解紅濤 ，趙偉林

（1.東北石油大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)學(xué)院，黑龍江 大慶 163318;2.武警陜西總隊(duì)機(jī)動(dòng)支隊(duì)，陜西 西安 710038）

油田井控指的是在油田生產(chǎn)施工過程中對發(fā)生的井涌及井噴進(jìn)行控制，具體而言是指通過特定的技術(shù)手段，對地下開采區(qū)域的壓力進(jìn)行調(diào)控，以確保井下壓力平衡，從而進(jìn)行油田資源的安全開采［1］。油田井控技術(shù)的正確應(yīng)用能夠有效、及時(shí)地控制井涌井噴，保護(hù)油氣層，避免破壞資源以及環(huán)境污染。因此，油田井控業(yè)務(wù)人員的專業(yè)知識(shí)水平高低決定了能否正確運(yùn)用井控技術(shù)避免油田事故的發(fā)生。為了提高井控業(yè)務(wù)人員的專業(yè)知識(shí)水平，油田企業(yè)開始引進(jìn)并實(shí)施各種員工培訓(xùn)計(jì)劃方案。傳統(tǒng)的紙質(zhì)資料培訓(xùn)、講課培訓(xùn)，主要是以文字為內(nèi)容載體，以課堂講授為培訓(xùn)的形式，雖有一定的培訓(xùn)效果，但形式單調(diào)，內(nèi)容枯燥，難以激發(fā)學(xué)員的學(xué)習(xí)熱情，培訓(xùn)效果并不理想［2］。在油田企業(yè)的井控培訓(xùn)中，有的使用設(shè)備模擬事故發(fā)生，進(jìn)行井控操作培訓(xùn)，但是這種形式成本高、數(shù)量少，受培訓(xùn)時(shí)間和地點(diǎn)限制等，不能廣泛應(yīng)用。

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和教育技術(shù)的發(fā)展，在線培訓(xùn)逐漸成為一種常用的培訓(xùn)方式。在線練習(xí)作為在線培訓(xùn)的一種重要形式，相對于傳統(tǒng)的紙質(zhì)練習(xí)形式，在線練習(xí)系統(tǒng)更加快捷，練習(xí)安排更加省時(shí)省力，并且能夠打破常規(guī)的時(shí)間和地域約束，學(xué)員答題練習(xí)自由、操作簡單。為了提高學(xué)員的學(xué)習(xí)熱情，有的學(xué)習(xí)平臺(tái)引入了PK（Player Killing）對戰(zhàn)練習(xí)模塊，比如常用的“學(xué)習(xí)強(qiáng)國”APP中具有“雙人對戰(zhàn)”和“四人賽”等學(xué)習(xí)模塊［3］；祝翔等人［4］研發(fā)的基于WebSocket的PK答題系統(tǒng)也具有PK答題功能。這些PK功能提高了用戶的使用熱情。但是在油田專業(yè)知識(shí)尤其是井控知識(shí)培訓(xùn)領(lǐng)域中未見引入PK對戰(zhàn)模式。

本文借鑒網(wǎng)絡(luò)游戲中的PK對戰(zhàn)思想，把PK對戰(zhàn)學(xué)習(xí)模式融入到井控知識(shí)在線練習(xí)系統(tǒng)中。系統(tǒng)中的在線PK模塊采用共享內(nèi)存形式實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間通信，采用的數(shù)據(jù)庫為MySql5.7，因?yàn)樵摪姹緮?shù)據(jù)庫支持EVE定時(shí)任務(wù)，方便模擬消息進(jìn)程用戶傳遞和維護(hù)信息。融入了PK對戰(zhàn)模式的井控知識(shí)在線練習(xí)系統(tǒng)，結(jié)合積分獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制，能夠極大地提高學(xué)員的熱情，達(dá)到良好的培訓(xùn)效果。

1 系統(tǒng)的開發(fā)框架設(shè)計(jì)

為實(shí)現(xiàn)學(xué)員對井控知識(shí)的練習(xí)不受時(shí)間和空間的限制，本文研發(fā)的系統(tǒng)采用B/S模式，應(yīng)用SSM開發(fā)框架，整體架構(gòu)采用MVC設(shè)計(jì)模式。該系統(tǒng)功能模塊主要包括6個(gè)部分：用戶信息管理、井控資料管理、答題積分管理、題庫管理、個(gè)人在線練習(xí)、PK對戰(zhàn)。系統(tǒng)開發(fā)思想為AOP面向切面開發(fā)，Spring為整體控制容器，包括類對象的創(chuàng)建與分配，采用單例模式生成，從而保證線程間數(shù)據(jù)獨(dú)立。

2 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究

2.1 進(jìn)程間通信

系統(tǒng)在線PK模塊需要模擬2個(gè)用戶的信息交互，即進(jìn)程間通信。進(jìn)程間通信主要包括7種方式：管道、命名管道、消息隊(duì)列、共享內(nèi)存、信號(hào)、信號(hào)量、套接字。井控知識(shí)在線練習(xí)系統(tǒng)主要用到上述中的共享內(nèi)存，即用戶雙方共享數(shù)據(jù)庫中同一個(gè)數(shù)據(jù)塊［5］。

2.1.1 共享內(nèi)存

共享內(nèi)存允許2個(gè)不同的繼承或用戶同時(shí)訪問。不同進(jìn)程之間共享的內(nèi)存通常是相同的物理內(nèi)存段。進(jìn)程可以將相同的物理地址段連接到自己的地址空間，所有進(jìn)程都可以訪問共享內(nèi)存中的地址。如果一個(gè)進(jìn)程將數(shù)據(jù)寫入共享內(nèi)存，所做出的更改會(huì)被其他會(huì)話監(jiān)聽。該方式不提供線程同步相關(guān)支持，即沒有自動(dòng)機(jī)制阻止第二個(gè)進(jìn)程開始讀取共享內(nèi)存，直到第一個(gè)進(jìn)程完成對共享內(nèi)存的寫入操作。因此在后臺(tái)模擬數(shù)據(jù)監(jiān)聽時(shí)，所建立的線程必須是用戶間獨(dú)立，每一個(gè)用戶不可以在后臺(tái)直接申請實(shí)例化線程，需要用戶創(chuàng)建匿名線程并綁定在自己的后臺(tái)服務(wù)代碼上［6］。

2.1.2 模擬實(shí)現(xiàn)方式

數(shù)據(jù)庫采用的是MySql5.7版本支持計(jì)劃事物EVE［7］。當(dāng)用戶登錄時(shí)分配唯一綁定的數(shù)據(jù)庫會(huì)話，從Spring-config中的C3P0數(shù)據(jù)庫連接池申請，默認(rèn)單例保持唯一。用戶登錄成功后會(huì)通過JDK1.8版本特性Lambda創(chuàng)建內(nèi)部線程，因?yàn)榫€程匿名存在，會(huì)自動(dòng)綁定用戶獨(dú)立的代碼部分，隨著主類的釋放而釋放，即隨著用戶的退出而釋放。只需要讓線程去監(jiān)聽或修改數(shù)據(jù)庫信息內(nèi)容，就能達(dá)到獲取信息、發(fā)送信息的效果。同時(shí)數(shù)據(jù)庫定時(shí)任務(wù)會(huì)對用戶的狀態(tài)信息做維護(hù)，比如用戶登錄狀態(tài)每30秒刷新一次以判斷他人是否在線。

2.2 Session控制

服務(wù)器端共享內(nèi)存解決在線PK問題，Session在其中起到了重要作用。Session變量為服務(wù)器端變量，存在服務(wù)器上，主要形式為Key-Value鍵值對存儲(chǔ)形式，支持Map集合形式可以作為共享內(nèi)存的消息表。Session中Key儲(chǔ)存在服務(wù)器端內(nèi)存上，Value儲(chǔ)存在堆上，服務(wù)器自行管理Session的Key-Map，整體訪問速度較快，自帶時(shí)間參數(shù)方法，一段時(shí)間未被讀寫將被數(shù)據(jù)庫釋放，使用時(shí)要設(shè)置釋放時(shí)間超過整個(gè)在線PK的時(shí)間，釋放后不會(huì)影響后臺(tái)線程的運(yùn)行，這樣就能發(fā)現(xiàn)用戶掛機(jī)狀態(tài)，即Session消失但是數(shù)據(jù)庫顯示登錄狀態(tài)，此時(shí)用戶回到操作界面需要刷新才能正常使用。

3 系統(tǒng)核心功能設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

3.1 在線PK對戰(zhàn)功能設(shè)計(jì)

該功能模擬兩個(gè)用戶間通信，采用共享內(nèi)存的方式進(jìn)行交互。首先登錄者都有登錄狀態(tài)信息，其中一個(gè)用戶可以查看其他用戶的狀態(tài)信息，根據(jù)狀態(tài)信息找到PK對象發(fā)出PK請求，即修改對象用戶PK狀態(tài)信息為自己的ID，對方會(huì)看到自己的PK狀態(tài)被改變，此時(shí)對方將給出回復(fù)，0代表拒絕，1代表同意。如果同意雙方將進(jìn)入答題界面，如果不同意，請求者會(huì)收到拒絕信息提示。為避免對方用戶長時(shí)間無回應(yīng)造成一直等待，需要加入數(shù)據(jù)信息維護(hù)函數(shù)，定時(shí)去改變用戶狀態(tài)信息，如30秒不回復(fù)函數(shù)將自動(dòng)回復(fù)0拒絕。

在線PK過程中，主要實(shí)現(xiàn)方式為共享內(nèi)存，異步刷新同一個(gè)數(shù)據(jù)表來模擬通信。主要處理方法分為兩種：異步刷新（異步線程查詢數(shù)據(jù)庫）、設(shè)置狀態(tài)（修改表內(nèi)狀態(tài)信息）。主要流程分為：查看狀態(tài)（異步刷新）、發(fā)送請求（設(shè)置狀態(tài)）、接受請求（異步刷新）、回復(fù)請求（設(shè)置狀態(tài)）、接受答復(fù)（異步刷新）。這樣就完成了一個(gè)完整的用戶間會(huì)話。核心模塊在線PK數(shù)據(jù)流如圖1所示。

3.2 在線PK對戰(zhàn)申請實(shí)現(xiàn)

當(dāng)一方用戶查看到另一方用戶在線時(shí)，點(diǎn)擊對方信息后面的“申請對戰(zhàn)”功能按鈕，發(fā)出對戰(zhàn)申請。此時(shí)，該用戶會(huì)將目標(biāo)用戶的對戰(zhàn)目標(biāo)（數(shù)據(jù)庫中PK字段）信息設(shè)置為自己的ID，同時(shí)運(yùn)用Ajax開啟異步線程去監(jiān)聽對方答復(fù)（數(shù)據(jù)庫中jieshou字段）。此時(shí)另一個(gè)用戶有Ajax異步開啟的線程監(jiān)聽自己的PK字段，如果PK字段ID發(fā)生改變，就會(huì)向界面彈出會(huì)話“用戶ID為×××的人向您發(fā)出了對戰(zhàn)申請”，如果點(diǎn)擊接收，會(huì)將自己的jieshou字段變?yōu)?，表示接收邀請，此時(shí)雙方會(huì)跳轉(zhuǎn)到答題界面，并且將自己的pking變?yōu)閷Ψ降腎D，表示在答題過程中。如果有第三人上線查看在線用戶，就會(huì)看到正在答題的人并且無法再申請對戰(zhàn)，保證PK人數(shù)一直是兩個(gè)人。具體實(shí)現(xiàn)如圖2所示。

3.3 在線PK對戰(zhàn)實(shí)現(xiàn)

對戰(zhàn)申請成功后，進(jìn)入答題界面。在答題過程中，為了防止第三人再次發(fā)出PK請求造成干擾，需要實(shí)時(shí)將用戶狀態(tài)設(shè)置成PK模式，杜絕第三方用戶干擾。因此，在答題界面前端引入Ajax異步，后臺(tái)申請線程實(shí)時(shí)將自己的狀態(tài)信息修改為PK對戰(zhàn)中，同時(shí)數(shù)據(jù)庫建立計(jì)劃事務(wù)，每5秒對用戶對戰(zhàn)狀態(tài)進(jìn)行維護(hù)，保證為PK狀態(tài)。

答題結(jié)束后，系統(tǒng)將數(shù)據(jù)提交到后臺(tái)。通過計(jì)算得出結(jié)果并且將結(jié)果保存到數(shù)據(jù)庫中，在數(shù)據(jù)庫中有仿照RDS數(shù)據(jù)庫消息隊(duì)列實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)表，數(shù)據(jù)表中主要分為3個(gè)部分，即消息、消息發(fā)出者、消息接收者。因?yàn)閷?zhàn)雙方提交答題時(shí)間不同，所以先提交的用戶要等待后提交的答題結(jié)果。對戰(zhàn)雙方的結(jié)果界面還要有異步線程刷新消息隊(duì)列表。當(dāng)后完成提交的用戶提交結(jié)束后，先提交的用戶就能得到相應(yīng)的結(jié)果消息，并且與自己的結(jié)果對比，從而得出最終的PK勝負(fù)。系統(tǒng)考慮到了兩種特殊PK情況，一種情況是其中一個(gè)用戶在PK時(shí)退出系統(tǒng)，另一個(gè)用戶就不必等待結(jié)果直接判定勝利；另一種情況是設(shè)置等待結(jié)果的最長時(shí)間為答題的限制時(shí)間10分鐘，其中一方答完提交后，若10分鐘后對方還未答完提交，則判定對方PK失敗。具體實(shí)現(xiàn)結(jié)果如圖3所示。

圖3中10個(gè)按鍵編號(hào)代表對應(yīng)題目的正確情況，紅色代表錯(cuò)誤，綠色代表正確，點(diǎn)擊紅色按鍵就會(huì)顯示對應(yīng)題目的答案，點(diǎn)擊綠色按鍵可以收藏對應(yīng)的題目，同時(shí)錯(cuò)誤的題目也會(huì)自動(dòng)收藏到收藏表中。

3.4 個(gè)人在線練習(xí)功能實(shí)現(xiàn)

在線練習(xí)功能也是本系統(tǒng)最為重要的功能模塊，主要?jiǎng)澐譃?個(gè)子功能，分別為：順序練習(xí)、隨機(jī)練習(xí)、強(qiáng)化練習(xí)3種組題方式，并且每種組題方式都分為計(jì)時(shí)與非計(jì)時(shí)兩種模式。

（1）順序練習(xí)：每個(gè)用戶在完整信息子表中都有一個(gè)名為userpath表，它主要記錄的信息為userid、部門題庫、答題數(shù)量。用戶答題前選擇順序答題模式，提交tisum（出題數(shù)量）和wbid（題庫ID），后臺(tái)首先會(huì)根據(jù)getSession獲得自己的ID，再結(jié)合前臺(tái)選擇的題庫ID找到用戶答題數(shù)（tipath）。根據(jù)數(shù)據(jù)庫全部題數(shù)（allsum）、出題數(shù)量以及自己的答題數(shù)目，確定每次順序練習(xí)時(shí)的起始題目和結(jié)束題目。

（2）隨機(jī)練習(xí)：用戶提交前臺(tái)答題設(shè)置信息，主要包括題庫ID（bmid）和出題數(shù)量（tisum）等。后臺(tái)接收到隨機(jī)答題請求，首先根據(jù)題庫ID（bmid）查找題庫內(nèi)全部題目數(shù)量，之后創(chuàng)建Set集合，利用Set集合特性（無序不可重復(fù)）和隨機(jī)數(shù)范圍0～（題庫最大題目數(shù)量-1）這個(gè)區(qū)間去生成整數(shù)類型隨機(jī)數(shù)并插入Set中，當(dāng)Set長度達(dá)到題數(shù)（tisum）長度后結(jié)束，根據(jù)集合中的隨機(jī)數(shù)到題庫中抽題并將題目集合傳送到前端完成組題工作。

（3）強(qiáng)化練習(xí)：每個(gè)用戶在完整的數(shù)據(jù)子表中都有一個(gè)uaiti表，表中記錄了用戶收藏的題目以及答錯(cuò)的題目。主要結(jié)構(gòu)為用戶編號(hào)userid、題目標(biāo)號(hào)tiid、收藏類型over。用戶通過前端向后臺(tái)提交數(shù)據(jù)：題庫（wbid）、題數(shù)（tisum）。后臺(tái)會(huì)以多表鏈接查詢的方式從收藏表中采用上述隨機(jī)數(shù)的模式去抽取題目，抽取到的題目跳轉(zhuǎn)到答題界面完成組題。

（4）計(jì)時(shí)與非計(jì)時(shí)：用戶在答題界面選擇計(jì)時(shí)與非計(jì)時(shí)兩種模式。若選擇計(jì)時(shí)模式之后會(huì)出現(xiàn)時(shí)間選擇框，系統(tǒng)會(huì)將選擇模式及時(shí)間傳入組題后臺(tái)，組題結(jié)束后會(huì)將這些信息一起發(fā)送到答題界面端，答題界面會(huì)根據(jù)該信息做出判斷。如果是計(jì)時(shí)就會(huì)根據(jù)計(jì)時(shí)時(shí)間預(yù)編譯一個(gè)倒計(jì)時(shí)提示，事件結(jié)束后自動(dòng)提交用戶答案。計(jì)時(shí)模式的在線練習(xí)功能模塊如圖4所示。

4 結(jié) 論

為激發(fā)培訓(xùn)人員的學(xué)習(xí)熱情，提高油田井控知識(shí)培訓(xùn)效果，本文在設(shè)計(jì)油田井控知識(shí)在線練習(xí)系統(tǒng)時(shí)引入了對戰(zhàn)游戲中的PK對戰(zhàn)模式，開發(fā)實(shí)現(xiàn)了具有PK對戰(zhàn)模式的井控知識(shí)練習(xí)系統(tǒng)。在系統(tǒng)的PK對戰(zhàn)功能中，采用了進(jìn)程間通信、共享內(nèi)存等技術(shù)，仿照Redis數(shù)據(jù)庫方法，在MySql中申請本機(jī)事務(wù)權(quán)限，插入計(jì)劃事務(wù)，模擬動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)。同時(shí)還用到消息隊(duì)列的思想與Ajax異步處理相結(jié)合實(shí)現(xiàn)消息傳遞與接收。本系統(tǒng)在滿足井控知識(shí)練習(xí)培訓(xùn)需求的基礎(chǔ)上，提高了員工答題練習(xí)的積極性。通過PK對戰(zhàn)的答題形式，使用戶擺脫了枯燥的單機(jī)模式，同時(shí)也能培養(yǎng)競爭意識(shí)，營造積極向上的學(xué)習(xí)氛圍。