如何使用 Java 和 Docker 开发在线代码编译器。

偏执的太偏执、 2023-09-27 17:59 17阅读 0赞

你有没有想过像 Codeforces 和 LeetCode 这样的平台是如何运作的？他们如何针对测试用例编译和运行多个用户的代码？他们如何确定算法的效率？  
在本文中，我们将深入探讨构建高效问题解决平台的过程。  
规格  
功能性  
我们的平台应该是：

能够支持多种编程语言。  
能够针对多个测试用例执行用户代码  
执行后能够返回正确的判断，判断列表（已接受、错误答案、超出时间限制、超出内存限制、运行时错误、编译错误）。  
如果判断是其中之一（超出时间限制、编译错误、运行时错误、超出内存限制），能够向用户返回详细错误。  
能够返回编译时长。  
能够返回每个测试用例的执行持续时间。  
非功能性  
我们的平台应该：

能够同时执行多个请求  
独立的执行环境（恶意用户代码不应该能够访问机器主机）  
如果超过时间限制，不应让代码运行。  
对于每个请求，用户代码应该编译一次，并针对测试用例执行多次。  
用户不应该能够访问主机文件系统。  
界面  
输入示例：  
\{  
“testCases”: \{  
“test1”: \{  
“input”: “<YOUR\_INPUT>”,  
“expectedOutput”: “<YOUR\_EXPECTED\_OUTPUT>”  
\},  
“test2”: \{  
“input”: “<YOUR\_INPUT>”,  
“expectedOutput”: “<YOUR\_EXPECTED\_OUTPUT>”  
\},  
…  
\},  
“sourceCode”: “<YOUR\_SOURCE\_CODE>”,  
“language”: “JAVA”,  
“timeLimit”: 15,  
“memoryLimit”: 500  
\}  
输出示例：  
\{  
“verdict”: “Accepted”,  
“statusCode”: 100,  
“error”: “”,  
“testCasesResult”: \{  
“test1”: \{  
“verdict”: “Accepted”,  
“verdictStatusCode”: 100,  
“output”: “0 1 2 3 4 5 6 7 8 9”,  
“error”: “”,  
“expectedOutput”: “0 1 2 3 4 5 6 7 8 9”,  
“executionDuration”: 175  
\},  
“test2”: \{  
“verdict”: “Accepted”,  
“verdictStatusCode”: 100,  
“output”: “9 8 7 1”,  
“error”: “” ,  
“expectedOutput”: “9 8 7 1”,  
“executionDuration”: 273  
\},  
…  
\},  
“compilationDuration”: 328,  
“averageExecutionDuration”: 183,  
“timeLimit”: 1500,  
“memoryLimit”: 500,  
“language”: “JAVA”,  
“dateTime”: “2022-01-28T23:32:02.843465”  
\}  
\{  
“verdict”: “Runtime Error”,  
“statusCode”: 600,  
“error”: “panic: runtime error: integer divide by zero\\n\\ngoroutine 1 \[running\]:\\nmain.main()\\n\\t/app/main.go:11 +0x9b\\n”,  
“testCasesResult”: \{  
“test1”: \{  
“verdict”: “Accepted”,  
“verdictStatusCode”: 100,  
“output”: “0 1 2 3 4 5 6 7 8 9”,  
“error”: “”,  
“expectedOutput”: “0 1 2 3 4 5 6 7 8 9”,  
“executionDuration”: 175  
\},  
“test2”: \{  
“verdict”: “Runtime Error”,  
“verdictStatusCode”: 600,  
“output”: “”,  
“error”: “panic: runtime error: integer divide by zero\\n\\ngoroutine 1 \[running\]:\\nmain.main()\\n\\t/app/main.go:11 +0x9b\\n” ,  
“expectedOutput”: “9 8 7 1”,  
“executionDuration”: 0  
\}  
\},  
“compilationDuration”: 328,  
“averageExecutionDuration”: 175,  
“timeLimit”: 1500,  
“memoryLimit”: 500,  
“language”: “GO”,  
“dateTime”: “2022-01-28T23:32:02.843465”  
\}  
执行  
独立的执行环境  
为了分离执行环境，我们可以使用容器。这个概念是获取用户提供的源代码并创建一个包含有关执行的信息（时间限制、内存限制、源代码、测试用例等）的 Docker 映像，并针对多个测试用例运行此容器。根据容器的退出代码，我们可以确定执行的结果（已接受、错误答案、超过时间限制、超过内存限制、运行时错误、编译错误）。

使用容器的一些好处。  
隔离：容器提供了一种将应用程序彼此隔离以及与主机系统隔离的方法。这有助于防止冲突并提高安全性。

可移植性：容器将应用程序运行所需的所有依赖项打包在一起，使应用程序可以轻松地在不同环境之间移动。

一致性：由于容器封装了应用程序运行所需的所有依赖项，因此有助于确保应用程序在不同环境中的行为一致。

可扩展性：容器可以很容易地扩展或缩小以满足不断变化的需求，从而轻松管理资源并确保应用程序始终以最佳性能运行。

成本效益：使用容器可以帮助降低运行和管理应用程序的成本，因为它们是轻量级的，并且比传统虚拟机需要更少的资源。

灵活性：容器可以部署在各种环境中，包括本地、云端或混合环境，使其非常灵活。

图片描述

如上图所示，我们需要两种类型的容器，编译容器和执行容器。每个请求将创建这些类型容器的一个镜像，然后它将创建一个编译容器镜像的容器实例，以及多个执行容器镜像的实例（每个测试用例一个）。

编译容器  
这些类型的容器用于将源代码编译成二进制文件。这些容器非常特殊，因为它们与主要服务共享体积。

例子：  
FROM openjdk:11.0.6-jdk-slim

WORKDIR /app

ENTRYPOINT \[“/bin/sh”, “-c”, “javac -d $EXECUTION\_PATH  E X E C U T I O N P A T H / EXECUTION\_PATH/