（计算机科学与技术专业论文）基于bpel的工作流引擎的研究与设计.pdf

国防科学技术大学研究生院学位论文 摘要 工作流技术是实现企业业务过程建模、仿真分析、优化和业务过程管理与集 成，从而最终实现业务过程自动化的核心技术。研究和推广工作流技术对企业信 息化具有重要的现实意义。然而，随着i n t e r n e t 上电子商务的飞速发展，传统工 作流管理系统越来越不能适应现代企业业务流程管理的要求，主要表现在系统缺 乏柔性和互操作性，难以支持动态的和跨组织的工作流程。将新兴技术w e b 服务 引入工作流管理系统，使系统具备松散耦合、面向组件和跨技术实现等特点，从 而使得i n t e r n e t 范围的业务活动的交互更加简单和方便，以满足现代企业对工作 流管理信息系统提出的新需求和新挑战。而b p e l 正是基于w e b 服务的一种工作流 描述语言，它是由i b m 、b e a 、m i c r o s o f t 等多家厂商联合提出的、关于w e b 服务 集成的规范。 本文首先介绍了工作流技术及工作流管理系统、w e b 服务技术和b p e l 规范。 然后分析了我校数字化校园建设的现状，针对所存在的缺陷与问题，对我校信息 化建设的整体框架作出了改进。在改进后的新框架中引入了业务流程层用于业务 流程的处理，并给出了以工作流引擎为核心的业务流程层内部结构。同时还对核 心服务层和合成服务层中的服务进行了重新规范。核心服务层中的“以数据为中 心的 服务将数据实体与其操作一起封装在服务内部；合成服务层中的“以业务 逻辑为中心的服务封装了复杂的计算或业务规则，尽可能以粗粒度、以最纯粹 的形式表示业务逻辑、暴露系统的可复用业务功能。且立足于我校研究生院的信 息化建设，在比较了现有主流技术的基础上，选择了w e b 服务作为改进后框架的 核心实现技术，b p e l 作为其业务流程建模语言。 接着设计了一个基于b p e l 建模语言的工作流引擎，该工作流引擎主要分为 三大模块：b p e l 处理器、流程模块和活动模块。本文给出了b p e l 处理器的基本 结构，并依据该结构设计了b p e l 处理器；给出了整个流程调度过程，并依照该 调度过程，提出了接受列队和消息列队的设计及管理思想，用以完成流程模块的 设计；同时依据b p e l 规范，给出了活动状态转换关系，用以指导活动模块的设 计。 最后依照所提出的基于b p e l 的工作流引擎设计思想，实现了其原型系统。 并以研究生教育管理系统现有架构为基础，以改进后的信息化建设整体框架为指 导，对研究生教育管理系统进行了重构，给出了重构后的系统结构，完成了工作 流引擎原型系统与研究生教育管理系统的整合。 关键词：工作流引擎，w e b 服务，b p e l ，流程 第i 页 国防科学技术大学研究生院学位论文 a b s t r a c t w o r k f l o wt e c h n o l o g yi sak e yt e c h n o l o g yt oe n t e r p r i s eb u s i n e s sp r o c e s sm o d e l i n g ， s i m u l a t i n g ，o p t i m i z i n g ，m a n a g e m e n ta n di n t e g r a t i o n ，f o rt h ep u r p o s eo fr e a l i z i n g b u s i n e s sp r o c e s sa u t o m a t i o n t h er e s e a r c ha n da p p l i c a t i o no fw o r k f l o wt e c h n o l o g yh a s g r e a ts i g n i f i c a n c et oe n t e r p r i s e s a st h ef a s t e - b u s i n e s sd e v e l o p m e n ti ni n t e m e t ， t r a d i t i o n a lw o r k f l o wm a n a g e m e n ts y s t e m s ( w f m s ) c a n tm e e tt h er e q u i r e m e n to f m o d e mb u s i n e s sp r o c e s sm a n a g e m e n ta n ym o r e t h e yd o n tp r o v i d ee n o u g hs u p p o r tt o d y n a m i ca n di n t e r - o r g a n i z a t i o n b u s i n e s sp r o c e s s e sb e c a u s e l a c k i n ga g i l i t y a n d i n t e r o p e r a b i l i t y 0 u rs o l u t i o ni s t oi n t r o d u c eo n eo ft h el a t e s tt e c h n o l o g y w e b s e r v i c e st oi m p r o v ew f m sp e r f o r m a n c e w e bs e r v i c e s b a s e dw o r k f l o wm a n a g e m e n t h a sd y n a m i ca n di n t e r o p e r a t i o nf e a t u r e s ；i ti n v o k e sa n dc o n t r o l sb u s i n e s sa c t i v i t i e st o m a k et h ec o m m u n i c a t i o na m o n gt h eb u s i n e s sa c t i v i t i e si nt h ei n t e m e te a s i e ra n dm o r e c o n v e n i e n t t h ew e bs e r v i c e s b a s e dw f m si sp u tf o r w a r dt os a t i s f yt h en e wd e m a n d s o fm o d e me n t e r p r i s e sf o rw o r k f l o wm a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e m t h eb p e l d i s c u s s e di nt h i st h e s i si sb a s e do nt h ew e bs e r v i c e b p e li san e ws p e c i f i c a t i o na b o u t w e bs e r v i c ei n t e g r a t i o nt h a tp u b l i s h e db vi b m 。m i c r o s o f ta n db e ae t c f i r s to fa 1 1 t h i sp a p e ri n t r o d u c e st h et e c h n o l o g i e so fw o r k f l o w w e bs e r v i c e sa n d b p e l t h ec u r r e n ts i t u a t i o no fo u ru n i v e r s i t yd i g i t i z a t i o nc a m p u si sa n a l y z e d t o i n f o r m a t i o nc o n s t r u c t i o no fo u ru n i v e r s i t ye n t i r e t y ，t h ef r a m eh a sb e e nm a d e i m p r o v e m e n t i nt h en e wf r a m e b u s i n e s sp r o c e s sl a y e ri su s e df o rb u s i n e s sp r o c e s s n l es t r u c t u r ei sg i v e nt oo u ta n di t sc o r ei sw o r k f l o we n g i n e w eh a v ed e f i n e dt h e s e r v i c eo f c o r es e r v i c e sl a y e ra n dc o m p o s i t i o nl a y e ra g a i n b a s e do nt h ei n f o r m a t i o n c o n s t r u c t i o nc h a r a c t e r i s t i co fo u ru n i v e r s i t yg r a d u a t es c h 0 0 1 w ed e c i d et ol o o ko nt h e w e bs e r v i c ea sak e yt e c h n o l o g ya n db p e la sb u s i n e s sp r o c e s sm o d e ll a n g u a g e b p e l b a s e dw o r k f l o we n g i n ei sd e s i g n e d i tm a i n l yc o n t a i n st h r e em o d u l e s a n d t h e ya l eb p e lp r o c e s s o r ，p r o c e s sa n da c t i v i t ym o d u l e t h es t r u c t u r eo fb p e lp r o c e s s o r a n dd e s i g n e dt h eb p e lp r o c e s s o ra r eb e e ng i v e n e n t i r es c h e d u l ep r o c e s sa n dt h e m a n a g e m e n t m e a s u r eo fr e c e i v i n ga n dm e s s a g eq u e u ea l eb e e ng i v e n a tt h es a m et i m e ， w eh a v eg i v e nt h ea c t i v i t ys t a t ec h a n g e sr e l a t i o nb a s e do nb p e lc r i t e r i o n w eh a v ea c h i 【e v e dap r o t o t y p es y s t e mt h a ti sb a s e do nt h ew o r k f l o we n g i n e m e a s u r e t h ee d u c a t em a n a g e m e n ts y s t e mt ot h eg r a d u a t es t u d e n th a st h ec a r r i e do u tt o b ea n o t h e rs t r u c t u r e w eh a v eg i v e nt h ea r c h i t e c t u r eo ft h en e ws y s t e m i nt h i sw a y w e h a v em a d ew o r k f l o we n g i n ea n de d u c a t em a n a g e m e n ts y s t e mw o r kt o g e t h e r k e yw o r d s ：w o r k f l o we n g i n e ，w e bs e r v i c e ，b p e l ，p r o c e s s 第i i 页 国防科学技术大学研究生院学位论文 图目录 图1 1 工作流管理系统特性5 图1 2 工作流参考模型6 图2 1w e b 服务技术架构1 3 图2 2w e b 服务技术栈1 4 图2 3s o a p 消息结构1 5 图2 4 服务的描述、发布、发现和调用处理流程1 8 图2 5b p e l 流程基本结构2 0 图3 1 以业务流程及其管理为核心的流程型应用系统层次结构2 7 图3 2 数据所有权关系。：2 8 图3 3 业务流程层内部架构2 8 图3 4 流程控制逻辑与核心业务逻辑的分离2 9 图3 5b e p l 与w s d l 及s c h e m a 间的关系3 2 图4 1 工作流管理系统功能图3 4 图4 2b p e l 处理器结构3 5 图4 3 引擎中对象的创建3 6 图4 4 数据转换器类层次3 7 图4 5x p a t h 扩展函数类层次图3 8 图4 6 请求调度流程。3 9 图4 7 活动的类层次图4 3 图5 1 持久化层初始化4 6 图5 2 事务作用域4 8 图5 3 基于事件机制日志器类层次关系51 图5 4 研究生教育管理系统架构- 5 2 图5 5 研究生教育管理系统层次结构j 5 3 图5 6 改进后的研究生教育管理系统架构5 4 图5 7 答辩申请流程5 6 第v 页 国防科学技术大学研究生院学位论文 表目录 表4 1 活动状态表4 2 表4 2 活动状态转换表4 2 表5 1 事务配置文件4 7 表5 2 事务属性及作用域4 8 表5 3 学员基本信息服务的w s d l 文档片段5 5 表5 4 答辩申请流程定义片段5 6 第1 v 页 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果尽我所知，除了文中特另4 加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已 经发表和撰写过的研究成果，也不包含为获得国防科学技术大学或其它教育机构的学 位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文 中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文题目：基王墼坠三堡速曼l 鳌鲍盟窒生遮i 土 学位论文作者签名：二堡牟 日期：哪8 年c 月3 日 学位论文版权使用授权书 本人完全了解国防科学技术大学有关保留、使用学位论文的规定本人授权国 防科学技术大学可以保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子文档，允 许论文被查阗和借阅；可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文 ( 保密学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名： 童主：盎 日期：。加占年f 月3 日 作者指导教师签名：耄鱼丝垄日期：2 耕 月3 日 国防科学技术大学研究生院学位论文 第一章绪论 1 1 引言 随着经济信息化和全球化的深入、计算机的普及、网络以及i n t e m e t 的延伸、 数据库等相关技术的飞速发展，“i t 已成为像电网或铁路一样稀松平常的东西， 无处不在 ，许多公司和部门都依照自己特定的业务流程开发了适合的应用系统。 但随着系统越来越庞大，流程越来越复杂，当今的软件也陷入了进退维谷的境地。 因为各部门都有着自己特定的业务流程，但在传统的信息系统中，通常将业务流 程嵌入到程序代码的内部，这就使得已有的信息系统无法快速满足业务流程的变 化，即系统“不敏捷 ，缺乏足够的柔性；同时也造成业务逻辑的重用较为困难， 系统中存在着大量的业务冗余代码，从而使得软件开发的成本过高且系统难以维 护，投入的资金往往“得不偿失 ，即投入“低效率。故“不敏捷和“低效 率 已成为现今软件的开发过程中的两大难题。为克服这两大难题，应用系统及 其架构必须具备以下特征： 。 ( 1 ) 简单性。系统结构必须简单易用，以保证关键人员能够有效沟通。系统的 开发需要一定人员的参与，这些人扮演着不同的角色，掌握的专业知识也不尽相 同，而所有的参与者都必须根据各自分工，理解系统结构。 ( 2 ) 灵活性和可维护性。系统投入运行后，需经常对其进行维护，以适应需求 或环境的变化，应对业务流程的修改或重组等。 ( 3 ) 可重用性。“可重用性”是软件工程几十年来一直追求的主要目标之一。 重用有着两个显著优势：能共享不同项目的代码库的某些功能，能有效降低开发 和维护成本；同时能在多个应用程序间实时地共享数据，以减少数据冗余( 从长远 来看，在多个数据库中维护相同的数据集必然会带来数据不一致等一系列问题) 。 ( 4 ) 功能和技术分开。一般来说，业务应用系统的生命周期长于底层技术的更 新周期，因此系统应该能承受异质性和技术基础结构的变更。另外，业务功能的 开发与底层的分离，可以避免对特定产品的依赖，避免供应商的垄断。 为较好、较彻底地解决以上四个方面的问题，技术与方法层出不穷，工作流 也是其候选的可行方案之一，它主要针对业务流程及其相关层面在这四个方面出 现的问题。源于生产组织和办公自动化领域的工作流技术是实现业务流程建模与 仿真、分析与优化、部署与执行、管理与集成、跟踪与监控，从而最终实现业务 流程自动化的核心技术。利用工作流技术进行信息系统的开发，不仅可以规范业 务流程，发现业务流程中不合理的环节，进而对其进行优化或重组，而且可以根 据业务的需要或环境的变化，快速调整或重建业务流程，实现业务系统对业务需 第1 页 国防科学技术大学研究生院学位论文 求的快速响应。 自从工作流系统及其技术在办公自动化领域取得成功后，已越来越受到人们 得重视与关注，随着对其的深入研究，工作流技术已作为一种控制、协调复杂活 动执行和信息集成的有效手段，广泛应用于各个领域。 1 2 课题背景 随着信息技术的不断发展，信息化水平地不断提高，数字化校园已日渐成为 集教育、学习、交流、研究、办公于一体的数字化支撑平台。我校在“十五 期 间启动了数字化校园建设，经过几年的发展已取得了较大的成果，一些应用系统 已投入使用，如研究生信息管理系统、博士招生系统等，这些应用系统得使用大 大地提高了工作效率、有效地降低了办公成本、很好地促进了我校的教学与信息 化管理。但同时也存在着一些问题，如应用系统缺乏柔性，无法快速应对业务流 程的变更；应用系统间的交互较为困难，致使系统间功能模块相互重叠，存在大 量的冗余数据，这就给数据的使用和维护带来了困难，使数据处于不一致状态成 为可能等。如何将工作流管理系统应用于数字化校园建设中，进一步提高已有应 用系统的效能，更好地适应已有业务系统的变化需求及业务重组需求，快速完成 新业务布置需求，为学校的信息化建设提供更好更强的支撑平台，是摆在面前的 一个现实而迫切的需求。 1 3 工作流技术研究现状 工作流技术是进入9 0 年代以后计算机应用领域的一个新的研究热点。对工作 流技术进行深入的研究对于提高我国的信息化程度、运行效率以及竞争能力都有 着重要的意义。 1 3 1 工作流技术起源与发展 工作流的概念源于上世纪七十末生产组织和办公自动化领域。它是针对日常 工作中具体固定程序的活动而提出的一个概念。它通过将工作分解成定义良好的 任务，按照一定的规则和过程来执行这些任务并对它们进行监控，以达到提高效 率、降低成本、改善管理的目的。 进入9 0 年代，随着计算机的普及、网络的延伸，现代企业的信息资源越来越 表现出一种异构、分布、松散耦合的特点，企业的分散性、决策制定的分散性、 对日常业务活动详尽信息的需求以及c l i e n t s e r v e r 体系结构、分布式处理技术 ( c o r b a 、w w w 、o l e 、j a v a ) 的日益成熟，都说明了这样一个事实：集中式信 第2 页 国防科学技术大学研究生院学位论文 息处理的时代已经过去，实现大规模的异构分布式执行环境，使得相互关联的任 务能够高效运转并接受密切监控已成为一种趋势。在这种不可抗拒的技术背景下， 工作流管理系统也由最初的创建无纸办公环境转而成为同化企业复杂信息环境、 实现业务流程自动执行的必要工具。这样的一个转变，把工作流技术带入了一个 崭新的发展阶段，使得人们从更深的层次、更广的领域上对工作流展开了研究。 工作流技术的标准化组织工作流管理联盟( w o r k f l o wm a n a g e m e n tc o a l i t i o n ) 于1 9 9 3 年成立。它的成立标志着工作流技术在计算机应用研究领域之中被明确地 划分出了自己的一席之地，相应的概念与术语也得到了人们的承认。在全球范围 内，对工作流技术的研究以及相关的产品开发进入了更为繁荣的阶段，更多、更 新的技术被集成进来，文件管理系统、数据库、电子邮件、移动式计算、i n t e m e t 服务等都己被容纳到工作流管理系统之中，市场上工作流产品极大丰富，据统计， 1 9 9 7 年市场上约有7 0 多种工作流产品在相互竞争，多家供应商纷纷看好这块渐趋 热点的i t 市场，1 9 9 7 年工作流产品的市场增长率超过3 5 。根据不同工作流系统 所采用的任务项传递机制的不同，市场上的多种产品基本上可以划分为4 类n 1 ： ( 1 ) 基于文件的工作流系统：以共享文件的方式来完成任务。这种类型的产 品是产生最早、发展最成熟、最具多样性的，通常包含有c l i e n t s e r v e r 模式的图像、 文档与数据库管理系统。代表产品有p i l e n e t 的v i s u a lw o r k f l o 、i b m 的f 1 0 w m a r k 、 i n c o n c e r t 的i n c o n c e r t ； ( 2 ) 基于消息的工作流系统：通过用户的电子邮件系统来传递文档信息。这 种类型的产品都己实现了与一种或多种电子邮件系统的集成。代表产品有n o v e l l 与f i l e n e t 合作开发的e n s e m b l e 、j e t f o r m 的i n t e m p o 、k e y f i l e 的k e y f l o w e ； ( 3 ) 基于w e b 的工作流系统：通过w w w 来实现任务的协作。这一类产品起步 较晚( 在1 9 9 5 年以后) ，但是发展迅速，己成为一种最新的市场流行趋势。许多供 应商纷纷开发新产品或者在原有产品的基础上增加对w e b 的支持。代表产品有 a c t i o n t e c h n o l o g i e s i 拘a c t i o n w o r k s m e t r o 、u l t i m u s l 拘u l t i m u s a ； ( 4 ) 群件与套件系统：依据划分标准，这一类产品与前面3 种有很大程度的重 叠，但是在这里却有必要把它们单独划分成一类，因为这类产品都需要依赖自己 系统的应用基础结构，包括消息传递、目录服务、安全管理、数据库与文档管理 服务等，它们本身就构成了一个完整的应用开发环境。代表产品有i b m l o t u s 的 l o t u s n o t e s 、m i c r o s o f t 的o f f i c e 与e x c h a n g e 、n o v e l l 的g r o u p w i s e 。 纵观工作流软件产品由8 0 年代的萌芽到9 0 年代的繁荣，我们可以把它总结 为3 个阶段： 第1 阶段主要为应用于某些特定领域的、相对独立的应用系统，比如图像、 文档管理系统； 第3 页 国防科学技术大学研究生院学位论文 第2 阶段主要表现为具有底层的通信基础结构、能够实现任务协作的应用系 统，比如具有消息传递功能的工作流系统； 第3 阶段具有图形用户界面的过程定义工具、用户定义与任务执行完全分离 的工作流系统，其体系结构基本上符合工作流管理联盟所提出的标准结构。 经历了这3 个阶段的发展，工作流产品基本上确定了它在计算机应用软件市 场上的独立地位。 1 3 2 工作流的定义 w f m c 成立后，虽然为工作流管理系统的相关术语、体系结构及应用编程接 口等方面都制定了一系列的标准，使工作流技术进入了一个新的发展阶段，但到 目前为止，工作流仍然没有一个统一的定义，十几年来，不同的研究者和工作流 产品供应商从不同的角度给出了工作流的定义。但基本上都达成了这样的一个共 识：工作流是经营过程的一个计算机实现，而工作流管理系统则是这一实现的软 件环境。这些工作流的定义分别反映了经营过程如下几个方面的问题，即经营过 程是什么( 由哪些活动、任务组成，也就是结构上的定义) 、怎么做( 活动间的执行 条件、规则以及所交互的信息，也就是控制流与信息流的定义) 、由谁来做( 人或 者计算机应用程序，也就是组织角色的定义) 、做得怎样( 通过工作流管理系统进 行监控) 。 工作管理联盟的定义皿3 是：工作流是一类能够完全或者部分自动执行的经营过 程，根据一系列过程规则，文档、信息或任务能够在不同的执行者之间传递、执 行。 根据我们对工作流的理解，也给出以下定义：工作流是通过计算机软件进行 定义、执行并监控的经营过程，而这种计算机软件就是工作流管理系统哺1 。这个定 义区别了工作流与一般的工作流程：前者需要借助计算机软件来完成，并完全在软 件系统的控制之下：而后者则没有这种约束，其中的某些步骤可能也需要用到计 算机，但这只不过是局部的计算机应用，整个过程是不在计算机控制之下的。 1 3 。3 工作流管理系统 工作流管理联盟给出的工作流管理系统定义是：工作流管理系统是一个软件 系统，它完成了工作流的定义和管理，并按照在计算机中预先定义好的工作流逻 辑推进工作流实例的执行。 在这里需要强调的是，工作流管理系统不是企业的业务系统。在很大程度上， 工作流管理系统为企业的业务系统运行提供一个软件支撑环境，非常类似于在单 个计算机上的操作系统，只不过工作流管理系统支撑的范围比较大、环境比较复 第4 页 国防科学技术大学研究生院学位论文 杂而己，所以，也有人称工作流管理系统是业务操作系统。在工作流管理系统的 支撑下，通过集成具体的业务应用软件和操作人员的界面操作，才能够很好地完 成对企业经营过程运行的支持。所以，工作流管理系统在一个企业或部门的经营 过程中的应用过程是一个业务应用软件系统的集成与实施过程。 按照经营过程以及组成活动的复杂程度的不同，工作流管理系统可以采取许 多实施方式。在不同的实施方式中，所应用的信息技术、通信技术和支撑系统结 构会有很大的差别。工作流管理系统的实际运行环境可以是在一个工作组内部或 者在全企业的所有业务部门。虽然不同的工作流管理系统具有不同的应用范围和 不同的实施方式，但它们还是具有许多共同的特性。从比较高的层次上来抽象地 考察工作流管理系统，可以发现所有的工作流管理系统都提供三种功能： ( 1 ) 建立阶段功能：主要考虑工作流过程和相关活动的定义和建模功能； ( 2 ) 运行阶段的控制功能：在一定运行环境下，执行工作流过程，并完成每个 过程中活动的排序和调度功能； ( 3 ) 运行阶段的人机交互功能：实现各种活动执行过程中，用户与i t 应用工具 之间的交互。 图1 1 给出了工作流管理系统三个主要功能之间的关系。 图1 1 工作流管理系统特性 1 3 4 工作流架构参考模型 从上世纪九十年代开始，工作流技术得到了飞速发展，在应用厂商的推动下， 也诞生了各式各样的工作流系统。但这些系统很难兼容，同时采用的术语和模型 也有很大差异。这使得客户和厂商之间的沟通变得复杂，甚至因为对某些概念理 解不一致，导致无法沟通的情况。于是，工作流管理联盟于1 9 9 5 年提出了工作 第5 页 国防科学技术大学研究生院学位论文 流参考模型，如图1 2 所示。参考模型中标识了构成工作流管理系统的基本模块 和这些基本部件交互所使用的接口，这推动了信息交换的标准化，同时也使得不 同产品间的互操作成为可能。这些基本部件包括：工作流执行服务器、工作流引擎、 流程定义工具、客户端应用、应用程序和管理监控工具，同时该参考模型中涉及 到以下三类数据心引： ( 1 ) 工作流控制数据：工作流执行服务工作流机通过内部的工作流控制数据 来辨别某个过程或活动实例的状态。这些数据由工作流执行服务工作流机进行控 制。用户、应用程序或其他工作流机工作流执行服务不能对其直接进行读写操作， 它们可以通过向工作流执行服务工作流机发消息请求来获得工作流控制数据的 内容； ( 2 ) 工作流相关数据：工作流管理系统通过工作流相关数据来确定过程实例状 态转换条件，并选择下一个将执行的活动。这些数据可以被工作流应用程序访问 并修改。因此，工作流管理软件需要在活动实例之间传递工作流相关数据； ( 3 ) 工作流应用数据：这种数据是指那些由应用程序操作的数据。它们是针对 应用程序的，是企业完成具体的业务功能所需要的数据，如产品结构数据、定单 数据、生产作业计划数据等。工作流管理系统无法也不需要对它们进行访问。 接口1十 图1 2 工作流参考模型 参考模型中定义的五类接口如下： ( 1 ) 接口l ：工作流服务和工作流建模工具间的接口，包括工作流模型的解释 和读写操作； 第6 页 国防科学技术大学研究生院学位论文 ( 2 ) 接口2 ：工作流服务和客户应用之间的接口，这是最主要的接口规范，它 约定所有客户应用与工作流服务之间的功能操作方式： ( 3 ) 接口3 ：工作流机和直接调用的应用系统之间的接口； ( 4 ) 接口4 ：工作流管理系统之间的互操作接口； ( 5 ) 接口5 ：工作流服务和工作流管理工具之间的接口。 1 3 5 现在工作流技术中存在的不足 尽管经过工作流产品供应商与工作流研究人员十几年的不懈努力，使得工作 流技术由最初的萌芽逐步发展起来，并取得了相当的成果，但是从工作流系统的 实际应用状况来看，还远未达到人们所期待的普及状态。在经营过程中采用工作 流管理系统的企业仍只是一少部分，而且这些系统的应用范围也很有限，并不能 全方位地支持企业的关键业务流程。从企业用户应用的角度来分析产生这种状况 的原因，主要有以下4 点： 一 ( 1 ) 工作流的运行必须要有底层的通信基础结构的支持，但是就目前能够实现 分布计算环境的产品来看，它们在实际应用中仍然显得不够成熟，在安全性、容 错性、可靠性等方面均不能满足企业的需求，而且在价格上也给企业造成一定的 负担。 ( 2 ) 缺乏标准。不同的厂商所提供的工作流产品可能具有自己独立的一套工作 流模型、工作流定义语言以及a p i 函数。在这种缺乏标准的状况下，用户一旦选 定一种产品之后，就很难再过渡到其他同类产品之上了，而且不同的系统之间缺 乏互操作的接口。尽管工作流管理联盟的成立有助于改善这种情况，但若想实现 类似于关系型数据库这样的统一标准( 比如关系数据模型、s q l 语言等) ，仍有很长 的路要走。 ( 3 ) 实现的复杂性。工作流应用的开发不仅仅是过程的定义，还需要完成其他 许多任务。比如，对外部应用系统进行封装、建立工作流机运行所必须的分布计 算环境、设计开发相应的用户界面等等。目前的工作流产品，几乎不能为这些任 务提供什么有力的帮助，所有的工作流应用都需要工作流产品供应商与应用开发 人员进行很长时间的合作才能最终完成。另外，工作流系统的实旖给企业带来的 不仅仅是技术上的变化，同时也会对企业原有的管理制度造成一定的影响，这也 是对企业的一种冲击。 ( 4 ) 工作流技术本身的不成熟性。目前尚没有一种工作流产品或原型系统能够 在过程执行的可靠性与一致性方面达到与关系型数据库管理系统同水平的功能。 尽管在实际应用时对工作流系统并没有那样高的性能要求，但具备这样的能力对 于一个工作流系统而言是很重要的，只有这样，才能使企业有信心采用工作流技 第7 页 国防科学技术大学研究生院学位论文 术来对那些应用其他技术( 如数据库) 实现的关键任务应用进行重组。 1 3 6 工作流技术的发展趋势 在工作流理论与实施技术方面，研究的主要内容可以归纳为三个方面：第一 方面是工作流的理论基础，包括工作流管理系统的体系、模型与定义语言( 工作流 的建模方法，工作流模型的形式化表示、工作流定义语言) 等的研究。第二方面是 工作流的实现技术，包括工作流的事务特性、各种先进软件技术的应用、工作流 仿真。这方面研究工作的目标是提高工作流管理系统的性能，尤其是提高工作流 管理系统的可靠性以及在处理大规模复杂的且具有并行业务的流程方面的能力。 第三方面是工作流技术的应用，包括工作流实施技术在不同应用领域的应用方法、 应用软件集成p 。 目前，工作流管理领域的研究热点主要集中于： ( 1 ) 过程建模理论与建模方法：研究如何清晰、准确地表示实际应用中的过程， 特别是研究如何清晰准确地、灵活地表示过程模型。目前，己提出了许多具体的 模型和描述语言，有待进一步的统一，工作流管理联盟在规范化方面起了很大的 作用； ( 2 ) 模型验证和模型仿真方法：研究从理论上如何验证所建立的过程模型不存 在死锁问题，研究如何评价所建立的模型的性能和优化模型的方法，这对于企业 经营过程重组问题的研究和实施企业经营过程重组具有重要的意义； ( 3 ) 基于w e b 的工作流：随着w w w 的迅猛发展和普及，许多工作流管理系 统产品开始支持各种各样基于w e b 的应用，支持w e b 的优势不仅在于不需要安装 特定的客户端软件，而且便于系统资源的统一管理。目前的产品还仅限于允许在 浏览器中初始化和控制工作流。随着将来更多技术的支持，在i n t e m e t 上包含多个 w e b 工作流服务器的跨企业的工作流管理系统必将成为现实； ( 4 ) 分布式工作流：工作流管理系统从支持单个工作组环境开始，现在逐步提 高到企业级的功能需求。通常情况下，企业的应用一般都运行在分布式环境中。 这样，单个工作流程就要允许跨越广域网上地多个服务器和客户端，通过并行计 算、资源共享、分布式操作充分体现其可管理性。然而，随之而来地是需考虑分 布式系统的安全性和互操作性； ( 5 ) 异常处理和错误恢复问题：对于一个复杂的应用系统，出现异常和错误是 非常正常的情况，对于工作流管理系统不仅要求它在正常情况下能够发挥作用， 更重要的是要求它能够灵活地处理各种异常情况，并且在某个节点发生错误时能 够保证整个系统不会发生崩溃。目前大多数工作流管理系统都提供了异常情况处 理策略、系统容错能力、故障恢复策略、数据保护及数据恢复方法： 第8 页 国防科学技术大学研究生院学位论文 ( 6 ) 融入事务管理概念：事务管理是数据库技术中的一个重要概念。事务管理 充分保证了数据操作、数据存储、系统管理的正确性、可靠性和可管理性。在工 作流管理中融入事务管理的概念和模型方法可以显著提高工作流管理系统处理大 规模业务应用的能力，目前这个工作已经得到许多研究人员的重视； 应用集成问题：工作流管理系统本身是一个完成过程建模和过程管理的软件 系统，但是为了在企业的实际业务中得到有效的应用，它必须与企业己有的业务 应用系统进行集成，通过集成来提高整个企业的应用水平和应用效率。 1 4 文章结构和主要研究工作 本文的结构及其主要工作如下： 第一章：绪论，本章主要介绍了工作流技术的发展现状；给出了工作流管理 系统的架构参考模型；指出了工作流技术中所的存在的不足与发展趋势； 第二章：w e b 服务技术及其b p e l 规范，本章主要对w e b 服务技术及其b p e l 规范进行了分析，并对b p e l 与w s d l 之间的关系进行了讨论； 第三章：数字化校园整体架构，本章分析了我校数字化建设的现状，并立足 研究生院的信息化建设，提出了满足其发展需求的整体框架，最后选择了适合实 现该框架的核心技术w e b 服务及其相关业务流程描述语言b p e l ； 一一 第四章：基于b p e l 工作流引擎的设计，本章给出并分析了基于b p e l 的工作 流引擎的整体架构，讨论了其三大主要模块的设计； 一 第五章：工作流引擎实现与应用，以第四章的设计为基础，实现了基于b p e l 的工作流引擎，并依照研究生院信息化建设的整体框架对我校的研究生教育管理 系统框架进行了重构，并将基于b p e l 的工作流引擎应用到其中； 第六章：总结与展望。 第9 页 国防科学技术大学研究生院学位论文 第二章w e b 服务技术及其b p e l 规范 w e b 服务自2 0 世纪末诞生以来，备受业界的关注。w e b 服务的出现极大地提 高了应用程序之间的互操作性，同时通过w e b 服务也大大地简化了系统集成。以 下基本规范定义了w e b 服务的技术空间：简单对象访问协议( s o a p ) 、w e b 服务描 述语言( w e bs e r v i c ed e s c r i p t i o nl a n g u a g ew s d l ) 和统一描述、发现和集成协议 ( u n i v e r s a ld e s c r i p t i o nd i s c o v e r ya n di n t e g r a t i o n ，u d d i ) 。 基于w e b 服务的商业流程执行语言b p e l 是i b m 、m i c r o s o f t 和b e a 联合s a p 以及s i e b e l 公司于2 0 0 2 年提出的专为整合w e b 服务而制订的一项新的规范标准。 2 0 0 7 年1 月有发布了其2 0 版本。b p e l 的本质是提供了一个用于服务合成、服务 编制及服务编排的标准，即b p e l 可以通过编排、合成现有w e b 服务而组成一个 新的、符合我们需求的w e b 服务。 2 1 w e b 服务技术 当今业界存在的软件体系架构包括c o r b a ，j 2 e e ，c o m d c o m 等，这些架 构由不同的企业或组织提出，致使相互间的通讯十分困难，从而使采用这些技术 所实施的应用系统变成了一个个信息孤岛、技术孤岛。w e b 服务的出现改变了这 一状况。w e b 服务是使用u r i 标识的软件系统，它使用x m l 描述对外的接口与 绑定，并对外发布这个描述，使其可被其他的软件系统发现，这些系统可以按照 w e b 服务描述中的方法，通过i n t e m e t 协议、使用基于x m l 的消息与它交互【l l 】。 2 1 1 w e b 服务的概念 w e b 服务是通过w e b 定义、发布和访问的完整模块式应用程序，是建立可互 操作的分布式应用程序的新平台，提供了在可缩放的、松耦合的和非特定平台的 环境下交换信息的能力，信息交换使用诸如h t t p 、x m l 、s o a p 和w s d l 之类 的标准协议，它是一种“自包含、自描述、组件化的应用程序 。我们可以用任 何语言，在任何平台上开发w e b 服务，只需通过w e b 服务标准对这些服务进行查 询和访问。w e b 服务一般是为应用程序的调用而准备的，不是为了直接与人交互 设计的，它们不需要有图形化的用户界面，也就是说第三方可以把提供的w e b 服 务整合到自己的客户应用程序中，这样也就提供了一种开发解决方案的新途径： 无需在系统中设计所需要的所有功能模块，只需要简单地向适合的w e b 服务( 即 u r l 资源) 发送请求以执行所需要的操作即可，而无需关心服务的实现细节。它可 以通过i n t e m e t 快速实现信息的共享和服务的复用。由此可见，w e b 服务是松散耦 合的、可复用的软件模块，它在i n t e m e t 上发布后可通过标准的i n t e m e t 协议在程 第1 0 页 国防科学技术大学研究生院学位论文 序中对其进行访问。 作为一种能够广泛部署在i n t e m e t i n t r a n e t 上的新型的组件对象，w e b 服务利 用开放、标准、公共的基础设施来进行对象的描述、发现和访问，它的优点和应 用范围如下： ( 1 ) 开放的标准协议规范：作为w e b 服务，其所有公共的协议完全使用开放的 标准协议进行描述、传输和交换，而且基本上多数规范由w 3 c 等国际标准组织作 为规范的发布方和维护方。w e b 服务建立在基于开放的标准和协议之上意味着它 不会由于技术的私有性而处处受到限制，而且，w e b 服务已成为业界共同认可的 方向，m i c r o s o f t 、i b m 、s u n 、b e a 等均已为w e b 服务市场投入了巨大的入力物 力，并