【项目】在线OJ项目总结

1.项目简介

仿照leetcode来写一个在线判题系统的项目，用户可以实现通过url在浏览器访问试题列表、选中相关题目并编写代码、提交到服务器编译运行、将结果反馈给浏览器展示在页面等相关操作。

2.核心功能

  • 题目列表页面，表示当前系统中的所有题目

  • 题目详情页面，显示题目的具体要求和代码模板，提供一个编辑框供用户来编辑代码，提交并显示出运行结果；

  • 代码的编译、运行、测试功能，能够针对用户提交的代码，进行编译运行，并自动执行测试用例，返回测试结果；

3.开发环境

  • maven ：使用Maven来管理依赖，打包项目；
  • MySQL：使用MySQL数据库作为业务数据的存储；
  • Servlet：每个页面调用后台接口都需要使用哪些Servlet来完成业务；
  • IDEA：进行Java代码的编写
  • Linux：进行环境的部署

4.项目使用技术

  • JDBC：用来实现数据库的操作；
  • Runtime多进程：通过代码控制jdk进行编译和运行；
  • Java：利用了Java的基础语法，继承、单例模式、异常等；
  • Gson：用来在Java对象和JSON数据之间的转换；

5.项目模块介绍

5.1 编译模块

目标：给定以Java代码文件（这里只考虑单个文件的情况，不考虑多文件复杂工程的情况），能够通过代码并并控制jdk进行编译和运行

第一步：借助一个类：CommandUtil，让Java代码能够去执行一个具体的指令

Runtime类和Process类：这里我们需要在当前程序中调用另一个现成的系统命令，这样就利用利用Runtime类和Process类，可以创建一个子进程，并且让子进程来执行一个相关的命令（编译：javac，运行：java）

//1.获取Runtime对象,Runtime对象是一个单例的
Runtime runtime=Runtime.getRuntime();
//2.通过Runtime对象中的exec方法来执行一个指令
//相当于在命令行中输入cmd命令并执行
Process process=runtime.exec(cmd);

重定向：使用重定向，是为了把进程输出的内容写到指定的文件中去；

实现重定向，需要先获取到创建出的新的进程对象：process；然后我们只对标准重定向，不一定能看到最终结果，一个命令的输出内容也有可能是通过标准错误来打印的；所以，我们定义两个文件标准输出、标准错误；

//3.针对标准输出进行重定向
if(stdoutFile!=null){
    //进程的标准输出中的结果就可以通过这个InputStream获取到
    InputStream stdoutFrom=process.getInputStream();
    OutputStream stdoutTo=new FileOutputStream(stdoutFile);
    int ch=-1;
    while((ch=stdoutFrom.read())!= -1){
        stdoutTo.write(ch);
    }
    stdoutFrom.close();
    stdoutTo.close();
}
//4.针对标准错误也进行重定向
if(stderrFile!=null){
    InputStream stderrFrom =process.getErrorStream();
    OutputStream stderrTo=new FileOutputStream(stderrFile);
    int ch=-1;
    while((ch=stderrFrom.read())!=-1){
        stderrTo.write(ch);
    }
    stderrFrom.close();
    stderrTo.close();

}

进程等待：多进程和多线程一样，都是并发式执行的，为了能够确保子进程先执行完，就先让父进程进行等待；

//5.为了确保子进程先执行完，需要加上进程等待
 //  父进程会在waitfor阻塞等待，直到子进程执行结束，再继续往下执行
int exitCode= process.waitFor();
 return exitCode;

第二步：借助上面的类，把整个Java程序的编译和运行过程组合在一起；

  • Question类：描述了一次编译运行过程中都依赖哪些数据；
  • Answer类：描述了一次编译运行过程中都产生了哪些数据；
  • FileUtil：一个读写文件操作的类，让读写文件更加的方便；
  • Task类：借助这个类来描述一次编译运行的过程，定义了一些临时文件的名称，这些临时文件记录了编译运行过程中的中间结果，为了方便调试；

得到的临时文件的目录：

在Task类里面定义方法compileAndRun来描述编译运行的过程；

主要过程为：

  • 1.创建存放临时文件的目录
  • 2.根据Question对象，构建临时文件
  • 3.构建编译命令：形如javac -encoding utf8 ./tmp/Solution.java -d ./tmp/（-d表示在编译命令中，生成的.class文件在哪个目录中）
  • 判断编译是否出错，如果出错，不需要再去执行了，即判断编译错误对应的文件是否为空；
  • 4.构造运行命令并执行：形如java -classpath ./tmp/ Solution（-classpath来指定加载路径）
  • 判断运行是否出错（是否存在异常），如果不错，不需要去执行，即判断标准错误对应的文件是否为空；
  • 5.将最终的运行结果包装到Answer中返回；

5.2 题目管理模块

第一步：数据库设计

这个操作主要在Linux上进行，提前要在Linux上安装好JDK、MySQL、tomcat、Maven

设计的数据库为：

在Linux上访问利用的方法是把代码打包放到云服务器上进行执行；

进行数据库的操作：

进行数据库的连接操作时，采用的是DataSource数据库连接池，这里，为了提高效率，采用的是线程安全版本的单例模式，核心操作为：synchronized加锁、双重if判断、volatile关键字：

private static volatile DataSource dataSource = null;
public static DataSource getDataSource(){
    if(dataSource == null){
        synchronized (DBUtil.class) {
            if(dataSource == null){
                dataSource = new MysqlDataSource();
                ((MysqlDataSource)dataSource).setURL(URL);
                ((MysqlDataSource)dataSource).setUser(USERNAME);
                ((MysqlDataSource)dataSource).setPassword(PASSWORD);
            }
        }
    }
    return dataSource;
}

此项目需要数据库的操作还有：获取所有题目信息、获取指定id的题目、新增一个题目到数据库、删除指定信息；

第二步：设计前后端交互的API

设计过程是和需求有关的，需求如下：

  • 1.需要有一个主页，包含了OJ题目列表，所以要有一个API能查到所有的题目信息（可能需要考虑分页，只需要知道id，标题，难度）
  • 2.点击主页中的某个题目列表，会进入到详情页，详情页中包含了题目的进一步信息，所以要有一个API能查到题目的详细信息（标题，id，难度，描述，代码模板）
  • 3.点击提交按钮，会把当前编辑框中的代码提交到服务器上并编译运行，所以要有一个API能提供编译运行功能；

Gson介绍：

  • Gson是Google提供的用来在Java对象和JSON数据之间进行映射的Java类库。可以将一个Json字符转成一个Java对象，或者将一个Java转换为Json字符串；
  • 特点：快速、高效；代码量少、简洁；面向对象；数据传递和解析方面；
  • Gson的pom依赖：
<!--JSON库，gson-->
<dependency>
    <groupId>com.google.code.gson</groupId>
    <artifactId>gson</artifactId>
    <version>2.8.2</version>
</dependency>
  • 创建方式：
// 方式1
Gson gson = new gson();
// 方式2
Gson gson = new GsonBuilder().create();
  • 使用方法：
// 将Java对象转换为JSON字符串（problems是创建的对象）
String jsonString = gson.toJson(problems);

// 将JSON字符串转换为Java对象（body为请求到的前端数据，将他转换为CompileRequest对象）
CompileRequest compileRequest = gson.fromJson(body,CompileRequest.class);

ProblemServlet类作用：

1.利用get获取到所有的题目列表：获取到题目列表只需要知道题目的id,title,level;那么可以通过ProblemDAO类里面的selectAll来获取数据库里面的类信息，最后将它转换为Json字符串，最后将他返回到前端；

2.利用get获取到题目的详细信息：获取到题目的详细信息要根据具体的题目id来确定，方法和上一个类似；

CompileServlet类作用：把编译框中的代码进行编译运行并给出结果

1.创建两个类，用来完成请求解析和相应的构建

2.在doPost()方法中处理过程：

步骤为：先读取请求中的所有数据——>解析json数据，得到CompileRequest对象——>根据CompileRequest对象得到id，按照id从数据库中读取到对应的测试用例代码，再根据CompileRequest对象得到用户输入的代码——>把用户输入的代码和测试用例进行组装，成一个完整的可执行编译的代码——>创建Task对象对刚才的代码进行编译运行——>把运行结果构造成响应数据，并写会给客户端；

5.3 前端代码逻辑

需要写一些网页，通过这些网页把后端的逻辑串到一起，组织成一个功能相对完整的程序；

系统主要有两个页面：

  1. 题目列表页：主要有一个表格
  2. 题目详情页：主要能显示题目的详细信息，以及需要提供一个代码编辑框

借助JQuery这个库，完成从网页访问访问服务器的操作：

<script src="https://code.jquery.com/jquery-3.1.1.min.js"></script>

借助Vue这个框架，实现把数据渲染到页面上：

<!--Vue的引入-->
<!-- 开发环境版本，包含了有帮助的命令行警告 -->
<script src="https://cdn.jsdelivr.net/npm/vue/dist/vue.js"></script>

实现题目列表页和题目详情页和数据之间的关联，同时实现两个页面之间的切换；

6.项目的缺点

题目的录入是要每次在后台录入，不能在线录入，比较麻烦；

没有用户管理，不能清楚的统计每个人做的题；

7.项目源码

https://github.com/yaoguo00/java-oj

 

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