExecuteCodeResponse getOutputResponse(List<ExecuteMessage> executeMessageList) {
        ExecuteCodeResponse executeCodeResponse = new ExecuteCodeResponse();
        List<String> outputList = new ArrayList<>();
        // 取用时最大值，便于判断是否超时
        long maxTime = 0;
        for (ExecuteMessage executeMessage : executeMessageList) {
            String errorMessage = executeMessage.getErrorMessage();
            if (StrUtil.isNotBlank(errorMessage)) {
                executeCodeResponse.setMessage(errorMessage);
                // 用户提交的代码执行中存在错误
                executeCodeResponse.setStatus(3);
                break;
            }
            outputList.add(executeMessage.getMessage());
            Long time = executeMessage.getTime();
            if (time != null) {
                maxTime = Math.max(maxTime, time);
            }
        }
        // 正常运行完成
        if (outputList.size() == executeMessageList.size()) {
            executeCodeResponse.setStatus(1);
        }
        executeCodeResponse.setOutputList(outputList);
        JudgeInfo judgeInfo = new JudgeInfo();
        judgeInfo.setTime(maxTime);
        // 要借助第三方库来获取内存占用，非常麻烦，此处不做实现
//        judgeInfo.setMemory();
        executeCodeResponse.setJudgeInfo(judgeInfo);
        return executeCodeResponse;
    }

    /**
     * 5、删除文件
     * @param userCodeFile
     * @return
     */
    public boolean deleteFile(File userCodeFile) {
        if (userCodeFile.getParentFile() != null) {
            String userCodeParentPath = userCodeFile.getParentFile().getAbsolutePath();
            boolean del = FileUtil.del(userCodeParentPath);
            System.out.println("删除" + (del ? "成功" : "失败"));
            return del;
        }
        return true;
    }

    /**
     * 6、获取错误响应
     *
     * @param e
     * @return
     */
    private ExecuteCodeResponse getErrorResponse(Throwable e) {
        ExecuteCodeResponse executeCodeResponse = new ExecuteCodeResponse();
        executeCodeResponse.setOutputList(new ArrayList<>());
        executeCodeResponse.setMessage(e.getMessage());
        // 表示代码沙箱错误
        executeCodeResponse.setStatus(2);
        executeCodeResponse.setJudgeInfo(new JudgeInfo());
        return executeCodeResponse;
    }
}

熟悉模版方法模式的人一看就懂这个方法

package com.yupi.yuojcodesandbox;

import cn.hutool.core.io.FileUtil;
import cn.hutool.core.util.StrUtil;
import com.yupi.yuojcodesandbox.model.ExecuteCodeRequest;
import com.yupi.yuojcodesandbox.model.ExecuteCodeResponse;
import com.yupi.yuojcodesandbox.model.ExecuteMessage;
import com.yupi.yuojcodesandbox.model.JudgeInfo;
import com.yupi.yuojcodesandbox.utils.ProcessUtils;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;

import java.io.File;
import java.nio.charset.StandardCharsets;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.UUID;

/**
 * Java 代码沙箱模板方法的实现
 */
@Slf4j
public abstract class JavaCodeSandboxTemplate implements CodeSandbox {

    private static final String GLOBAL_CODE_DIR_NAME = "tmpCode";

    private static final String GLOBAL_JAVA_CLASS_NAME = "Main.java";

    private static final long TIME_OUT = 5000L;

    /**
     *
     * @param executeCodeRequest 代码请求
     * @return
     */
    @Override
    public ExecuteCodeResponse executeCode(ExecuteCodeRequest executeCodeRequest) {
        List<String> inputList = executeCodeRequest.getInputList();
        String code = executeCodeRequest.getCode();
        String language = executeCodeRequest.getLanguage();

//        1. 把用户的代码保存为文件
        File userCodeFile = saveCodeToFile(code);

//        2. 编译代码，得到 class 文件
        ExecuteMessage compileFileExecuteMessage = compileFile(userCodeFile);
        System.out.println(compileFileExecuteMessage);

        // 3. 执行代码，得到输出结果
        List<ExecuteMessage> executeMessageList = runFile(userCodeFile, inputList);

//        4. 收集整理输出结果
        ExecuteCodeResponse outputResponse = getOutputResponse(executeMessageList);

//        5. 文件清理
        boolean b = deleteFile(userCodeFile);
        if (!b) {
            log.error("deleteFile error, userCodeFilePath = {}", userCodeFile.getAbsolutePath());
        }
        return outputResponse;
    }


    /**
     * 1. 把用户的代码保存为文件
     * @param code 用户代码
     * @return
     */
    public File saveCodeToFile(String code) {
        String userDir = System.getProperty("user.dir");
        String globalCodePathName = userDir + File.separator + GLOBAL_CODE_DIR_NAME;
        // 判断全局代码目录是否存在，没有则新建
        if (!FileUtil.exist(globalCodePathName)) {
            FileUtil.mkdir(globalCodePathName);
        }

        // 把用户的代码隔离存放
        String userCodeParentPath = globalCodePathName + File.separator + UUID.randomUUID();
        String userCodePath = userCodeParentPath + File.separator + GLOBAL_JAVA_CLASS_NAME;
        File userCodeFile = FileUtil.writeString(code, userCodePath, StandardCharsets.UTF_8);
        return userCodeFile;
    }

    /**
     * 2、编译代码
     * @param userCodeFile 保存的文件
     * @return
     */
    public ExecuteMessage compileFile(File userCodeFile) {
        String compileCmd = String.format("javac -encoding utf-8 %s", userCodeFile.getAbsolutePath());
        try {
            Process compileProcess = Runtime.getRuntime().exec(compileCmd);
            ExecuteMessage executeMessage = ProcessUtils.runProcessAndGetMessage(compileProcess, "编译");
            if (executeMessage.getExitValue() != 0) {
                throw new RuntimeException("编译错误");
            }
            return executeMessage;
        } catch (Exception e) {
//            return getErrorResponse(e);
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }

    /**
     * 3、执行文件，获得执行结果列表
     * @param userCodeFile
     * @param inputList
     * @return
     */
    public List<ExecuteMessage> runFile(File userCodeFile, List<String> inputList) {
        String userCodeParentPath = userCodeFile.getParentFile().getAbsolutePath();

        List<ExecuteMessage> executeMessageList = new ArrayList<>();
        for (String inputArgs : inputList) {
//            String runCmd = String.format("java -Xmx256m -Dfile.encoding=UTF-8 -cp %s Main %s", userCodeParentPath, inputArgs);
            String runCmd = String.format("java -Xmx256m -Dfile.encoding=UTF-8 -cp %s Main %s", userCodeParentPath, inputArgs);
            try {
                Process runProcess = Runtime.getRuntime().exec(runCmd);
                // 超时控制
                new Thread(() -> {
                    try {
                        Thread.sleep(TIME_OUT);
                        System.out.println("超时了，中断");
                        runProcess.destroy();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        throw new RuntimeException(e);
                    }
                }).start();
                ExecuteMessage executeMessage = ProcessUtils.runProcessAndGetMessage(runProcess, "运行");
                System.out.println(executeMessage);
                executeMessageList.add(executeMessage);
            } catch (Exception e) {
                throw new RuntimeException("执行错误", e);
            }
        }
        return executeMessageList;
    }

    /**
     * 4、获取输出结果
     * @param executeMessageList
     * @return
     */
    public ExecuteCodeResponse getOutputResponse(List<ExecuteMessage> executeMessageList) {
        ExecuteCodeResponse executeCodeResponse = new ExecuteCodeResponse();
        List<String> outputList = new ArrayList<>();
        // 取用时最大值，便于判断是否超时
        long maxTime = 0;
        for (ExecuteMessage executeMessage : executeMessageList) {
            String errorMessage = executeMessage.getErrorMessage();
            if (StrUtil.isNotBlank(errorMessage)) {
                executeCodeResponse.setMessage(errorMessage);
                // 用户提交的代码执行中存在错误
                executeCodeResponse.setStatus(3);
                break;
            }
            outputList.add(executeMessage.getMessage());
            Long time = executeMessage.getTime();
            if (time != null) {
                maxTime = Math.max(maxTime, time);
            }
        }
        // 正常运行完成
        if (outputList.size() == executeMessageList.size()) {
            executeCodeResponse.setStatus(1);
        }
        executeCodeResponse.setOutputList(outputList);
        JudgeInfo judgeInfo = new JudgeInfo();
        judgeInfo.setTime(maxTime);
        // 要借助第三方库来获取内存占用，非常麻烦，此处不做实现
//        judgeInfo.setMemory();
        executeCodeResponse.setJudgeInfo(judgeInfo);
        return executeCodeResponse;
    }

    /**
     * 5、删除文件
     * @param userCodeFile
     * @return
     */
    public boolean deleteFile(File userCodeFile) {
        if (userCodeFile.getParentFile() != null) {
            String userCodeParentPath = userCodeFile.getParentFile().getAbsolutePath();
            boolean del = FileUtil.del(userCodeParentPath);
            System.out.println("删除" + (del ? "成功" : "失败"));
            return del;
        }
        return true;
    }

    /**
     * 6、获取错误响应
     *
     * @param e
     * @return
     */
    private ExecuteCodeResponse getErrorResponse(Throwable e) {
        ExecuteCodeResponse executeCodeResponse = new ExecuteCodeResponse();
        executeCodeResponse.setOutputList(new ArrayList<>());
        executeCodeResponse.setMessage(e.getMessage());
        // 表示代码沙箱错误
        executeCodeResponse.setStatus(2);
        executeCodeResponse.setJudgeInfo(new JudgeInfo());
        return executeCodeResponse;
    }
}

http://www.kler.cn/a/322264.html

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