【OJ】⑧单机版沙箱

Docker沙箱改造

1.模板方法优化代码沙箱

​ 先确认设计模式的应用场景和现有的业务场景是否匹配

模板方法概念

模版方法：定义一套通用的执行流程，让子类负责每个执行步骤的具体实现

模版方法的适用场景：适用于有规范的流程，且执行流程可以复用

作用：大幅节省重复代码量，便于项目扩展、更好维护

对比JavaNativeCodeSandbox、JavaDockerCodeSandbox的方法实现流程，基本都是遵循同样的一套思路，只不过可能每个步骤的实现细节可能有所不同

• 抽离一套通用的执行流程
• 能复用的尽量复用，不能复用的让子类自行进行扩展

定义一个模板方法抽象类：JavaCodeSandboxTemplate（定义一套通用的执行流程），先复制具体的实现类，把代码从完整的方法中抽离成一个子写法

1.抽象出具体的流程

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;
    }

2.定义子类的具体实现

​ Java 原生代码沙箱实现，直接复用模板方法定义好的方法实现

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

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

​ Docker 代码沙箱实现，需要自行重写 RunFile（因为RunFile的执行方式不一样，需要重写）

public class JavaDockerCodeSandbox extends JavaCodeSandboxTemplate{


    private static final long TIME_OUT = 5000L;

    private static final Boolean FIRST_INIT = true;

    /**
     * 3、创建容器，把文件复制到容器内
     * @param userCodeFile
     * @param inputList
     * @return
     */
    @Override
    public List<ExecuteMessage> runFile(File userCodeFile, List<String> inputList) {
        ...... 业务逻辑 ......
    }
}

2.给代码沙箱提供API

​ 直接在controller层暴露接口（CondeSandbox定义的接口实现）

@PostMapping("/executeCode")
ExecuteCodeResponse executeCode(@RequestBody ExecuteCodeRequest executeCodeRequest) {
    if (executeCodeRequest == null) {
        throw new RuntimeException("请求参数为空");
    }
    return javaNativeCodeSandbox.executeCode(executeCodeRequest);
}

​ oj-platform-backend：改造远程调用代码沙箱的调用RemoteCodeSandbox

/**
 * 远程代码沙箱（实际调用接口的沙箱）
 */
public class RemoteCodeSandbox implements CodeSandbox {

    @Override
    public ExecuteCodeResponse executeCode(ExecuteCodeRequest executeCodeRequest) {
       // ----- 修改为调用远程代码沙箱接口进行响应 ------
//        System.out.println("远程代码沙箱");
//        return null;
    }
}

调用安全性改造：如果将服务不做任何的权限校验，直接发到公网，是不安全的。

1）调用方与服务提供方之间约定一个字符串**（最好加密）**

• 优点：实现最简单，比较适合内部系统之间相互调用（相对可信的环境内部调用）
• 缺点：不够灵活，如果 key 泄露或变更，需要重启代码

代码沙箱服务，先定义确定的字符串：

// 定义鉴权请求头和密钥
private static final String AUTH_REQUEST_HEADER = "auth";
private static final String AUTH_REQUEST_SECRET = "secretKey";

接口提供方改造：改造请求，从请求头中获取认证信息并进行校验：

@PostMapping("/executeCode")
ExecuteCodeResponse executeCode(@RequestBody ExecuteCodeRequest executeCodeRequest, HttpServletRequest request,
                                HttpServletResponse response) {
    // 基本的认证
    String authHeader = request.getHeader(AUTH_REQUEST_HEADER);
    if (!AUTH_REQUEST_SECRET.equals(authHeader)) {
        response.setStatus(403);
        return null;
    }
    if (executeCodeRequest == null) {
        throw new RuntimeException("请求参数为空");
    }
    return javaNativeCodeSandbox.executeCode(executeCodeRequest);
}

接口调用方改造：在调用的时候补充请求头信息

@Override
public ExecuteCodeResponse executeCode(ExecuteCodeRequest executeCodeRequest) {
    System.out.println("远程代码沙箱");
    String url = "http://localhost:8090/executeCode";
    String json = JSONUtil.toJsonStr(executeCodeRequest);
    String responseStr = HttpUtil.createPost(url)
            .header(AUTH_REQUEST_HEADER, AUTH_REQUEST_SECRET)
            .body(json)
            .execute()
            .body();
    if (StringUtils.isBlank(responseStr)) {
        throw new BusinessException(ErrorCode.API_REQUEST_ERROR, "executeCode remoteSandbox error, message = " + responseStr);
    }
    return JSONUtil.toBean(responseStr, ExecuteCodeResponse.class);
}

2）API签名认证

​ 给允许调用的角色分配AK、SK，然后分别校验这两组key是否匹配

3.跑通业务流程

代码沙箱测试

代码沙箱测试：通过CodeSandboxTest进行测试，注意调整application.yml中的配置（codesandbox.type）为remote配置

页面测试

​ 需确保题目设定的正确性（测试用例的正确性以及输出结果校验正确性），如果题目设定异常，则在编译执行代码的时候就会出现错误（例如数组越界异常等情况）

​ 以Main.java的测试案例为例子，输入两个数字，输出两数之和，则输入的内容应该为1 2，输出为3，然后在代码沙箱中设置断点查看数据是否正常

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        int a = Integer.parseInt(args[0]);
        int b = Integer.parseInt(args[1]);
        System.out.println("结果:" + (a + b));
    }
}

​ 如果此处输入的测试用例不满足规则限定，例如多输入了一些内容或者其他，则在实际代码处理的时候就会报错（例如数组越界等）