（系统分析与集成专业论文）web事务的建模及其语义分析.pdf

论文摘要 当今，w e b 服务是实现应用系统间互操作的最有前途的互联网技术w e b 服务平台的基础是一系列依赖于x m l 技术的标准其中，w e b 服务组合是实 现商业系统集成的关键除了服务交互、控制流协调之外，w e b 事务的支持 对服务组合来说也是必不可少的，它能有效地保证合成服务的可靠执行以及 系统状态的一致性然而，现有的技术缺乏对w e b 事务的支持与传统事务 不同，w e b 事务具备长时间运行、强自治性、交互性的特点，因此经典的事 务处理技术如资源锁定、自动回滚等都不适用于w e b 事务 本文采用形式化的方法来研究w e b 事务首先，我们提出了一种新型的 事务语言，简称为t 演算它采用补偿机制来处理事务中途出现的故障，并 在一定程度上弱化了w e b 事务对原子性的需求t 演算的核心构造是可补偿 事务，而w e b 事务被视为可补偿事务的有机组合此事务语言不仅扩展了传 统算子对补偿的支持，还引入了一些新的事务组合算子，例如，投机选择、 候补恢复、异常处理以及编制补偿这些新算子不但结合了后向恢复和前向 恢复的机制，还大大提高了事务流程的可靠性和灵活性此外，补偿流本身 也可以是可补偿事务，这种安排使得设计人员能够以一种统一的方式对前向 流和补偿流进行管理 接下来，我们对此事务语言展开了形式语义的分析，为事务流程和补偿 机制提供了精确的刻画我们建立了三种不同的语义模型，旨在帮助开发者 从不同的视角对w e b 事务进行观察，从而能更好的理解事务处理机制代数 语义研究可补偿事务的代数性质，为事务流程的转换和优化奠定基础在代 数模型中，首先指定规范型，然后定义代数规则把任意的可补偿事务重写为 规范型，通过符号计算的方式得到一系列描述事务性质的代数定律操作语 义通过变迁规则来研究事务的演化过程，它有助于事务流程的模拟与测试 操作模型中，针对事务的补偿性特点，我们定义了双模拟关系用来研究事务 之间的等价性指称语义在数学模型的基础上对事务的整体行为进行严格的 解释这里，我们扩展了。迹”的概念，引申出。对迹”这一新的模式来刻画 可补偿事务的行为，并通过对迹行为来定义事务的等价关系 不同语义模型对同一物理概念可能给出不同的解释为了避免二义性，我。 们采用u t p 理论来研究各种语义模型间的一致性关系本文中，各种语义模 型并不是独立定义的相反，我们先从代数语义出发，得到一系列描述事务 性质的代数定律然后通过定义推导规则，从代数语义推导出操作语义。类 i 似的，再从操作语义推导出指称语义接下来，我们证明了代数语义中的代 数定律在操作语义和指称语义中也都是成立的这样，不同语义模型间的一 致性就得到了保证，而且也为语义模型自身的正确性提供了进一步的保障 最后，我们对事务语言进行了扩展，加入了数据操作和服务交互的信息 在实现w e b 事务的基础上，为服务的设计开发提供了进一步的支持对于扩 展后的语言，我们采用面向观察的语义对服务行为进行刻画，建立了多个行 为侧面( 包括数据状态、交互序列以及事务行为) 在执行前后的演化关系 此外，我们还对可补偿事务的精化关系给出了形式化的定义，为服务的规范 与实现搭建了桥梁 总之，采用形式化的方法对w e b 事务进行研究，一方面可以帮助设计者 更好的理解w e b 事务的工作机制，消除可能存在的二义性；另一方面用来支 持测试、验证工具的开发，为软件系统的质量提供有力的保障 关键词：事务演算、形式语义、u t p 理论，w e b 事务，补偿机制 i i a b s t r a c t w b bs e r v i c e sa r et h ec u r r e n tm o s tp r o m i s i n gp a r a d i g mt oa c h i e v eu n i v e r s a li n t e r - o p e r a b i l i t yb e t w e e na p p l i c a t i o n sa c r o s so r g a n i z a t i o n a lb o u n d a r i e s t h ex m lr e l a t e d s t a n d a r d sd r i v es e r v i c e st ob ep u b l i s h e d ，d e s c r i b e da n da c c e s s e d 。a m o n gt h e s es t a n - d a r d s ，w e bs e r v i c e sc o m p o s i t i o nh a sr e c e i v e dm u c hi n t e r e s tt os u p p o r te n t e r p r i z ea p - p l i c a t i o ni n t e g r a t i o n a p a r tf r o mi n t e r a c t i o n sa n df l o wc o o r d i n a t i o n ，t h et a s ko fw e b s e r v i c ec o m p o s i t i o nr e q u i r e sw e bt r a n s a c t i o n st ot r u l yi n c r e a s et h ec o n s i s t e n c ya n dr e - l i a b i h t yo fc o m p o s i t es e r v i c e s c u r r e n tt e c h n o l o g i e sh a v eb e e nf o u n dl a c k i n ge f f i c i e n t s u p p o r tf o rw e bt r a n s a c t i o n s b e c a u s ew e bt r a n s a c t i o n sh a v ed i s t i n c tf e a t u r e s ，s u c h a sl o n g - l i v e d ，a u t o n o m o u sa n di n t e r a c t i v e ，t h et r a d i t i o n a la u t o m a t i cm e c h a n i s i n so f r e s o u r c el o c k i n ga n dr o l l b a c ka r ep r o v e dt ob ei n a p p r o p r i a t e i nt h i st h e s i s ，w ef o r m a l l ya d d r e s st h ei s s u eo fw e bt r a n s a c t i o n s a tf i r s t ，a n o v e lt r a n s a c t i o n a ll a n g u a g ec a l l e dt - c a l c u l u si sp r o p o s e dt oc o n s t r u c tw e bt r a n s a c - t i o n st h r o u g has e r i e so fc o m p e n s a b l et r a n s a c t i o n s ，u s i n gt h ec o n c e p to fc o m p e n s a t i o n t or e c o v e rf r o mf a i l u r e8 0a st oe n s u r ear e l a t i v e l yr e l a x e da t o m i c i t y t h i sl a n g u a g e p e r m i t sc o m p o s i n gc o m p e n s a b l et r a n s a c t i o n si nav a r i e t yo fw a y s n o to n l yt r a d i t i o n a l o p e r a t o r sh a v eb e e ne x t e n d e dt os u p p o r tc o m p e n s a t i o n ，b u ts e v e r a ln e wc o n s t r u c t s h a v eb e e nf u r t h e rs t u d i e dt oe n h a n c er e l i a b i l i t ya n df l e x i b i l i t y t h i sl a n g u a g ec o n s i d e r s t h ec o m b i n a t i o no fb a c k w a r da n df o r w a r dr e c o v e r yt e c h n i q u e s b e s i d e s ，c o m p e n s a t i o n s a r et r e a t e da sc o m p e n s a b l et r a n s a c t i o n st o oi nw h i c hau n i f o r mm a n n e ri sp r o v i d e dt o m a n a g eb o t hf o r w a r da n dc o m p e n s a t i n gf l o w t h e nw es u p p l yt h i sl a n g u a g ew i t hs e m a n t i cm o d e l s ，i nw h i c ht h et r a n s a c t i o n a l f l o wa n dc o m p e n s a t i o nm e c h a n i s ma r ew e l lf o r m a l i z e d t h r e ek i n d so fs e m a n t i cm o d e l s a r ep r o v i d e di no r d e rt oh e l pd e s i g n e r st oi n v e s t i g a t ew e bt r a n s a c t i o n sf r o md i f f e r e n t p e r s p e c t i v e s a l g e b r a i cs e m a n t i c si su s e f u lf o rs u p p o r t i n gt r a n s a c t i o nt r a n s f o r m a t i o n a n do p t i m i z a t i o nt h r o u g has e to fa l g e b r a i cl a w s t h ea l g e b r a i cs e m a n t i c si se x p l o r e d b a s e do nn o r m a lf o r m s ，w h e r ee a c hc o m p e n s a b l et r a n s a c t i o nc a nb er e - w r i t t e na sak i n d o fh e a dn o r m a lf o r m o p e r a t i o n a ls e m a n t i c sp r o v i d e st h ef o u n d a t i o no fs i m u l a t i o nb ya s e to ft r a n s i t i o nr u l e s i nt h i ss e m a n t i cm o d e l ，t h ee q u i v a l e n c er e l a t i o no ft r a n s a c t i o n s i sd e f i n e db a s e do nt h ec o n c e p to fb i s i m u l a t i o nw h i c hc a r e f u l l yt a k e sc o m p e n s a t i o ni n t o c o n s i d e r a t i o n d e n o t a t i o n a ls e m a n t i c ss t u d i e st h et r a n s a c t i o n a lb e h a v i o ro nt h eb a s i s o fm a t h e m a t i c a lm o d e l s h e r e ，t h ed e n o t a t i o n a ls e m a n t i c si se x p l o r e dr e l y i n go nt h e i i i n o t i o no ft r a c ep a i r t h e s es e m a n t i cm o d e l sa r en o ts e p a r a t e l yd e f i n e d i no r d e rt oa v o i ds e m a n t i c s c o n f l i c t s ，t h el i n k i n gt h e o r yb e t w e e nd i f f e r e n ts e m a n t i cm o d e l si sw e l lb u i l tb a s e do n t h ew e l l - k n o w nt h e o r yo fu t p t ob es p e c i f i c ，w ef i r s td e f i n et h ea l g e b r a i cm o d e la c - c o m p a n i e db yas e to fa l g e b r a i cl a w sf o re x p r e s s i n ge q u i v a l e n tt r a n s a c t i o n s t h e nt h e o p e r a t i o n a lm o d e li sd e r i v e df r o mt h ea l g e b r a i cm o d e lb a s e do nas e to fw e l l - d e f i n e d d e r i v a t i o nr u l e s s i m i l a r l y , t h ed e n o t a t i o n a lm o d e li sd e r i v e df r o mt h eo p e r a t i o n a l m o d e l i na d d i t i o n ，a l lt h ea l g e b r a i cl a w sa x et h e np r o v e dt ob ev a h db o t hu n d e rt h e o p e r a t i o n a la n dd e n o t a t i o n a lm o d e l s b yd e f i n i n gs e m a n t i c si nt h i sw a y , t h ea s s u r a n c e o fc o r r e c t n e s so ft h es e m a n t i cm o d e li t s e l fi sf u r t h e re n h a n c e d a tl a s t ，t h et r a n s a c t i o n a ll a n g u a g ei se x p a n d e db ya d d i n gd a t am a n i p u l a t i o n sa n d i n t e r a c t i o n ss oa st os p e c i f yr e a lc a s es t u d i e s t h i se n r i c h e dl a n g u a g ei se q u i p p e dw i t ha c l e a ro b s e r v a t i o n o r i e n t e ds e m a n t i c su s e dt or e f l e c td i f f e r e n tk i n d so fb e h a v i o r a lt r a n s - f o r m a t i o n ，i n c l u d i n gd a t as t a t e ，c o m m u n i c a t i o nt r a c e sa n dt r a n s a c t i o n a ls t a t u s i na d - d i t i o n ，t h er e f i n e m e n tr e l a t i o nb e t w e e nc o m p e n s a b l et r a n s a c t i o n si sf o r m a l l ye x p l o r e d ， w h i c hi su s e f u lf o rr e a s o n i n gp r o p e r t i e sa n ds u p p o r t i n gs t e p w i s es e r v i c ed e s i g n t os u mu p ，b ya d o p t i n gf o r m a lm e t h o dt os t u d yw e bt r a n s a c t i o n s ，t h eo p a q u e p o i n t so ri n c o n s i s t e n c i e sa r ec l e a r e da n dd e v e l o p e r sa x ea b l et ou n d e r s t a n dt h ec o i n - p e n s a t i o nm e c h a n i s mi n t e n s i v e l y o nt h eo t h e rh a n d ，i tp r o v i d e saf o u n d a t i o nf o rt h e d e v e l o p m e n to ft e s t i n go rv e r i f i c a t i o nt o o l s k e y w o r d s ：t r a n s a c t i o n a lc a l c u l u s ，f o r m a ls e m a n t i c s ，u t pt h e o r y , w e bt r a n s a c t i o n ， c o m p e n s a t i o nm e c h a n i s m i v 学位论文独创性声明 本人所呈交的学位论文是我在导师的指导下进行的研究工作及 取得的研究成果据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本文不 包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果对本文的研究做出重 要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意 作者签名：丕函 日期：照! ：篁! 丝 学位论文使用授权声明 本人完全了解华东师范大学有关保留、使用学位论文的规定， 学校有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的 电子版和纸质版有权将学位论文用于非盈利目的的少量复制并允 许论文进入学校图书馆被查阅有权将学位论文的内容编入有关数 据库进行检索有权将学位论文的标题和摘要汇编出版保密的学位 论文在解密后适用本规定 学位论文作者签名： 叁飘 导师签名：垒丝j 1 1 日期2 0 0 珏堡5 丑z8 目 第一章引言 1 1w e b 服务 w e b 服务【2 】是在因特网突飞猛进发展的基础上推出的一种新兴技术它 为软件系统提供了公共的编程接口与统一的互操作协议，从而屏蔽了操作系 统、编程语言、底层硬件结构的多样性，并且大大推进了软件重用的规模与 更新的效率与以往的中间件相比，w e b 服务是实现应用系统( 无论是部门 级、企业级、甚至是跨企业级) 集成的最佳平台对企业而言，w e b 服务的广 泛使用，将显著增加内部机制运作的灵活性，加快新产品、新服务的上市速 度，系统开发成本也将有所降低，整体运营效率将得以提升对于客户而言， 他们虽然不知道内部技术发生了什么样的变化，但会明显地感受到生活的便 利，对服务的满意度也将大大提高鉴于此，w e b 服务已成为工业界和学术 界共同关注的焦点 虽然w e b 服务这个术语已被人们所接受，但是至今它还没有一个统一的 定义这里，我们引用w 3 c 组织的定义f 1 2 3 对它进行描述：。w e b 服务是一 个能被u 砌识别的软件应用，它的接口及其绑定行为能被x m l 的相关技术 定义、描述和发现w e b 服务能够与其它软件智能体通过某种网络协议交换 x m l 格式的消息从而进行直接的交互”简单的说，w e b 服务就是一个提供 外界环境使用某种特定功能的计算实体通常，一个组织或企业具备某一方 面的专长，它所提供的服务也是具有专业导向的因此，不同的服务实例可 能属于不同的企业，各个企业有着不同的管理机制，开发过程中也可能倾向 于不同的实现技术，这使得w e b 服务具备了自主性和异构性的特点 w e b 服务的提出引发了一种新的系统开发风范，面向服务的架构s o a 【9 7 】与面向对象的架构相比，它提供了一种不同的思考角度与方式显然， 面向服务的核心模块是服务，面向对象的核心构造是对象服务与对象有着 根本的区别，首先，服务是由它与环境交换的消息格式来描述的，对象则由 公开数据及其方法来定义其次，服务的粒度更粗，或者说抽象层次更高， 它可以用过程化语言或者面向对象的技术来实现再者，对服务的访问通常 都是远程的，而对象的访问则往往是内部的最后也是关键所在，服务的出 发点是解决不同应用间的互操作问题，而不是像对象那样为应用创建具体的 业务逻辑 w e b 服务是基于一系列开放标准的开放标准意味着产品中立、实现 技术无关以及操作平台无关，这些都有助于支持和集成由各种产品、技术、 1 w e b 服务 平台构建的软件系统所有这些标准都是基于x m l 【1 2 6 】技术的，这是由于 x m l 提供了与编程语言、开发环境以及硬件系统无关的标准数据类型和结 构其中，x m ls c h e m a 是目前描述x m l 文档结构和定义共享词汇的最好技 术此外，x m l 有一系列相关技术作为补充，例如，带验证的x m l 解析器， 定位x m l 子文档的x p a t h ，用于文档格式转换的x s l t ，以及x m l 的查询语 言x q u e r y 现在还有很多关于这些技术的商业的或开源的实现，这些技术不 仅易于接受，还可以节省很多的开发时间当然，所有的w e b 服务标准本身 也都是x m l 技术 w e b 服务最根本、最原始的两大标准是w s d l 和s o a p w s d lf 1 2 1 1 类似 于组件开发【1 1 4 ，6 5 】中使用的i d l 语言它明确定义了服务的接口，即清楚 地描述了服务的功能，实现了外部接口与内部实现的完全分离w s d l 规范 被划分为两部分，一部分用来定义逻辑接口，另一部分定义物理接口逻辑 接口独立于具体的传输协议。它定义了所需要交互的消息类型以及相关的 服务操作这里定义的消息类型构成了服务层数据模型，它为交互的双方提 供了都能理解的数据交换格式相对的，内部数据模型则受限于某种特定的 实现技术，它用于实现服务内部的业务逻辑当某个具体的服务被访问时， 就要进行服务层数据与内部数据的转换然而，这些转换对使用服务的客户 而言是完全不可见的常见的服务操作模式有四种，请求回应、请求回调、 单向、通知前两种操作模式是同步的，包含两次消息的交互，而后两种是 异步通讯，只涉及一次消息交换物理接口是i d l 语言所不具备的，它为服 务绑定了具体的传输协议，并明确指定了服务的地址由于位于不同位置或 使用不同协议的服务实例可以实现相同的服务功能，因此同一逻辑接口允 许关联多个不同的物理接口s o a p 1 2 7 是一个标准的、开放的、可扩展的 互操作协议，它使得服务之间可以方便的进行松耦合式的交互作为一种通 讯协议，s o a p 提供的是一种无状态的、单向的通讯方式若要实现像r p c 这样的双向同步交互模式，s o a p 需要与其它的协议或中间件配合完成因 此，s o a p 规范支持与其它协议的绑定，它描述了如何把传输的x m l 文档映 射为底层的传输协议，比如：h t t p 或s m t p 另外，s o a p 还定义了一系列的 规则用来帮助计算实体理解传输的s o a p 消息如果实体无法理解交互内容 的话，s o a p 还规定了此情况下应采取的相应措施 此外，w e b 服务的一大特点是服务的注册与查找响应此需求，u d d i 规 范 1 0 0 】定义了一种发布、发现服务的方式u d d i 的核心概念是分布式注册 库，也就是一个复杂的命名和目录系统注册库又分为公共注册库和私有注 2 引言 s e c u r i t y r e l i a b i l i t y c o m p o s i t i o n l r a n s a c t i o n ： w s - s e c u r i t y ，w s - r e l i a b l e m e s s a g i n g , w s - b p e l ，w s - c d l , w s c o o r d i n a t i o n ，w s b u s i n e s s a c t i v i t y l0 8 锶叭 m e s s a g i n g ： a d v e r t i s e m e n t ： s o a p u d d i 图1 1w e b 服务的相关技术标准 册库两种公共注册库是一个物理上分散，逻辑上分布的系统它的目标是： 每个服务都能被发布，每个用户都能找到他所感兴趣的那个服务而私有注 册库只在某个机构内部或若干个业务伙伴范围内使用u d d i 为发布服务信 息定义了相应的数据结构，并为查询注册库提供了适当的a p i 操作特别的， 这个注册库本身就是一个w e b 服务，所有的a p i 都是由w s d l 进行描述的 通过使用u d d i 注册库，用户不仅可以发现他们想要的服务，还能进一步了 解到如何与此服务进行通讯不仅如此，u d d i 还支持服务的动态绑定，即在 执行过程中决定具体服务实例的调用然而目前为止，u d d i 还存在着一些问 题，它未能像w s d l 和s o a p 那样被广泛采纳 基本的w e b 服务标准满足了一些简单的应用需求，但对于那些流程复杂、 业务关键的应用来说，这些技术远远不够因此，一系列的补充标准( 比如 安全性，组合性、事务性等) 正在逐步出台( 图1 1 ) 。以支持越来越多的应用 种类 1 2w e b 服务组合 系统集成一直以来都是中大型企业的关注点，也是系统设计人员所面临 的最为棘手的问题之一信息的整合、业务战略的改变、企业的兼并与收购、 内部的重组、业务流程的自动化等都为系统集成提出了迫切的需求由于不 同系统存在多方面的差异，系统集成并不是一蹴而就的集成面临着一系列 的技术问题：如何协调不兼容的业务流程；如何解决不同系统的数据差别； 如何协调不同系统之间所使用的不同交互模式；如何在不同实现技术实现的 系统之间实现通讯等等若干年来，涌现出大量致力于解决集成问题的技术 和产品，然而结果都不是很理想最近的经验表明，w e b 服务为集成所面临 3 w e b 服务组合 的多个难题提供了一种比较好的解决办法它通过标准化的数据格式和统一 的交互协议屏蔽了不同系统间的底层实现差异用w e b 服务实现系统集成的 基本思想是，先把各个子系统封装成w e b 服务，然后再进行w e b 服务之间的 组合 w e b 服务组合的目标在于自动化，流线化商业集成系统f 1 1 2 ，并清晰地描 述集成系统的业务流程业务流程是一种复杂的现实活动，它由一系列在逻 辑上相关的任务所构成，根据适当的顺序和正确的业务规则来协调这些任务 的执行便可产生预期的业务效果常见的业务流程有t 货物定购、旅行安排、 买卖房屋、保险索赔等w e b 服务的基本技术对于那些简单交互的软件系统已 经显示出了优越性，然而单单依靠这些基本功能仍难以精确刻画复杂的业务 流程因此，工业界和学术界为了处理这一复杂情况，相继提出了一些专用于 w e b 服务组合的标准，用于刻画w e b 服务的组合特性m i c r o s o f t 、i b m 、b e a 等 大型i t 公司，以及w 3 c 、o a s i s 等国际组织正致力于开发基于工作流的w e b 组合服务语言，包括x l a n g 1 1 6 、w s f l 【7 3 、w s b p e l 【27 】、b p m l 【1 1 1 、w s c i 【1 2 2 、w s - c d l 【1 2 5 ，w s c l 【1 2 4 】等 w e b 服务组合有两种方式，服务编制( o r c h e s t r a t i o n ) 和服务编排( c h o r e o g r a p h y ) 服务编制用来定义合成服务的业务流程合成服务是通过调用其他服务而 组成的w e b 服务，它在现有的服务基础之上通过组合为用户提供更好、更 便捷的服务性能服务编制语言的代表是由国际标准组织o a s i s 起草的 w s - b p e l ( w e bs e r v i c e sb u s i n e s sp r o c e s se x e c u t i o nl a n g u a g e ) ，它可以作为w e b 服务实现的开发语言w s - b p e l 取代了块结构语言，i b m 的w s f l 和图结构 语言，m i c r o s o f t 的x l a n g ，现已成为工业界上的事实标准服务编排用于定 义多方如何在共同参与的业务中进行协作而达到共同目标编排主要关注 服务参与者之间的交互和依赖关系，刻画他们之间所呈现的外部行为服务 编排语言的代表是由国际标准组织w 3 c 起草的w c d l 语言( w e bs e r v i c e s c h o r e o g r a p h yd e s c r i p t i o nl a n g u a g e ) 相对于w s - b p e l 而言，此语言的发展刚 刚起步，它还存在一些开放性话题待以进一步的讨论【4 】 编制和编排两种服务组合方法有着相似之处，但也存在着差别 3 2 首 先，编制是一种请求者提供者模型，它定义了与某个特定服务相关的调用 关系；编排则是一种对等模型，业务中的参与方之间是平等的关系，它定义 了如何以及何时把控制权从一方传递给另一方其次，编制是可以执行的， 它定义了要执行的各项具体任务，包括外部不可见的行为；而编排则强调多 方之间可观察到的消息交换，并不暴露内部实现细节，它是不可执行的最 4 引言 后。编制是局部于某个服务的，它详述了此服务的具体业务流程，并存在一 个中心控制点( 称为编制引擎) 来执行此流程；编排是从一个全局的角度出 发，为参与者之间的消息交换定义公共的排序条件和约束，控制是分布的 实际上，设计开发人员可以利用编排这个整体模型来导出各个参与者的局部 编制模型，从而使得各个参与者能够按照编排上的约定进行顺畅的协作另 外，对于已存在的编制服务，也可以通过给定的编排模型对其进行测试与验 证，以便检验两者的一致性关于两种组合模式一致性问题的研究可参考文 献【1 6 ，8 7 ，1 3 0 ，1 0 7 ，7 9 随着对w e b 服务组合的关注，国内外一些学者把注意力放在了w e b 组合 语言的研究上在w e b 服务编制语言方面，一系列的研究工作已经展开鉴 于w 曲服务编制与工作流管理系统【t 2 0 有很多相似之处，w o h e d 等人【1 1 9 】 从工作流模式和交互模式两方面深入考察了编制语言的表达能力，并对各 种不同的编制语言进行了比较此工作得出这样的结论t 相对于其他组合语 言，w s - b p e l 是一个表达能力较强的语言但是w s b p e l 结构上的复杂性 使得其语义不是很清楚，需要相应的形式化模型对它进行刻画在w s - b p e l 语言的形式化方面，c a m a r a 和l u c c h i 分别采用进程语言c c s 9 0 】和7 r 演算【9 1 】 模拟了此语言的各个语法结构，为其行为给出了精确的解释 2 3 ，酬我们研 究小组对w s - b p e l 语言也展开了深入的研究，从不同的语义学角度对其语 义进行了剖析1 0 5 ，1 3 2 ，4 9 进一步的，我们采用统一理论的思想对不同语 义模型进行连接，从而保证了语义上的一致性6 3 ，6 2 v i r o l i 通过设计一种带 有迭代循环、赋值运算的进程代数对w s - b p e l 中的商业流程进行形式化描 述这项工作的研究重点在于解决多个交互实例的关联问题【1 18 】在验证方 面，f o s t e r 等人提出了一种以模型为基础的服务组合验证方法 3 7 】，即先把编 制的服务实现转换为有限自动机再进行基于等价迹的验证为了检测潜在的 不安全因素，n a k a j i m a 【9 6 】在w s - b p e l 语言中引入了基于格的安全标签并采 用模型检测的技术对服务的安全性进行验证在w w w 0 4 大会上，f u 等人以 一种特殊的会话方式来分析服务间的交互【3 9 】他们用带有卫兵的自动机作 为中间表示来模拟服务进程，然后利用模型检查工具s p i nf 5 6 对这种中间表 示形式进行性质验证相似的，在文献【4 2 】中，作者针对w s - b p e l 的一个子 集，利用时间自动机验证工具u p p a a l 【5 】对服务进程中与时间有关的性质进 行了验证分析h a m a d i 等人【4 7 】设计了一种包含多种组合算子的服务代数语 言，并使用p e t r i 网【1 0 3 模拟合成服务的行为，对服务组合进行进一步的优 化和验证此外，某些研究学者还设计了其它的形式化语言来研究服务编制 5 w e b 事务 的性质，例如。o r c 【9 2 ，9 3 ，9 4 】、c o w s 【7 1 】、s c c 【9 】、s o c k 4 6 】 对于w e b 服务编排语言的研究，国际上正处于起步阶段一些研究小组 已经对w s - c d l 语言展开了初步的研究n b u s i 等人【1 7 1 在w s - c d l 的基础 上设计了一种简化的w e b 服务协作语言，初步探讨了不同角色之间的协作 模式g o r r i e r i 等人推广了b u s i 的工作，增加了对编排模型中信息交互的研究 4 4 】他们把w e b 服务之间的交互分为三种通信模式，并利用 17 】中设计的模 型对三种通信模式进行推理b r o g i 等人针对w e b 服务编排模型提出了一种形 式化的刻画方法他们利用进程代数c c s 模拟了w e b 服务编制接e lw s c i 的 外部行为，并在此基础上讨论了w - e b 服务的交互兼容性问题【1 2 】北京大学 杨红丽等人对w s c d l 语言中定义的角色，信道等类型元素进行了深入的探 讨【1 2 8 我们研究小组对w s c d l 的整体模型进行了剖析f 7 4 】，给出了完整的 操作语义描述，尤其对事务的出错处理机制进行了深入的分析同时，我们 还通过建立相应的c s p 模型【5 2 ，1 0 9 】为实现编排语言的自动化验证提供了可 行性方案 7 5 】 w e b 服务组合涉及的内容很多，包括数据流、控制流、服务选择、会话 实例路由、事务处理等服务组合语言采用变量来储存数据，这点与传统语 言相似数据可粗略划分为两大类业务数据与控制数据业务数据与具体 的业务需求相关，用来交互双方的信息传递控制数据是不可见的，用于分 支选择，决定子任务的执行变量值的更新有两种途径，一是通过交互接收 数据，二是通过显示的赋值在控制流方面，除了传统的顺序、选择、循环 结构之外，还有并发的控制和事件驱动响应控制并发控制中重要的是信息 的共享和同步问题对某些事件( 如特殊消息的接收、超时) 的及时响应则是 通过事件驱动的方式来处理的静态或动态地选择服务也是服务组合所要解 决的问题之一在业务进行中，会有多个会话实例并存，如何正确的把消息 分发给其所属的会话是达到业务目标的关键在服务组合中，这种路由问题 由定义具体会话实例的关联集合( c o r r e l a t i o ns e t s ) 来解决为了保证整个业务 流程的一致性和可靠性，事务处理技术是必不可少的然而，在w e b 服务环 境下的事务具备独特的特点，传统的技术无法应用因此，事务处理在服务 组合中是一个相当重要而又亟待解决的棘手问题 1 3w e b 事务 这里，我们谈及的w e b 事务是应用于w e b 服务平台下的事务的简称具 体的说，w e b 事务是在特定业务规则的驱动下，由多个w e b 服务作为参与实 6 引言 体而产生的一种业务状态的一致性改变不同于传统的数据库事务，w e b 事 务以服务之间的交互为核心，而不仅仅围绕数据库中的持久数据由于w e b 事务所处环境的不同，传统的事务处理技术在这种新型事务中的应用受到了 限制为了提高并发性能、解决技术上的冲突，w e b 事务在一定程度上放宽 了传统事务诸如原子性、孤立性的要求鉴于w e b 事务自身的独特性，工业 界和学术界都逐渐对它引起了关注本章节将逐一介绍w e b 事务的特点、待 解决的问题、相关工作以及本文采用的研究方法和技术路线 1 3 1 背景介绍 事务处理技术为保证系统状态的一致性起了重要的作用当系统发生错 误时，事务机制能够有效的恢复系统，从而保证系统执行的可靠性如今， 构建高可信系统显然已成为计算机领域的关键问题因此，状态一致性、良 好的出错恢复能力等可靠性需求在大多数应用系统中都是必需具备的当 然，基于w e b 服务的系统也不例外特别的，服务组合中涉及到复杂的业务 流程，为保证整体业务的可靠执行，事务的支持是必不可少的f 1 0 2 尽管事务的概念及相关技术已经有很长的历史了，然而随着技术平台的 更新、系统运营环境的改变，事务一直是大家持续关心的核心问题之一w e b 服务平台为系统设计、开发、部署提供了一种全新的模式相应的，事务所 应用的环境也发生了极大的变化这里，我们把应用于w e b 服务平台下的事 务简称为w e b 事务w e b 事务具备以下三大特点 长时性w e b 事务通常包含一系列的子任务要完成，涉及到多个资源的访问， 还要等待用户的响应等，因此，w e b 事务的执行时间段很长，从几个小时 到几天不等 自治性w e b 服务很可能是属于不同企业的( 甚至是相互竞争的企业) ，由于 不同企业有各自独立的管理模式，不受其他企业的干涉，因此开发的w e b 服务也不是相互依赖的，它们之间是一种松耦合的连接状态w e b 服务作 为w e b 事务的参与者，使得w e b 事务也具备了自治性的特性 交互性在w e b 服务的大环境下，各个服务之间要通过交互来交换信息可以 说交互是业务流程得以自动化的核心因此，交互性自然成为w e b 事务 的一大特点 我们知道，传统的数据库事务是严格的原子事务，一旦系统发生故障，所 有的操作都会自动回滚，最终呈现的是“要么全有要么全无的”事务结果这 7 w r e b 事务 种事务具备四大特点a c i d 【4 5 ，6 】，即原子性( a t o m i c i t y ) 、一致性( c o n s i s t e n c y ) 、 孤立性( i s o l a t i o n ) 和持久性( d u r a b i l i t y ) 用于a c i d 事务的处理技术包括。资 源锁定、自动回滚以及经典的两阶段递交协议等然而，这些传统的事务技 术是特为紧耦合环境下的短时( s h o r t l i v e d ) 事务设计的，对于w 曲事务而言 是不适用的【8 2 】具体分析如下， w e b 事务在执行过程中进行资源锁定，就会因为自身的长时性而使其它 并发事务长时间地访问不到资源这样不仅造成严重的性能问题，还会 导致大量的死锁，从而使得许多事务被迫中止此外，事务进行中，服务 不仅要访问自身的资源，还要访问其它服务的资源由于自治性，各个 服务的资源管理策略也不会允许其它服务对自己的资源进行长时间的锁 定因此，资源锁定技术对w e b 事务是不适合的 在传统数据库事务中，数据操作都记录在日志中，只有当提交的时候，数 据的变化才反映在物理硬盘中然而，交互的行为却是即时发生的并且 一旦发生就无法通过自动回滚机制来挽回也就是说，已发生的交互行 为是无法当作没有发生过的，必须通过其它的附加行为来补偿例如，客 户向代理商定了机票，之后此客户想取消机票，他必须再打一个电话或 通过网络系统取消此机票，