一、处理异常

为了防止用户输入异常 ID，我们创建 ProblemNotFoundException 异常类来处理。

为了防止用户提交有问题的代码，我们创建 CodeInValidException 异常类来处理。

统一在 catch 处理异常代码。

整理整体代码结构，去除冗余代码，最后 CompileServlet 类代码如下：

@WebServlet("/compile")
public class CompileServlet extends HttpServlet {

    static class CompileRequest {
        public int id;
        public String code;
    }
    static class CompileResponse {
        // 0 表示没问题，1 表示编译出错，2 表示运行异常，3 表示其它错误
        public int error;
        public String reason;
        public String stdout;
    }

    private ObjectMapper objectMapper = new ObjectMapper();

    @Override
    protected void doPost(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp) throws ServletException, IOException {
    
        CompileRequest compileRequest = new CompileRequest();
        CompileResponse compileResponse = new CompileResponse();

        try {
            resp.setStatus(200);
            resp.setContentType("application/json;charset=utf8");

            // 1. 读取请求的正文
            String body = readBody(req);
            // 类对象，获取类的信息
            compileRequest = objectMapper.readValue(body, CompileRequest.class);

            // 2. 根据 id 从数据库中查找到题目的详情 - 得到测试用例代码
            ProblemDAO problemDAO = new ProblemDAO();
            Problem problem = problemDAO.selectOne(compileRequest.id);

            // 处理用户输入异常 id，导致查不到题目
            if (problem == null) {
                // 为了统一处理错误，在这个地方抛出一个异常
                throw new ProblemNotFoundException();
            }

            // testCode 是测试用例的代码
            String testCode = problem.getTestCode();
            // requestCode 是用户提交的代码
            String requestCode = compileRequest.code;

            // 3. 把用户提交的代码和测试用例代码，拼接成一个完整的代码
            String finalCode = mergeCode(requestCode, testCode);
            // 处理用户提交有问题的代码
            if (finalCode == null) {
                throw new CodeInValidException();
            }
//            System.out.println(finalCode);

            // 4. 创建一个 Task 实例，调用里面的 compileAndRun 来解析编译运行
            Task task = new Task();
            Question question = new Question();
            question.setCode(finalCode);
            Answer answer = task.compileAndRun(question);

            // 5. 根据 Task 运行的结果，包装成一个 HTTP 响应
            compileResponse.error = answer.getError();
            compileResponse.reason = answer.getReason();
            compileResponse.stdout = answer.getStdout();

        } catch (ProblemNotFoundException e) {
            // 处理题目没有找到异常
            compileResponse.error = 3;
            compileResponse.reason = "没有找到指定题目！id = " + compileRequest.id;
        } catch (CodeInValidException e) {
            // 处理用户提交的代码有问题
            compileResponse.error = 3;
            compileResponse.reason = "提交的代码不符合要求！";
        } finally {
            String respString = objectMapper.writeValueAsString(compileResponse);
            resp.getWriter().write(respString);
        }
    }



    // 拼接代码
    private static String mergeCode(String requestCode, String testCode) {
        // 1. 查找 requestCode 最后一个 }
        int pos = requestCode.lastIndexOf("}");
        if (pos == -1) {
            return null;
        }
        // 2. 截取字符串
        String substring = requestCode.substring(0, pos);
        // 3. 拼接字符串并返回
        return substring + testCode + "\n}";
    }



    // 通过请求头获取数据，转换成String 返回
    private static String readBody(HttpServletRequest req) throws UnsupportedEncodingException {
        // 1. 根据请求头里面的 ContentLength 获取到 body 的长度（单位是字节）
        int contentLength = req.getContentLength();
        // 2. 按照这个长度准备好一个 byte[]
        byte[] buffer = new byte[contentLength];
        // 3. 通过 req 里面的 getInputStream 方法，获取到 body 的流对象
        try (InputStream inputStream = req.getInputStream()) {
            // 4. 基于这个流对象，读取内容，然后把内容放到 byte[] 数字中即可
            inputStream.read(buffer);
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        // 5. 把这个 byte[] 的内容构造成一个 String，同时设置转换字符集格式
        return new String(buffer, "utf8");
    }
}

测试一波~

输入错误 id 能够捕捉异常。

二、区分不同请求的工作目录

问题引入

每次有一个请求过来，都需要生成一组临时文件。
如果同一时刻，有 N 个请求一起过来，这些临时文件和目录都是一样的。
此时多个请求之间就会出现 “相互干扰” 的情况（非常类似于线程安全问题）。

这三个请求，里面的题目和提交的代码都是一样的吗？都是不一样的！
因为这是来自三个不同用户的请求。
如果我们使用同一份目录里面的同一份文件，就会出现这种相互干扰的情况！

解决方法

我们需要让每个请求，都有一个自己的目录来存放这些临时文件，不会导致相互干扰。

因此，我们需要让每个请求创建的 WORK_DIR 目录都不相同！这时候就可以使用 “唯一 ID” 来作为目录的名字~

UUID

UUID 是计算机中非常常用的一个概念，表示一个 “全世界都唯一的 id”。每次生成的一个 UUID，会根据一系列算法，来保证这个 UUID 是唯一的。

每个请求，都生成一个唯一的 UUID，进一步创建一个以 UUID 命名的临时目录。最后把生成的临时文件都放在这个临时目录中即可。

对 Task 类进行重构

把开头的一组常量修改成变量。
然后创建一个构造方法，在里面生成 UUID 即可。

完整的 Task 类

// 编译运行
public class Task {
    // 通过一组常量来约定临时文件的名字
    // 表示所有临时文件所在的目录
    private  String WORK_DIR = null;
    // 约定代码的类名
    private  String CLASS = null;
    // 约定要编译的代码文件名
    private String CODE = null;
    // 约定存放编译错误信息的文件名
    private String COMPILE_ERROR = null;
    // 约定存放运行时标准输出的文件名
    private String STDOUT = null;
    // 存放运行时标准错误的文件名
    private String STDERR = null;

    public Task() {
        // 在 Java 中使用 UUID 这个类，就能够生成一个 UUID
        WORK_DIR = "./tmp/" + UUID.randomUUID().toString() + "/";
        CLASS = "Solution";
        CODE = WORK_DIR + "Solution.java";
        COMPILE_ERROR = WORK_DIR + "compileError.txt";
        STDOUT = WORK_DIR + "stdout.txt";
        STDERR = WORK_DIR + "stderr.txt";
    }

    // 此类的核心方法。
    // 参数：要编译运行的 Java 源代码；
    // 返回值：表示编译运行结果。
    public Answer compileAndRun(Question question) {
        Answer answer = new Answer();
        // 0. 准备好用来存放临时文件的目录
        File workDir = new File(WORK_DIR);
        // 判断是否存在该目录
        if (!workDir.exists()) {
            // 不存在则创建多级目录.
            workDir.mkdirs();
        }

        // 1. 把 question 中的 code 写入到一个 Solution.java 文件中
        FileUtil.writeFile(question.getCode(), CODE);

        // 2. 创建子进程，调用 javac 进行编译。编译的时候，需要有一个 .java 文件
        //      如果编译出错，javac 就会把错误信息写入到 stderr 里，使用专门的文件来保存：compileError.txt
        String compileCmd = String.format("javac -encoding utf8 %s -d %s", CODE, WORK_DIR);
        System.out.println("编译时：" + compileCmd);
        CommandUtil.run(compileCmd, null, COMPILE_ERROR);
        // 如果编译出错，错误信息就被记录到 COMPILE_ERROR 这个文件中。如果没有编译出错，该文件为空。
        String compileError = FileUtil.readFile(COMPILE_ERROR);
        if (!compileError.equals("")) {
            System.out.println("编译出错！");
            answer.setError(1);
            answer.setReason(compileError);
            return answer;
        }

        // 3. 创建子进程，调用 java 命令执行
        //      运行程序的时候，也会把 java 子进程的标准输出和标准错误获取到. stdout.txt, stderr.txt
        String runCmd = String.format("java -classpath %s %s", WORK_DIR, CLASS);
        System.out.println("运行时：" + runCmd);
        CommandUtil.run(runCmd, STDOUT, STDERR);
        String runError = FileUtil.readFile(STDERR);
        if (!runError.equals("")) {
            System.out.println("运行时错误！");
            answer.setError(2);
            answer.setReason(runError);
            return answer;
        }

        // 4. 父进程获取到刚才的编译执行结果，并打包成 compile.Answer 对象
        //      正常编译运行的结果，就通过刚才约定的文件来进行获取
        answer.setError(0);
        answer.setStdout(FileUtil.readFile(STDOUT));

        return answer;
    }

    public static void main(String[] args) {
        Task task = new Task();
        // 待编译代码
        Question question = new Question();
        question.setCode("public class Solution {\n" +
                "    public static void main(String[] args) {\n" +
                "        System.out.println(\"hello world\");\n" +
                "    }\n" +
                "}\n");
        // 编译运行后的结果
        Answer answer = task.compileAndRun(question);
        System.out.println(answer);
    }
}

单独编译运行 Task 类，我们可以从项目目录的 tmp 文件中，发现已经生成了 UUID 命名的文件。

启动 Tomcat，发现没有生成目录

是因为相对路径的原因。
IDEA 中直接运行 Task 类，这时候的工作目录就是当前 Java 项目所在的目录。
IDEA 通过 SmartTomcat 来运行 Servlet 程序，此时的工作目录就是由 SmartTomcat 控制的。不想由 SmartTomcat 控制，就可以写绝对路径。

所以，当我们使用相对路径指定文件的时候，发现文件找不到，主要是工作目录是啥我们不知道。

我们为代码添加一端监控，查看 SmartTomcat 的工作目录。

        // 查看 SmartTomcat 的工作目录
        System.out.println("用户工作目录：" + System.getProperty("user.dir"));

重新运行 Tomcat，通过 Postman 发送请求，控制台就会输出工作目录，最后能够在 tmp 文件中找到生成的 UUID 目录。

三、校验代码的安全性

当前代码还存在一个严重的安全性问题。

在线 OJ 系统需要执行一段用户提交的代码，用户提交的代码，可能是存在安全隐患的。

大家可以试试，这段代码在 leetcode 上执行看看什么结果。

有诸多问题需要防范，目前能注意的到有这些：

Runtime 能够执行一个程序指令，这个比较危险。
代码中可能存在一些 “读写操作”，黑客可能直接把一个病毒程序写到你的机器上。
代码中如果存在一些 “网络” 操作，也是比较危险的。

解决方法

一个简单粗暴的方法，就是使用一个黑名单，把有危险的代码特性，都放在黑名单中。
在获取到用户提交代码的时候，就查询一个当前是否命中黑名单，如果命中黑名单就直接报错，不去编译执行。

// 黑名单
private boolean checkCodeSafe(String code) {
    List<String> blackList = new ArrayList<>();
    // 恶意代码
    blackList.add("Runtime");
    blackList.add("exec");
    // 禁止读写文件
    blackList.add("java.io");
    // 禁止访问网络
    blackList.add("java.net");

    for (String target : blackList) {
        int pos = code.indexOf(target);
        if (pos > 0) {
            return false;
        }
    }
    return true;
}