原野，尚福華，曹茂俊

（東北石油大學(xué)，黑龍江 大慶163318）

0 引 言

新一代測(cè)井軟件 CIFLog［1］是基于Java－Net－Beans計(jì)算機(jī)技術(shù)開發(fā)的第三代測(cè)井處理解釋系統(tǒng)，是國(guó)際上首個(gè)可以同時(shí)在 Windows、Linux和Unix等3大操作系統(tǒng)下高效運(yùn)行的大型測(cè)井軟件平臺(tái)。平臺(tái)采用開放的Java語(yǔ)言，完全模塊化設(shè)計(jì)思想，充分實(shí)現(xiàn)了勘探與生產(chǎn)解釋一體化、網(wǎng)絡(luò)與本地訪問(wèn)一體化［2］、單井與多井處理一體化以及真正意義上的跨操作系統(tǒng)運(yùn)行能力。

為保證一體化平臺(tái)的順利推廣，需要兼顧目前已形成的測(cè)井解釋工作習(xí)慣，并把已有的一些優(yōu)秀測(cè)井解釋方法集成進(jìn)平臺(tái)中［3］，使一體化平臺(tái)［4－6］最大限度地實(shí)現(xiàn)知識(shí)復(fù)用。早期的測(cè)井軟件和測(cè)井方法，如國(guó)內(nèi)的 CifSun、Forward［7］和 Lead［8］，國(guó)外斯倫貝謝公司的GeoFrame［9］、阿特拉斯公司的eX－press［10］、哈里伯頓公司的Petrosite PRO等都是采用Fortran、C／C＋＋語(yǔ)言編寫。把已有的一些測(cè)井解釋方法添加到CIFLog平臺(tái)中，用Java語(yǔ)言重新編寫工作量大，而且隨著項(xiàng)目的推廣，會(huì)有越來(lái)越多的測(cè)井軟件需要移植到一體化平臺(tái)中來(lái)，所以為提高開發(fā)效率，同時(shí)保證測(cè)井軟件方便、穩(wěn)定地集成到平臺(tái)中，一體化平臺(tái)需要建立多語(yǔ)言測(cè)井應(yīng)用程序集成機(jī)制。

1 多語(yǔ)言集成方式

Java語(yǔ)言在訪問(wèn)其他編程語(yǔ)言時(shí)先后提供了Java Native Interface（JNI）技術(shù)和Java Native Access（JNA）技術(shù)2種方式。夏守姬［11］和劉英明［12］詳細(xì)討論了JNI技術(shù)在CIFLog平臺(tái)應(yīng)用軟件集成中的應(yīng)用。JNI技術(shù)使Java語(yǔ)言和其他語(yǔ)言可進(jìn)行雙向調(diào)用，即通過(guò)JNI技術(shù)Java程序可以調(diào)用其他語(yǔ)言程序，并且其他語(yǔ)言程序也可以調(diào)用Java程序，因此一體化平臺(tái)中的雙向調(diào)用通常采用JNI技術(shù)，但是JNI技術(shù)在可移植性、錯(cuò)誤檢查、內(nèi)存管理等方面存在著不足。而JNA技術(shù)是一個(gè)開源的Java框架，是建立在JNI基礎(chǔ)之上的Java平臺(tái)類庫(kù)，克服了JNI在可移植性、錯(cuò)誤檢查、內(nèi)存管理方面存在的諸多不足。所以，文本主要討論利用JNA技術(shù)對(duì)多語(yǔ)言測(cè)井應(yīng)用程序集成方式的改進(jìn)與發(fā)展。當(dāng)一個(gè)測(cè)井軟件平臺(tái)同時(shí)提供JNI和JNA這2種應(yīng)用程序集成方式時(shí)，可以最大限度地滿足用戶的各類不同需求。

2 JNA技術(shù)優(yōu)勢(shì)

JNA技術(shù)是建立在JNI基礎(chǔ)之上的Java平臺(tái)類庫(kù)，解決了JNI技術(shù)存在的諸多不足。對(duì)于測(cè)井應(yīng)用集成，特別研究了JNA和JNI技術(shù)的6點(diǎn)差異，并在一體化測(cè)井軟件平臺(tái)底層開發(fā)中充分加以擴(kuò)展應(yīng)用。

（1）在JNI使用中的微小錯(cuò)誤會(huì)使Java虛擬機(jī)（Java Virtual Machine，JVM）崩潰，并且沒(méi)有任何錯(cuò)誤信息，很難進(jìn)行調(diào)試；而JNA只針對(duì)調(diào)用函數(shù)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的Java接口，不需要Java開發(fā)人員脫離Java運(yùn)行環(huán)境，出現(xiàn)錯(cuò)誤容易定位，并可以快速解決錯(cuò)誤，并且JNA支持虛擬機(jī)崩潰保護(hù)機(jī)制（VM Crash Protection）［13］。

（2）依賴JNI的應(yīng)用程序失去了Java提供的平臺(tái)可移植性，JNI需要針對(duì)不同的操作系統(tǒng)編寫不同的JNI適配器［14］實(shí)現(xiàn)（適配器代碼是使用C語(yǔ)言對(duì)本地代碼進(jìn)行二次包裝，實(shí)現(xiàn)Java語(yǔ)言和本地代碼的調(diào)用），并且需要在應(yīng)用程序運(yùn)行時(shí)正確地加載，而JNA會(huì)自動(dòng)生成代理對(duì)象，不需要編寫適配器代碼，只需要重新編譯本地代碼，就可以在不同操作系統(tǒng)中運(yùn)行，目前JNA可以在 Mac OS X，Microsoft Windows，Solaris和Linux等系統(tǒng)下運(yùn)行［15］。

（3）JNI框架沒(méi)有為本地執(zhí)行代碼分配的非Java虛擬機(jī)（non－JVM）內(nèi)存資源提供動(dòng)態(tài)的垃圾回收機(jī)制［16］，因此本地代碼必須顯示地釋放所有它所申請(qǐng)的內(nèi)存資源，而JNA為本地函數(shù)指針自動(dòng)生成Java代理類，代理模式隱藏了本地代碼集成的復(fù)雜性，并且所有申請(qǐng)的內(nèi)存都由JNA統(tǒng)一管理。

（4）JNI技術(shù)不支持Java語(yǔ)言所提供的新特性，如新輸入輸出（New I／O，NIO）等，但是JNA對(duì)這些新特性都提供了很好的支持。

（5）Java和C／C＋＋中數(shù)據(jù)類型長(zhǎng)度可能不一致，譬如char型在C／C＋＋里是8bit，而在Java里是16bit，以及C／C＋＋有指針而Java里沒(méi)指針，使用JNI技術(shù)需要用C語(yǔ)言編寫適配器在C語(yǔ)言中映射Java的數(shù)據(jù)類型。但是JNA技術(shù)提供了一個(gè)動(dòng)態(tài)的C語(yǔ)言編寫的轉(zhuǎn)發(fā)器，可以自動(dòng)實(shí)現(xiàn)Java和C之間的數(shù)據(jù)類型映射。數(shù)據(jù)類型自動(dòng)映射［17］關(guān)系見表1。

表1 數(shù)據(jù)類型匹配表

（6）JNI技術(shù)調(diào)用其他語(yǔ)言時(shí)，首先需要使用C語(yǔ)言編寫適配器，使用JNI規(guī)定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)映射C語(yǔ)言的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，再調(diào)用已有的集成程序中公布的函數(shù)，然后在Java中載入適配器，再編寫Java native函數(shù)作為集成程序中函數(shù)的代理，經(jīng)過(guò)上述繁瑣的步驟后才能在Java中調(diào)用集成程序中的函數(shù)。而JNA不需要編寫適配器，只需要在Java中編寫接口類作為代理就可以在Java程序中調(diào)用集成程序中公布的函數(shù)。所以JNA技術(shù)使Java程序更容易訪問(wèn)集成程序中的函數(shù)，使用JNA技術(shù)可以更高效、快速、穩(wěn)定地開發(fā)大型軟件平臺(tái)。

3 利用JNA技術(shù)對(duì)多語(yǔ)言測(cè)井應(yīng)用程序集成方式改進(jìn)

3.1 一體化平臺(tái)多語(yǔ)言應(yīng)用程序集成

（1）根據(jù)測(cè)井集成程序中地導(dǎo)出函數(shù)在Java中編寫對(duì)應(yīng)接口類，每個(gè)導(dǎo)出函數(shù)對(duì)應(yīng)1個(gè)接口，沒(méi)有調(diào)用的函數(shù)不需要聲明Java接口，并在接口類中定義invoke函數(shù)，函數(shù)的參數(shù)類型要與數(shù)據(jù)類型匹配表相一致。

（2）使用JNA類庫(kù)的Native類的loadLibrary工廠方法創(chuàng)建集成程序的代理對(duì)象，使用代理模式隱藏本地代碼集成的復(fù)雜性［18］。

（3）JNA通過(guò)代理對(duì)象可以調(diào)用集成程序中發(fā)布的函數(shù)，即使用集成程序中的方法處理對(duì)平臺(tái)底層數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，處理結(jié)束后把結(jié)果作為參數(shù)返回或者直接寫回到平臺(tái)數(shù)據(jù)底層，從而實(shí)現(xiàn)一體化平臺(tái)調(diào)用集成程序。

3.2 多語(yǔ)言測(cè)井應(yīng)用程序調(diào)用平臺(tái)中函數(shù)

（1）在集成程序中聲明需要調(diào)用Java函數(shù)的函數(shù)指針，即在集成程序中定義接口類。

（2）針對(duì)集成程序的函數(shù)指針，在Java中定義接口，并添加invoke方法，方法參數(shù)與函數(shù)指針中聲明的參數(shù)相對(duì)應(yīng)，并添加該接口的實(shí)現(xiàn)類。

（3）在平臺(tái)中創(chuàng)建接口實(shí)現(xiàn)類的實(shí)例對(duì)象，并作為參數(shù)傳遞給集成程序，在集成程序中通過(guò)從Java中傳遞的參數(shù)調(diào)用Java函數(shù)，從而通過(guò)JNA回調(diào)機(jī)制實(shí)現(xiàn)集成程序調(diào)用平臺(tái)中的Java函數(shù)。

3.3 多語(yǔ)言測(cè)井應(yīng)用程序與一體化平臺(tái)數(shù)據(jù)通信

平臺(tái)通過(guò)數(shù)據(jù)訪問(wèn)接口訪問(wèn)底層數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)多語(yǔ)言測(cè)井應(yīng)用程序與一體化平臺(tái)之間的數(shù)據(jù)通信，數(shù)據(jù)底層格式是基于廣義測(cè)井曲線理論［19］，在充分吸取Cif［20］數(shù)據(jù)格式優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行發(fā)展和完善形成了升級(jí)版Cifplus格式。平臺(tái)通過(guò)數(shù)據(jù)訪問(wèn)接口訪問(wèn)Cifplus數(shù)據(jù)底層，平臺(tái)數(shù)據(jù)底層提供了數(shù)據(jù)緩存機(jī)制，大大提高了集成程序讀?。瘜懭肫脚_(tái)底層數(shù)據(jù)的速度，所以平臺(tái)使用JNA把底層讀取的數(shù)據(jù)作為參數(shù)傳遞給集成程序進(jìn)行計(jì)算處理，處理完成后，返回參數(shù)或者把數(shù)據(jù)結(jié)果傳回一體化平臺(tái)，通過(guò)平臺(tái)提供的數(shù)據(jù)訪問(wèn)接口和緩存機(jī)制把數(shù)據(jù)回寫入數(shù)據(jù)底層。

3.4 JNA管理層設(shè)計(jì)思想

根據(jù)集成程序中公布的函數(shù)在一體化平臺(tái)中定義統(tǒng)一的接口，集成程序的每個(gè)測(cè)井方法對(duì)應(yīng)1個(gè)Java接口，CIFLog平臺(tái)只針對(duì)接口進(jìn)行調(diào)用，而不依賴于集成程序的具體實(shí)現(xiàn)。保證遵循該標(biāo)準(zhǔn)編寫的集成程序均能加載到一體化測(cè)井平臺(tái)中，當(dāng)增加新的集成程序或者集成程序中測(cè)井算法更新后，只需要重新編譯集成程序，不需要修改CIFLog平臺(tái)接口。所有集成程序統(tǒng)一放到CIFLog平臺(tái)的資源目錄下，CIFLog平臺(tái)調(diào)用集成程序中測(cè)井方法時(shí)JNA管理層會(huì)把要使用的集成程序按組動(dòng)態(tài)加載進(jìn)平臺(tái)中。JNA管理層把數(shù)據(jù)底層中測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)傳遞給集成程序中測(cè)井方法進(jìn)行處理，處理結(jié)束后把處理結(jié)果返回到數(shù)據(jù)底層，同時(shí)發(fā)送消息給繪圖對(duì)繪圖對(duì)象進(jìn)行刷新。

如圖1所示，每個(gè)集成程序都對(duì)應(yīng)1個(gè)組，組表示集成程序的分類，是同類集成程序的集合。JNA管理層框架通過(guò)Java接口創(chuàng)建集成程序的代理對(duì)象，把集成程序加載進(jìn)平臺(tái)中，代理對(duì)象隱藏了代碼集成的復(fù)雜性，平臺(tái)中的其他模塊可以通過(guò)JNA管理層中Java接口的代理對(duì)象直接調(diào)用集成程序中的相應(yīng)函數(shù)。

圖1 JNA集成框架

4 應(yīng)用實(shí)例

為方便集成各種處理方法，一體化平臺(tái)支持Fortran、C＼C＋＋、C＃等語(yǔ)言。以中國(guó)石油集團(tuán)長(zhǎng)城鉆探工程有限公司的人工交互時(shí)差提取模塊集成到一體化平臺(tái)為例。CIFLog集成后的時(shí)差提取PAAT－A DATA EDITOR模塊可共享平臺(tái)數(shù)據(jù)底層和繪圖，其中曲線DTCT1R，DTCT2R，DTST1R，DTST2R可被編輯，稱為主曲線。主曲線分別又對(duì)應(yīng)了1條副本曲線，兩者的曲線值完全相同。在編輯曲線狀態(tài)，選中某1條主曲線的曲線頭之后，該曲線變成紅色，所有的編輯工作都在主曲線所對(duì)應(yīng)的副本曲線上進(jìn)行。在編輯過(guò)程中，用戶根據(jù)STC二維曲線和其他曲線的走向（例如GR、SP等），在副本曲線附近、幔度值最可能的位置點(diǎn)擊鼠標(biāo)左鍵，設(shè)置曲線新的走向。然后點(diǎn)擊右鍵調(diào)用集成程序中測(cè)井方法，JNA管理層會(huì)把對(duì)應(yīng)深度段的曲線數(shù)據(jù)作為參數(shù)傳入集成程序中。處理方法會(huì)在這些設(shè)置點(diǎn)附近若干點(diǎn)內(nèi)重新搜索一個(gè)波列相關(guān)性最好的幅度值，并把處理結(jié)果返回到平臺(tái)，使處理后的深度段數(shù)據(jù)替換掉原有的副本曲線。同時(shí)刷新繪圖，井眼補(bǔ)償后的曲線在該深度段的走勢(shì)也會(huì)發(fā)生變化，實(shí)現(xiàn)了JNA調(diào)用集成程序中處理方法，并與平臺(tái)的數(shù)據(jù)底層、繪圖的交互。

目前，平臺(tái)已完成PAAT－A DATA EDITOR模塊的開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了原有人工交互時(shí)差提取處理解釋的功能。利用平臺(tái)集成后的PAAT－A DATA EDITOR模塊對(duì)多口井進(jìn)行了處理解釋，已基本實(shí)現(xiàn)了與原有應(yīng)用程序處理結(jié)果相同的效果，并在一些功能上對(duì)原有處理解釋程序進(jìn)行了擴(kuò)充。圖2為平臺(tái)PAAT－A DATA EDITOR模塊的圖形界面。

5 結(jié) 論

（1）利用JNA技術(shù)對(duì)多語(yǔ)言測(cè)井應(yīng)用程序集成解決了JNI技術(shù)在可移植性、錯(cuò)誤檢查、內(nèi)存管理等方面存在的不足，JNA技術(shù)在一體化平臺(tái)應(yīng)用大大減少了開發(fā)工作量，提高了平臺(tái)的健壯性和可移植性。

（2）JNA是對(duì)JNI的進(jìn)一步封裝，JNI在調(diào)用效率上比JNA高，而且JNI技術(shù)支持Java語(yǔ)言與其他編程語(yǔ)言之間的雙向調(diào)用，而JNA只支持Java語(yǔ)言調(diào)用其他編程語(yǔ)言程序，所以一體化平臺(tái)中對(duì)于JNI的集成方式也是必不可少的。

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