Cat Online Judge 判题系统

Cat Online Judge

作者：猫十二懿

项目介绍

本项目是基于 Spring Boot + Spring Cloud Alibaba 微服务 + Docker + RabbitMQ + Vue 3 的 编程算法题目在线评测系统
（简称OJ）。

在线访问：http://oj.kongshier.top/

源项目来自编程导航（https://yupi.icu）

Cat OJ（Cat Online Judge）系统是一个在线算法评测系统，用户可以选择题目、编写代码并提交代码进行评测，而且是高效、稳定的 OJ
在线判题评测系统，它能够根据用户提交的代码、出题人预先设置的题目输入和输出用例，进行编译代码、运行代码、判断代码运行结果是否正确。

项目功能

题目模块

1. 创建题目（管理员）
2. 删除题目（管理员）
3. 修改题目（管理员）
4. 搜索题目（用户/管理员）
5. 题目管理（管理员）
6. 在线做题（用户/管理）
7. 提交题目代码（用户/管理）
8. 消息队列：防止判题服务执行时间过长，并使用死信队列处理判题失败的题目，避免消息积压。

用户模块

1. 注册
2. 登录，在微服务中使用JWT Token实现登录，在网关层面获取token登录消息，实现用户鉴权
3. 用户管理（管理员）
4. 用户上传头像功能，使用阿里云对象存储OSS存储图片
5. 用户限流。本项目使用到令牌桶限流算法，使用Redisson实现简单且高效分布式限流，限制用户每秒只能调用一次提交一次题目，防止用户恶意占用系统资源

判题模块

1. 提交判题：结果是否正确与错误
2. 错误处理：内存益出、安全性、超时
3. 代码沙箱：执行代码，返回执行信息
4. 开放接口：提供一个独立的新服务

代码沙箱

• 只负责接受代码和输入，运行代码，返回编译运行的结果，不用管用户提交的程序是否正确(不负责判题)

OJ系统调研

1. https://github.com/HimitZH/HOJ (适合学习)
2. https://github.com/QingdaoU/OnlineJudge (python，不好学，很成熟)
3. https://github.com/hzxie/voj (在Github上的Start⭐⭐没那么多，没那么成熟，但相对好学)
4. https://github.com/fleaking/uoj (php实现的)
5. https://github.com/zhblue/hustoj (成熟，但是php实现)
6. https://github.com/hydro-dev/Hydro (功能强大，Node.js实现)

项目核心亮点 ⭐

1. 权限校验：用户权限校验
2. 代码沙箱（安全沙箱）
   • 用户代码藏毒：写个木马文件、修改系统权限
   • 沙箱：隔离的、安全的环境，用户的代码不会影响到沙箱之外的系统的运行
   • 资源分配：限制用户程序的占用资源
3. 判题规则
   • 题目用例的比对，结果的验证
4. 任务调度（消息队列执行判题）
   • 服务器资源有限，用户要排队，按照顺序去依次执行判题

快速启动 ‍♂️

1. 下载/拉取本项目到本地（shieroj-backend-single、shieroj-code-sandbox、shieroj-frontend）
2. 通过 IDEA 代码编辑器进行打开项目，等待依赖的下载
3. 修改配置文件 application.yaml 的信息，比如数据库、Redis、RabbitMQ等
4. 修改信息完成后，通过 ShierApplication 程序进行运行项目

项目结构图

项目核心业务流程

判题服务：获取题目信息、预计的输入输出结果，返回给主业务后端：用户的答案是否正确
代码沙箱：只负责运行代码，给出程序运行的结果，不用管用户提交的程序是否正确。 因此 判题服务 和 代码沙箱 实现了解耦

核心流程时序图

微服务项目

服务模块划分

1. shieroj-backend-common：系统通用模块，比如用户角色权限校验，异常处理，统一返回值，常量，工具类等
2. shieroj-backend-file-service：系统文件模块，比如用户头像上传等
3. shieroj-backend-gateway：系统网关模块：实现了给前端返回统一接口路由，聚合文档（Knife4j），全局跨域配置，权限校验（JWT Token）等
4. shieroj-backend-judge-service：系统判题模块：调用远程代码沙箱接口，实现工厂模式、策略模式、代理模式，验证代码沙箱执行结果是否正确与错误，使用消息队列实现异步处理消息
5. shieroj-backend-model：系统实体模块，比如用户实体类、题目实体类，VO、枚举等
6. shieroj-backend-question-service：系统题目模块：题目的增删改查、题目提交限流、使用消息队列异步处理消息
7. shieroj-backend-service-client：系统内部调用模块，给内部系统提供调用接口
8. shieroj-backend-user-service：系统用户模块，管理员对用户的增删改查，用户自己信息查询，修改，头像上传。

项目技术栈和特点 ❤️‍

后端

1. Spring Boot：简化Spring开发框架
2. Spring MVC：
3. Spring Boot 调试工具和项目处理器
4. Spring AOP 切面编程
5. Spring 事务注解
6. Spring Cloud Alibaba
7. Spring Gateway
8. MyBatis + MyBatis Plus 数据访问（开启分页）
9. MyBatis-Plus 数据库访问结构
10. Redis：分布式存储用户信息
11. Redisson：限流控制
12. JWT Token：用户鉴权
13. RabbitMQ：消息队列
14. Docker 代码沙箱，实现隔离环境运行Java程序
15. Java安全管理器：保护 JVM、Java 安全的机制，实现对资源的操作限制
16. Nacos：服务注册管理中心
17. OpenFeign：微服务模块之间调用

前端

1. Vue 3
2. Vue Router: 路由管理
3. Vue-Cli 脚手架
4. Axios: HTTP客户端
5. Bytemd: Markdown 编辑器
6. Monaco Editor: 代码编辑器
7. highlight.js: 语法高亮
8. Moment.js: 日期处理库
9. Arco Design Vue: UI组件库
10. TypeScript: 静态类型系统

数据存储

• MySQL 数据库
• 阿里云 OSS 对象存储

通用特性

• Spring Session Redis 分布式登录
• 全局请求响应拦截器（记录日志）
• 全局异常处理器
• 自定义错误码
• 封装通用响应类
• Swagger + Knife4j 接口文档
• 自定义权限注解 + 全局校验
• 全局跨域处理
• 长整数丢失精度解决
• 多环境配置
• IDEA插件 MyBatisX ： 根据数据库表自动生成
• Hutool工具库 、Apache Common Utils、Gson 解析库、Lombok 注解

单元测试

• JUnit5 单元测试、业务功能单元测试

设计模式

• 静态工厂模式
• 代理模式
• 策略模式

远程开发

• VMware Workstation虚拟机
• Ubuntu Linux 18
• Docker环境
• 使用JetBrains Client连接

单体项目目录结构

├─sql  // 项目的SQL文件：创建数据库和数据表
├─src
   ├─main
      ├─java
      │  └─com
      │      └─shieroj
      │          ├─annotation // 权限控制
      │          ├─aop    //AOP切面
      │          ├─common // 通用类
      │          ├─config // 项目配置
      │          ├─constant // 项目常量
      │          ├─controller // 前端请求
      │          ├─exception  // 项目异常
      │          ├─judge      // 判题服务
      │          │  ├─codesandbox  // 代码沙箱
      │          │  │  ├─impl
      │          │  │  └─model
      │          │  └─strategy
      │          ├─manager  // 管理
      │          ├─mapper   // 数据访问（操作数据库）
      │          ├─model    // 项目实体
      │          │  ├─dto
      │          │  │  ├─file
      │          │  │  ├─question
      │          │  │  ├─questionsumbit
      │          │  │  └─user
      │          │  ├─entity
      │          │  ├─enums
      │          │  └─vo
      │          ├─mq      // 消息队列
      │          ├─service // 项目服务
      │          │  └─impl
      │          └─utils   // 项目工具
      └─resources // 项目资源配置
          └─mapper

OJ项目展示

项目首页

用户登录注册

管理员创建题目

题目管理

修改题目信息

用户管理（管理员）

管理员修改用户信息

个人信息

点击头像即可重新上传用户头像

提交题目展示

后续项目扩展

• 多语言代码沙箱

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