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超小型在線評測系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

2018-06-13 07:52:42黃金春杜娟嬌

現(xiàn)代計算機 2018年13期

黃金春，杜娟嬌

（1.廣西中醫(yī)藥大學圖書館信息技術部，南寧 530021；2.廣西中醫(yī)藥大學第一附屬醫(yī)院教學部，南寧 530001）

0 引言

隨著社會的高度發(fā)展，信息技術應用到了社會生活的方方面面，也促使更多的學生投身到信息技術開發(fā)的工作中，而程序設計能力作為最重要的開發(fā)能力，也日益成為了各個專業(yè)學生的學習要求。提高程序設計的能力需要大量的編程實踐練習，因此很多學校都開發(fā)了源代碼在線評測系統(tǒng)（Online Judge下稱OJ系統(tǒng)）以用來提高學生的程序設計水平。但傳統(tǒng)的OJ系統(tǒng)都比較龐大，需要安裝Web服務器還需要安裝數(shù)據(jù)庫服務器，非常不方便在日常的教學中使用，本文提出一種不需要搭建Web服務器也不需要搭建數(shù)據(jù)庫服務器的超小型OJ系統(tǒng)，并具體論述系統(tǒng)的實現(xiàn)。

1 系統(tǒng)基本架構

超小型OJ系統(tǒng)雖然不需要Web服務器以及數(shù)據(jù)庫服務器，但是同樣實現(xiàn)Web服務和數(shù)據(jù)庫服務功能。系統(tǒng)Web功能基于Java的HTTP Server API開發(fā)，這些API主要實現(xiàn)了HTTP協(xié)議，HTTP協(xié)議是最為流行的網(wǎng)絡協(xié)議由請求與應答協(xié)議構成，最主要使用是HttpServer類、HttpHandle接口。HttpServer類實例實現(xiàn)監(jiān)聽客戶端的請求，然后HttpServer會調(diào)用HttpHandler接口實現(xiàn)類的回調(diào)方法來處理客戶端請求。數(shù)據(jù)庫功能采用Sqlite3系統(tǒng)來實現(xiàn)，該數(shù)據(jù)庫非常小巧，僅為一個文件，復制這個文件即可使用。

2 系統(tǒng)實現(xiàn)

2.1 建立監(jiān)聽，區(qū)分請求

在OJ系統(tǒng)中主要存在兩種請求，分別為題目請求（顯示題目以及提供寫程序的表單）和程序提交請求（完成對提交的程序進行編譯、運行、檢測運行結果等工作）。因為無Web服務器，無法使用不同網(wǎng)頁來區(qū)分請求。但是可以巧妙地使用HttpServer類的create-Context方法虛擬出不同請求來區(qū)分，具體設計是該方法有個上下文參數(shù)，構造不同參數(shù)即可實現(xiàn)區(qū)分不同請求，然后再調(diào)用HttpHandler接口實現(xiàn)類來處理請求。具體代碼如下：

HttpServer httpserver=provider.createHttpServer(new InetSocketAddress(6666),100)；//監(jiān)聽

httpserver.createContext("/",new MyHttpHandler())；//跟文件夾，表示題目請求。

httpserver.createContext("/hjc2",new SHttpHandler())；//hjc2

文件夾，表示程序提交請求

……

static class MyHttpHandler implements HttpHandler{//對第一種請求響應

……}

static class SHttpHandler implements HttpHandler{//對第二種請求響應

特別說明的是，代碼里提到hjc2文件夾，但其實并不存在這個文件夾，僅作為區(qū)分請求使用。

2.2 實現(xiàn)題目請求

在OJ系統(tǒng)中，要實現(xiàn)的第一個請求即為題目顯示請求。其流程如圖1所示。

圖1 題目請求流程

從示意圖看出題目請求由兩個響應內(nèi)容合成，一為顯示某個題目的內(nèi)容與要求，另一個為顯示提供學生做題的表單。題目內(nèi)容從數(shù)據(jù)庫中讀取，用一字符串變量保存，此處涉及數(shù)據(jù)庫讀取等Java操作本文不論述，要指出的是為了保持系統(tǒng)小型化的特色，選用Sqlite3之類的小型數(shù)據(jù)庫。表單的顯示比較簡單，因其為靜態(tài)內(nèi)容只要預先建立好htm文件用代碼讀取文件即可，要注意的是表單提交的action域必須是含有hjc2的路徑，以便表單提交后作為第二種請求處理。類似：

。該部分代碼如下：

static class MyHttpHandler implements HttpHandler{

public void handle(HttpExchange httpExchange)throws IOException{

String responseMsg=""；//響應信息

responseMsg=getFromDb()；//從數(shù)據(jù)庫讀取內(nèi)容

responseMsg=responseMsg+”

”+getFromHtm()；//從htm文件讀取內(nèi)容

byte[]bs=responseMsg.getBytes()；

httpExchange.sendResponseHeaders(200,bs.length)；//設置頭屬性及響應信息的長度

OutputStream out=httpExchange.getResponseBody()；//獲得輸出流

out.write(responseMsg.getBytes())；//發(fā)給客戶端

2.3 實現(xiàn)程序提交請求

該請求為重要的請求。實現(xiàn)比較復雜，分為主線程和定時器線程兩個流程，流程圖示如圖2所示。

圖2 提交處理流程

其中主線程主要完成在線編譯，在線輸入測試數(shù)據(jù)，在線執(zhí)行以及輸出做題反饋等功能。定時器線程是起到防止程序執(zhí)行時無休止地運行，比較簡單，在此僅介紹主線程的實現(xiàn)。

（1）在線編譯實現(xiàn)

在日常的程序設計中，都是使用IDE環(huán)境進行程序的編譯以及運行。其實無論對于C++源程序還是Java源程序還有命令行編譯模式，如Java命令行編譯為執(zhí)行Javac XX.java的命令，在線編譯則必須要運行編譯命令。在java環(huán)境下，可以使用Runtime類exec方法來實現(xiàn)運行外部命令，Runtime類封裝了運行時的環(huán)境。每個Java應用程序都有一個Runtime類實例，使應用程序能夠與其運行的環(huán)境相連接。為了對執(zhí)行的程序進行控制，不但需要Runtime類，還需要Process類，Runtime類的exec()方法返回一個Process對象，可以使用這個對象控制Java程序與新運行的進程進行交互。這兩個類是實現(xiàn)主線程里功能重要的類，后面還會使用到。實現(xiàn)在線編譯的代碼如下：

Runtime sr；

Process p；//Process類對象

String cmd,fdata；

sr=Runtime.getRuntime()；//獲取 Running 類實例

cmd="javac c:\users\hjc\documents\oj\C"+stuid+"_"+subjectid+".java"；

try{

p=sr.exec(cmd)；//執(zhí)行編譯并返回Process類對象

（2）編譯的輸出信息及在線輸入測試數(shù)據(jù)

要實現(xiàn)獲取編譯輸出信息，以便進行反饋，普通情況下可以使用javac……>>rs.txt等DOS下常用的輸出重定下方法。但在線方式下這方法不行，很多設計都采用管道，在此采用流來實現(xiàn)。但要注意使用什么流，先看流示意圖。

圖3 外部程序與OJ系統(tǒng)流示意圖

從示意圖可以看出，為了獲得外部編譯程序的輸出，采用的是輸入流而不是輸出流，而如果要向外部程序輸入信息則采用輸出流。使用Process對象的getInputStream()方法或者getErrorStream()方法返回輸入流，其中getInputStream()返回外部程序的正常輸出，而get-ErrorStream()方法返回是錯誤輸出。在OJ設計里編譯部分只關心的是編譯錯誤，使用錯誤流。獲取編譯信息的代碼如下：

InputStream fis=p.getErrorStream()；//取得錯誤結果的輸出流

InputStreamReader isr=new InputStreamReader(fis)；//用一個

讀輸出流類封裝

……Read讀流的內(nèi)容

在線輸入測試數(shù)據(jù)的設計和獲取編譯錯誤的設計類似，但是使用的是輸出流。代碼如下：

OutputStream fin=p.getOutputStream()；//取得輸入流

File f=new File("c:\users\hjc\documents\oj\T\t"+subjectid+".data")；//測試數(shù)據(jù)文件

……Writer寫入流

（3）執(zhí)行時間與內(nèi)存使用量

在反饋信息中，還有一項重要的內(nèi)容是要獲取程序執(zhí)行的時間及內(nèi)存使用字節(jié)數(shù)。獲取執(zhí)行時間比較簡單，分別在程序開始和結束時各獲取一次時間，然后計算兩次時間差即可。獲取內(nèi)存可以使用Runtime類的 freeMemory()方法，如：sr.freeMemory()，也分別在程序開始和結束時各獲取一次，然后計算差值。要注意的是在開始時最好使用sr.gc()方法先清理一次內(nèi)存，這樣可以獲取地更為準確。

（4）程序控制

在OJ設計中還要對提交程序的執(zhí)行進行控制。提交的程序可能會含有死循環(huán)、破壞性代碼等各種問題，如果不對程序加以控制，很容易造成嚴重的后果。程序控制主要從兩方面進行，一為運行時間控制，二為運行安全控制。

運行時間控制采用定時器和Process類同時控制的方式，具體設計是在程序執(zhí)行前，先啟動定時器線程，定時3秒，如果程序能在3秒內(nèi)結束則認為程序是合理的運行，如果程序超過3秒，則利用Process類的destroy方法強制停止程序運行，并返回超時結果。

安全運行控制。這部分設計在很多OJ系統(tǒng)中基本使用C++開發(fā)調(diào)用系統(tǒng)內(nèi)核函數(shù)來實現(xiàn)（基于Linux的ACM在線評測系統(tǒng)研究），設計的較為復雜。Java在JDK1.6后提供了一個安全管理器，可以對執(zhí)行的Java程序進行多方面的限制（該內(nèi)容較多在此不論述），設計好限制文件后，在運行時加入限制參數(shù)-Djava.security.manager即可以實現(xiàn)限制模式下運行。

3 結語

計算機程序設計能力作為當今信息社會的一種重要能力愈發(fā)得到學生們的重視，OJ系統(tǒng)是提高學生設計能力的一種重要工具。本文介紹了一種小型的OJ系統(tǒng)實現(xiàn)，實踐表明該系統(tǒng)非常小，既不需要安裝Web系統(tǒng)也不需要安裝數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，僅有幾個文件完全可以放置在U盤里帶著走，但該系統(tǒng)卻可以實現(xiàn)大型OJ系統(tǒng)的主要功能。系統(tǒng)非常適用于課堂上課，機房臨時小型測驗等需要快速部署的場所，具有非常強的實用性。

[1]黃金春等.編寫Web服務器遠程查看MySQL數(shù)據(jù)[J].信息系統(tǒng)工程，2009（187）.

[2]ITeye博客.JDK6新玩具——HttpServer的使用[EB/OL].http://sunnylocus.iteye.com/blog/460945.

[3]51CTO博客.深入研究java.lang.Runtime類[EB/OL].http://blog.51cto.com/lavasoft/15565.

[4]蔡崇超.基于Web的在線判題系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[J].軟件導刊，2016（15）3.

[5]Oracle Help Center.Class SecurityManager[EB].https://docs.oracle.com/javase/7/docs/api/java/lang/SecurityManager.html.