（计算机软件与理论专业论文）分布式异构环境下工作流管理系统的研究与实现.pdf

中文摘要 摘要 工作流技术是实现企业业务过程建模、仿真分析、管理与集成，从而实现业 务过程自动化的核心技术。工作流技术的实施是企业完善经营过程、提高自身竞 争力的一种重要手段。随着企业全球化和i n t e r n e t 的迅速发展，企业业务过程的分 布化和环境异构化已经成为一种趋势。为了适应这种发展趋势，工作流管理系统 必须具有分布的、适应异构环境的体系结构特征，并且要能够在更高层次上，以 面向过程的方式管理跨组织的协作的业务过程。为此，本文提出了一种分布式异 构环境下工作流管理系统体系结构，并针对分布式业务模型的建模流程、底层通 信机制以及访问控制等关键问题，进行了深入的分析与研究。 首先，本文论述了工作流技术、工作流管理系统( w f m s ) 模型及分布式w f l s 的相关理论及其发展，介绍了j 2 e e 、x m l 、s o a p 和l d a p 等相关技术。然后， 在分析、研究w f m s 的分布式执行体系的基础上，提出了基于s o a p 消息中间件 进行消息传递和基于l d a p 目录服务进行访问控制的分布式w n v f s 的设计原则和 体系结构。并仔细研究了各种业务过程建模技术，结合w f m c 提出的接口1 规范 和w f m c 发布的x p d l 标准，设计了一个能够以图形的方式进行业务建模、以 x p d l 的格式保存工作流模型的分布式建模流程框架。该框架既方便用户迸行业务 建模，也便于在异构的工作流管理平台加以实施。针对工作流引擎的分布式执行、 工作流引擎之间的消息通信等关键问题，本文提出了将s o a p 技术引入到消息中 间件的设计中，并利用消息中间件解决分布式w f m s 的底层通信问题。此外，本 文还为保证各个工作流引擎和目录服务器的安全性和可靠性，利用l d a p 提供快 速定位和查询资源的访问手段，设计了合理的分布式信息平台和访问控制功能模 块。 最后，本文以软件项目管理系统的进度管理子系统为例，依据本文所提出的 解决方案，具体加以实现。实践结果表明，本文所提出的设计方案是切实可行的。 关键词：分布式；工作流；x p d l ；s o a p ；l d a p 英文摘要 r e s e a r c ha n di m p l e m e n t a t i o no fw o r k f l o wm a n a g e m e n ts y s t e m u n d e rd i s t r i b u t e da n dh e t e r o g e n e o u sc i r c u m s t a n c e s 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 st h ec o r et e c h n o l o g yf o rt h ee n t e r p r i s e st om o d e l ，s i m u l a t e ， a n a l y z e ，m a n a g ea n di n t e g r a t et h e i rb u s i n e s sp r o c e s s e s i tc a ns t r e a m l i n et h eb u s i n e s s p r o c e s s e s ，a n di m p r o v et h ec o m p e t i t i v e n e s so ft h ee n t e r p r i s e s h o w e v e r , t w ot r e n d sa r e c o m i n gt o g e t h e rt h a ta r ee x t e n d i n gt h eb u s i n e s sp r o c e s s e st oc r o s s i n gt h eo r g a n i z a t i o n a l b o u n d a r i e s o n ei sab u s i n e s st r e n dt o w a r d si n c r e a s i n gg l o b a l i z a t i o n t h eo t h e ri st h e r a p i di m p r o v e m e n ti ni n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y , e s p e c i a l l yt h ei n t e m e t t h e r ei sat r e n d t h a tb u s i n e s sp r o c e s s e si sm o r ed i s t r i b u t e da n dh e t e r o g e n o u s t om e e tt h i s n e e d ， w o r k f l o wm a n a g e m e u ts y s t e mm u s th a v ed i s t r i b u t e da n dh e t e r o g e n o u ss y s t e ms t r u c t u r e ， a n dt ob ea b l et om a n a g em u l t i o r g a n i z a t i o n sa n dc o o p e r a t i v eb u s i n e s sp r o c e s s e si nt h e w a yo fp r o c e s s o r i e n t e do nt h eh i g h e rl e v e l t h i st h e s i sg i v e sad i s t r i b u t e da n d h e t e r o g e n o u sw o r k f l o wm a n a g e m e n ts y s t e ms t r u c t u r e ，a n a l y s e sa n dr e s e a r c ho ns o m e k e yp r o b l e m ss u c h a sd i s t r i b u t e db u s i n e s sm o d e l i n gf l o w s ，b a s i cc o m m t m i c a t i o n m e c h a n i s ma n da c c e s sc o n t r o l l i n ga r ea l s od o n eh e r e a tf i r s t ，t h i st h e s i sg i v e si n t r o d u c t i o n so ft h et h e o r ya n dd e v e l o p m e n to fw o r k f l o w t e c h n o l o g y , w f m sa n dd w f m s ，as u r v e yo fj 2 e e ，x m l ，s o a pa n dl d a pi sg i v e n s e c o n d ，o nt h eb a s i so f a n a l y s e sa n dr e s e a r c h0 nd i s t r i b u t e di m p l e m e n t a t i o na r c h i t e c t u r e o fd w f m s ，t h i st h e s i sg i v e sd e s i g np r i n c i p l ea n ds y s t e m a t i cs t r u c t u r eo fm e s s a g e t r a n s m i s s i o nb a s e do ns o a pm e s s a g e o r i e n t e dm i d d l e w a r ea n da c c e s sc o n t r o l l i n g b a s e do nl d a pd i r e c t o r ys e r v i c e i nt h ef o l l o w i n g ，ad i s t r i b u t e dm o d e l i n gf l o w a r c h i t e c t u r ei sg i v e nw h i c hc a nm o d e lb u s i n e s sp r o c e s s e si ng r a p h i c a lm e t h o da n ds a v e w o r v m o wm o d e la sx p d lf o r m a ta r ep r e s e n t e d ，a c c o r d i n gt ot h ec r i t e r i o no fm f m c i n t e r f a c ela n dx p d l t h i sa r c h i t e c t u r em a k e si tc o n v e n i e n tt om o d e lb u s i n e s s p r o c e s s e sa n dt ob ei m p l e m e n t e do nh e t e r o g e n o u sw o r k f l o wm a n a g e m e n tp l a t f o r m s a i m i n g a ts o m e k e yp r o b l e m s o fd i s t r i b u t e d i m p l e m e n t a t i o n a n d m e s s a g e c o m m u n i c a t i o na m o n gw o r k f l o we n g i n e s ，s o a pt e c h n o l o g yi si m p o r t e di n t ot h ed e s i g n o fm e s s a g e - o r i e n t e dm i d d l e w a r e ，w h i c hi su s e dt or e s o l v et h eb a s i cc o m m u n i c a t i o n p r o b l e m so fd i s t r i b u t e dw f m s f u r t h e r m o r e ，i no r d e rt oe n s u r et h es e c u r i t ya n d b e a r a b i l i t yo fw o r k f l o we n g i n e sa n dd i r e c t o r ys e r v i c e s ，t h i st h e s i sd e s i g nd i s t r i b u t e d 英文摘要 i n f o r m a t i o np l a t f o r ma n da c c e s sc o n t r o l l i n gf u n c t i o n a lb l o c ku s i n gt h el d a pt op r o v i d e a p c e s sm e t h o do f q u i c kl o c a t i n ga n dr e s o u r c er e t r i e v i n g f i n a l l y , s c h e d u l em a n a g e m e n ts y s t e mo fs o f t w a r ep r o j e c tm a n a g e m e n ts y s t e mi s t a k e na sa ne x a m p l eh e r e ，a c c o r d i n gt os o l u t i o nw h i c hi sp r e s e n t e db yt h i st h e s i s ，t h e d i s t r i b u t e dw f m si si m p l e m e n t e d t h ep r a c t i c er e s u l t ss h o wt h a tt h es o l u t i o np r e s e n t e d i nt h i st h e s i si sf e a s i b l e k e yw o r d s ：d i s t r i b u t e d ；w o r k f l o w ：x p d l ：s o a p ；l d a p 大连海事大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：本论文是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果， 撰写成硕士学位论文：筮查式昱控巫缝工王佳煎笪堡丕筮的硒宜皇塞丑：。除论 文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在 文中以明确方式标明。本论文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经 公开发表或未公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：丽哆鸣啊年乡月锣日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解“大连海事大学研究生学位论文提交、 版权使用管理办法”，同意大连海事大学保留并向国家有关部门或机构送交学位论 文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连海事大学可以将本 学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编学位论文。 论文作糍牙缝导燃：蒿修 日期：2 0 印年月如日 分布式异构环境下工作流管理系统的研究与实现 第1 章绪论 1 1 课题来源 本课题来源于“软件项目管理系统的设计与实现”这一研究课题，从工作流 技术对业务过程管理的支持方面进行研究，开展工作并完成硕士研究生论文。 1 2 研究背景及意义 近年来，以i n t e m e t 为核心的信息技术的迅猛发展将人类社会推进到网络经济 时代。在这个网络经济的时代，企业与企业，个人与个人之间的联系更加紧密。 在各种业务中，为了完成一项任务或达到某一目标，常要完成一系列相互依赖、 相互合作、涉及多个部门或单位的活动。由于这类业务非常普遍、费时、麻烦， 降低了企业信息处理的响应速度，必须采取一种新的管理系统来提高办事效率和 竞争能力。2 0 世纪9 0 年代，工作流管理系统的出现很好地满足了以上需求。 1 9 9 3 年，国际工作流管理联盟( 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 , w f m c ) 自9 成立 标志着工作流技术开始进入相对成熟的阶段。为实现不同工作流产品之间的互操 作，w f m c 在工作流相关术语、体系结构及应用编程接口等方面制定了一系列标 准，并给出了工作流的定义：工作流是指整个或部分业务过程在计算机支持下的 全自动化或半自动化。工作流管理系统( w o r k f l o wm a n a g e m e n ts y s t e mw f m s ) 则是 指支持企业业务过程高效执行并监控其执行过程的计算机软件系统【l 】。 工作流管理系统作为实现业务过程管理的工具，企业的组织结构和经营管理 模式会对其产生重大的影响。由于全球化、合并和外包的趋势，增加了对多个企 业之间进行协作的需求，业务过程也不再局限于单独的企业内部，而是跨越组织 边界的协作过程。对业务过程管理的需求也从企业内部的工作流管理，延伸到管 理与过程中涉及到的合作伙伴间的通信和协作关系。由于合作伙伴间所关心的信 息资源物理上分布在位置各异的节点上、而逻辑上彼此又相关，信息资源的这种 特征具有分布式的特点。同时，不同企业或不同伙伴所应用的资源运行环境可能 是千差万别的，因而又具有运行环境的异构特性。所以，分布式和适应异构环境 是工作流管理系统发展的必然趋势，要完成不同应用系统的集成、不同组织人员 的协作并最终达到实现业务过程运作自动化与高效率，所采用的工作流管理系统 第1 章绪论 必然要具有分布式异构的特点。 总之，业务过程的新特征要求工作流系统的结构不断演变以适应需求，对这 种具有面向过程、体系结构完全分布、松散耦合和适应异构环境的特征的工作流 管理系统的研究，有重大的现实意义。 1 3 主要研究内容 本文的主要研究内容主要包括如下几个方面： 1 不同工作流引擎的通信机制 分布式工作流引擎是指采用一组分布在不同节点上的工作流引擎来共同协作 完成整个工作流实例的执行。每个工作流引擎完成其中一部分实例的执行，不同 的工作流引擎之间，通过可靠的通信机制实现协作，并共同完成一个任务。 消息队列中间件作为高层的通信中间方式可以很自然、方便地构筑工作流管 理系统的底层平台。分布式工作流管理系统中的各个工作流引擎都作为消息队列 的用户，所有的数据交换和远程调用都通过消息队列来完成，所有的数据使用简 单对象访问协议( s i m p l eo b j e c ta c c e s sp r o t o c o l ，s o a p ) 格式进行包装，各模块通过 对s o a p 文档的解析来进行各种响应和操作。基于s o a p 的分布式消息中间件的 设计是讨论的重点。 2 分布式过程定义的模式 分布式过程定义的实现方式是由不同的伙伴企业各自完成其内部流程模型的 定义，这些内部模型对外公开其交互的接口，以便实现不同企业工作流模型之间 的连接。这样所建立的工作流模型就不完全是一个自顶向下的分解过程，而是自 底向上综合和自顶向下分解两种方法的结合。自项向下的分解过程完成整个跨企 业流程的分解，完成顶级过程模型的定义；在各个伙伴企业完成了其内部流程建 模，完成局部过程模型之后，采用自底向上的综合方法进行模型的连接和匹配， 从而形成整个业务过程的工作流模型。本文重点讨论在分布式环境下工作流建模 的流程设计。 3 分布式目录服务与统一用户管理 分布式工作流管理系统中，信息数量庞大，信息资源异构性强，而且各种信 息源存储在地理上分布的各个站点上，具有不同程度的自制性。这些特点都给系 分布式异构环境下工作流管理系统的研究与实现 统中不同组织机构间快速、准确地交换信息数据和远程调用带来了很大的困难。 另外，为保证系统的安全性，对用户的认证与管理无处不在。然而，涉及大 量的企业员工或用户信息，对众多分布式的服务和应用程序访问和调用带来很多 问题：每进入一个系统都要使用不同的用户名和密码登录一次，很不方便；当某 个组织结构发生变化，管理人员必须进行繁琐的维护工作；每个应用系统有着独 立的用户管理和访问控制子系统，实施统一的安全策略必然造成一定程度的重复 开发。 本文利用基于轻型目录访问协议( l i g h t w e i g h td i r e c t o r ya c c e s sp r o t o c o l ，l d a p ) 设计的目录服务器解决工作流管理系统中用户分散、数量多等问题，提供有效的 信息资源访问手段，实现多个组织机构或多个应用程序之间的用户统一认证和权 限管理，支持系统之间访问的无缝连接，实现单点登录的功能。并利用l d a p 的 同步复制功能来增强网络应用中数据的安全保障，使分布在不同地域的服务器保 持数据的同步。 1 4 论文的章节结构 全文共分六章。各章主要内容如下： 第一章绪论。介绍本文的研究背景和意义，概述工作流管理系统以及分布式 工作流管理系统的应用现状，阐明研究工作流管理系统在分布式异构环境下应用 的现实意义。 第二章工作流技术概述。本章阐述工作流技术理论基础，分析分布式工作流 管理系统出现的原因，介绍工作流管理系统在各个层次的分布情况以及底层的通 信技术。 第三章相关技术概述。阐述文中涉及到的j 2 e e 技术、x m l 技术、s o a p 技术 以及l d a p 技术。 第四章系统体系结构及其设计。介绍提出的分布式异构环境下基于分布式消 息中间件和目录服务的工作流管理系统的体系结构，首先简要描述系统的设计原 则；分析系统的整体结构，详细描述各个子模块功能以及它们之间的协作过程； 然后，详细分析工作流管理系统在分布式环境下业务建模的流程，并介绍用于建 模的语言和图形建模工具；在此基础上，提出一种将分布式消息中间件应用于工 第1 章绪论 作流管理系统底层通信的设计方案；最后，详细描述利用l d a p 目录服务实现对 本系统的扩充，即研究分布式的信息平台和统一的访问控制的实现方法。 第五章系统在项目中的应用实现。本章在参考前面章节对分布式异构环境下 工作流管理系统的研究和设计基础上，结合项目实例，实现了系统在实际项目中 的应用。 第六章总结与展望。本章总结全文的研究工作，展望分布式异构工作流管理 系统的应用前景，以及系统本身需要完善和深化的部分。 分布式异构环境下工作流管理系统的研究与实现 第2 章工作流技术及其应用 2 1 工作流技术的基本概念 工作流技术是实现业务过程建模、业务过程仿真分析、业务过程优化、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。 工作流的概念起源于生产组织和办公自动化领域。它是针对日常工作中具有 固定程序的活动而提出的概念。目的是通过将工作分解成良好的任务、角色，按 照一定的规则和过程来执行这些任务并对它们监控，达到提高办事效率、降低生 产成本、提高企业生产管理水平和企业竞争力。 工作流的概念定义很多，其中被广泛引用的是工作流管理联盟关于工作流的 定义【2 】：工作流是一类能够完全或者部分自动执行的经营过程，根据一系列规则， 文档、信息或任务能够在不同的执行者之间进行传递与执行。 工作流管理系统( w o r k _ f l o wm a n a g e m e n ts y s t e m ，w f m s ) e 3 】：一种能定义、创建 和管理工作流执行的软件系统，它完成工作流的定义和管理，并按照在计算机预 先定义好的工作流逻辑推进工作流实例的执行。 业务流程( b u s i n e s sp r o c e s s ) 嗍：在具有组织功能的组织机构中，能够实现业务 目标和策略的相互连接的过程和活动集。 活动( a c t i v i t y ) ：工作流中一个逻辑步骤或环节的工作任务，一般分为人工操 作和自动处理两类。活动是流程执行的最小工作单元，要求由人工参与或由计算 机自动完成。 过程实例( p r o c e s si n s t a n c e s ) ：实际运行中的一个业务流程。每个实例代表一个 能独立控制执行、具有内部状态的流程。实例是真正执行的工作流。 工作表( w o r k l i s t ) ：是与工作流参与者相关的工作项列表。 工作流的相关概念及其关联关系如图2 1 所示。 第2 章工作流技术及其应用 业务城穗 吵弋 工侔单屈 调m 柏埕j 鞋蔓且 图2 1 工作流的基本概念间的关系 f i g 2 1t h er e l a t i o na m o n gc o n c e p t so f w o r k f l o w 2 2 工作流管理系统参考模型 各种工作流产品实现的功能虽然有很多不同之处，但也表现出了一些共同的 特点，正是这些特点形成了一个工作流管理系统的基本结构，提供了不同产品之 间相互集成和互操作的基础。所有工作流管理系统都支持三大部分功能，如图2 2 【3 】 所示。 1 创建时功能：对业务流程进行定义，生成计算机可处理的过程定义。 2 运行时控制功能：负责创建和控制过程实例，定制工作流中每一步的活动 实例及激活相应资源和应用程序，通知任务参与人员等。它通常分布在多 个计算机平台上执行。 3 运行时交互功能：具体的参与人员和应用工具的交互，完成每步活动实例。 根据这三个功能域，一个工作流管理系统可详细划分为五个部件：过程定义 工具，工作流运行服务，客户端应用程序，被调用的应用和i t 工具，以及管理监 控工具。不同的产品对这些通用部件有不同层次的实现，为了实现不同产品之间 的交互，在不同部件之间提供一组标准接口和交互手段成为必然。 分布式异构环境下工作流管理系统的研究与实现 与用户和应用工具交互 图2 2 工作流系统的功能 f i g 2 1f u n c t i o no f w o r k i l o ws y s t e m 为了对工作流管理系统的开发起到一个指导作用，工作流管理联盟( w f m c ) 给 出了工作流系统的一个通用框架- - i 作流参考模型。在工作流参考模型中，工 作流引擎是工作流管理系统的核心。工作流引擎是为工作流管理系统在定义提供 支持、同时在运行时提供解释和执行服务的一组数据模型和软件。 w f m c 参考模型【3 】的体系结构如图2 3 所示。 第2 章工作流技术及其应用 图2 3w f m c 工作流管理系统的参考模型 f i g 2 3t h er e f e r e n c e dm o d e lo f w f m cw o r k f l o wm a n a g e m e n ts y s t e m w f m c 的工作流参考模型是对工作流管理系统体系结构的概要描述。在参考 模型中，工作流系统主要由五个功能部分构成： 1 工作流运行服务 工作流运行服务是工作流系统的核心，其功能是借助一个或多个工作流引擎， 为工作流的执行提供一个运行时环境，解释并激活过程定义，控制过程实例的执 行过程和活动顺序，添加工作项目到用户的工作项列表，以及在必要时激活应用 或i t 工具。 2 过程定义工具 过程定义工具的主要功能是给用户提供一种对实际业务流程进行分析和建模 的手段，并生成业务流程的可被计算机识别和处理的形式化描述。 3 客户端应用程序 客户端应用程序是给用户，即流程的参与者，提供能够在处理过程实例运行 过程中加入人工参与任务的一种手段。 4 被调用的应用i t 工具 被调用的应用i t 工具是指工作流运行服务在过程实例运行过程中调用的，用 分布式异构环境下工作流管理系统的研究与实现 来处理应用数据的应用程序或i t 工具。 5 管理监控工具 管理监控工具的功能是对工作流管理系统中过程实例的状态进行管理和监 控。通过该工具，管理人员可以了解业务的执行情况，也可以干预流程的执行。 上述的功能部件在共同工作时需要交换数据，而交换数据是通过这些功能部 件间的接口来实现的。参考模型中相应定义了如下五个标准接口： 接口1 ，工作流过程定义读写接口。它定义了过程定义工具与工作流运行服 务之间标准的交互格式和a p i 调用。 接口2 ，客户应用程序a p i 。它定义了工作流运行服务于客户之间的标准接口。 接口3 ，调用应用接口。它希望提供一些标准的服务供应用代理使用。 接口4 ，工作流互操作接口。它定义了不同工作流运行服务之间的互连和交互， 包括互连模式、互连一致性级别及操作元素集。 接口5 ，管理及监控接口。它定义了监控管理工具与工作流运行服务之间的交 互。 工作流参考模型利用部件和接口的标准化的技术，旨在对w f m s 的互操作和 集成问题给出解决方法，目前已被广大w f m s 研究机构和厂商作为建立应用框架 的基础与标准。 2 3 分布式工作流管理系统 2 3 1 分布式工作流管理系统出现的原因 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 动详尽信息的需求及分布式处理技术日益成熟，都说明了这样一个事实：集中式 信息处理年代已经过去，实现大规模的异构分布式环境，使得相互关联的任务能 够高效运转并接受密切监控已经成为一种趋势。工作流管理系统的结构已经由原 来的只能支持单一的工作组环境，发展到现在可以支持企业级的工作流环境。一 个工作流过程实例可以通过局域网、广域网分布在不同的服务器和客户端，而且 服务器的故障所造成的影响将被减小到最小。因而，大大提高了系统的可扩展性、 实用性和管理能力f 5 】。 第2 章工作流技术及其应用 另外，从工作流技术所要解决的问题来看，它必然要以分布的形式出现。因 为无论是从企业的信息环境、组织环境，还是与外界的协作环境来看，都具有明 显的分布式的特点：网络的延伸、系统的异构、人员的分散、供求关系的全球化 等。在这样的环境下要完成不同应用系统的集成、不同组织人员的协作并最终达 到实现经营过程运作自动化与高效率，所采用的工作流管理系统必然具有分布式 特点。所谓分布式工作流管理系统简单的说就是指提供一个开放的系统，能够让 用户透明地应用不同运行平台、不同的机型组成的异构型计算资源，借助信息共 享的分布式技术完成一个业务流程。 2 3 ，2 工作流管理系统分布的层次 从技术复杂性与实现的先后顺序上，工作流管理系统的分布可以分为以下三 个层次【l j ： 1 工作流系统功能部件的分布 工作流系统功能部件的分布是指从系统的层次上将工作流管理系统看成是由 一组相互协作的部分构成的，这些组成部分按照其完成的不同功能自成一体，不 同的部分之间通过标准的互操作接口进行连接。w f m c 提出的工作流管理系统体 系结构充分体现了这种分布性。它将工作流管理系统划分为过程定义工具、客户 端应用、工作流管理工具、工作流引擎以及其它外部应用等几个部分，这些不同 系统的组成部分之间通过w f m c 定义的5 类互操作接口进行连接。尽管不同系统 的组成模块可以采用不同的组织方法、在不同软硬件平台上实现，但这种整体结 构上的分布性是相似的，这也正体现了工作流系统对客观环境的适应性。软件模 块间的分布协作的本质是实现人的分布与协作。 2 工作流引擎的分布式执行 工作流引擎是工作流管理系统提供运行服务的核心模块，它的分布是在系统 功能部件分布的基础上实现的更高层次上的分布。由于工作流引擎直接负责过程 实例的解释和执行，它的性能将直接影响到整个系统的运转效率。在集中式工作 流引擎的情况下，一个工作流引擎控制所有计算机上的活动的执行。这种集中式 的工作流引擎处理方式在系统的可靠性、可扩展性、实用性以及吞吐量等方面都 不能满足企业执行大规模复杂应用的需求。分布式工作流引擎是指采用一组分布 分布式异构环境下工作流管理系统的研究与实现 在不同节点上的工作流引擎来共同协作，以完成整个工作流实例的执行。每个工 作流引擎完成其中一部分实例的执行，不同的工作流引擎之间通过可靠的通信机 制实现协作。通过分布在不同网络节点上的多个工作流引擎协作来运行工作流过 程，可以明显改善集中式工作流引擎的性能瓶颈问题。 3 工作流过程模型的分布式定义 工作流模型的分布是指在一个分布的环境下由参与人员协作完成工作流模型 的定义。这完全是指相对于集中式的工作流定义而言的。在集中式工作流定义方 式中，工作流模型的建立一般采用自顶向下的建模方法，工作流模型由工作流定 义人员采用一个工作流定义工具或b p r 工具，按照逐步分解、逐步细化的方法完 成。完成这项定义工作的前提条件是这些人员熟悉全部的企业业务过程，并且这 些业务过程对他们都是开放的；在组织结构上，所有这些业务过程都在一个统一 的组织结构管理下、这些前提条件对于一个企业而言是完全能够成立的。但是， 如果所建立的工作流模型描述的不是一个组织结构下的流程，而是一个虚拟企业 结构的涉及多个合作伙伴企业的业务过程，那么上述前提条件就不一定成立。首 先，要将这些伙伴企业的相关业务过程全面了解清楚是一件费时又费力的工作， 而且一般来说，一个企业的业务流程在很大程度上属于一个企业的商业机密，不 会因为加入了一个战略的动态联盟而全部对外开放。另外，由于不在同一个组织 结构的管理下，各个伙伴单位处于一种协作的对等关系，所以没有任何一个组织 能够对整个流程进行管理。在这种情况下，比较可能的实现方法就是由不同的伙 伴企业各自完成其内部流程模型的建立。这些内部模型对外公开其交互的接口， 以便实现不同企业工作流模型之间的连接。这样所建立的工作流模型就不完全是 一个自顶向下的分解过程，而是自底向上综合和自顶向下分解两种方法的结合。 自顶向下的分解过程完成整个跨企业流程的分解，在各个伙伴企业完成了其内部 流程建模后，采用自底向上的综合方法进行模型的连接和匹配，从而形成整个的 工作流模型。这样形成的工作流模型就是一个典型的分布式模型，因为大家共同 了解的，或者共同承诺的是模型之间的交互接1 2 1 ，不同部分的模型细节属于企业 的商业秘密，由各个企业分别进行维护。 第2 章工作流技术及其应用 2 3 3 分布式工作流系统的底层通信技术 分布是工作流系统体系结构演变的必然趋势，不同时期的技术发展水平决定 了分布的层次。从信息交换的方式看，目前实现工作流管理系统的分布大致有以 下三种方法【6 】： ( 1 ) 共享分布的工作流过程定义：该方法允许工作流的所有参与者以分布的 方式定义一个共享的工作流过程。 ( 2 ) 工作流管理系统内的联邦：多个工作流引擎分布在网络上，工作流运行 的控制权在各个引擎之间交换。 ( 3 ) 工作包分发：将附有工作流数据的文档或文件夹在网络上分发，如基于 电子邮件的系统；也有将工作流数据嵌入x m l 或h t m l 文档中分发的系统。 无论哪一种实现方法，都要依赖底层的通信基础结构。分布的工作流引擎在 共同执行过程实例时，相互之间需要通过可靠的通信机制实现协作。因此，从系 统实现的角度看，工作流管理系统涉及的分布式技术主要包括以下几个方面： 1 消息传递 消息传递是一种在分布式应用之间进行异步通信的方式，不同的应用通过发 送和接收消息实现互操作。常用的机制是使用本地队列，供应用程序放置和检索 消息，由消息系统负责将放入队列的消息发送给远程机器上的适当队列。这种机 制与协议无关，并且可以使用持久队列防止因失败而导致消息被破坏。 目前已有许多消息系统的产品，其共同特征是为上层的应用隐藏了复杂的通 信实现代码，并屏蔽了操作系统和网络协议的异构性。消息系统一般通过a p i 函 数，为应用提供各种消息服务以连接分布式应用，可以实现分布环境下的工作流 管理功能。消息传递可以作为工作流管理系统的底层通信技术，在工作流引擎之 间、工作流引擎与用户之间通过消息传递进行信息交互。 2 c o r b a 公共对象请求代理结构( c o m m o no b j e c tr e q u e s tb r o k e ra r c h i t e c t u r e c o r b a ) 是对象管理组织( o b j e c tm a n a g e m e n tg r o u p ，o m g ) 提出的分布式对象计算的规范， 用于实现异构平台上的分布式应用开发以及不同应用系统问的集成。基于c o r b a 规范开发的应用之间通过对象请求代理( o b j e c tr e q u e s tb r o k e r ，o r b ) 机制来实现对 象间的通信。分布的应用部件被封装在不同的c o r b a 对象中，通过接口定义语 分布式异构环境下工作流管理系统的研究与实现 言( i d l ) 定义与外界进行交互的接口，由编译器实现到不同实现语言的映射。o r b 负责将客户对象的请求发送给服务对象，并返回相应的结果。 o m g 在c o r b a 通用设施中也提供了工作流管理的规范。而且c o r b a 的使 用可以充分体现面向对象的特征，如系统的开发性、可复用性，与原有系统的无 缝集成和新功能的快速开发等。因此，c o r b a 也被作为实现工作流解决方案的一 种选择。 3 i n t e m e t 和w e b 技术 w e b 是i n t e m e t 的一个主要应用，它是自包含的、基于网络的、分布式的模块 化组件，它执行特定的任务，遵守具体的技术规范，这些规范使得w e b 服务能与 其他兼容的组件进行互操作。w e b 服务可以在网络( 通常为w e b ) 被描述、发布、 查找以及调用，它是由企业发布的完成其特别商务需求的在线应用服务，其他公 司或应用软件能够通过i n t e m e t 来访问并使用这项应用服务。w e b 服务可以是独立 的，也可以连接在一起向外部世界提供更强大的系统功能1 7 1 8 】【9 】。w e b 技术不仅能 够提供静态信息，而且可以实现与后台数据库的集成，已经发展成为了一种有力 的分布式交互方式，并且在实现工作流管理系统方面具有一定的优势。首先，w e b 浏览器具有瘦客户端的特点，可以替代工作流系统中的客户端应用，为用户提供 一个通用、友好且风格一致的界面。再者，在跨平台方面，由于底层的网络协议 都是基于t c p i p 的，可以很容易地将w e b 布置在多个平台上。另外，相对于其它 产品w e b 有价格上的优势。因此，基于w e b 的工作流管理系统虽然起步较晚，但 是其发展十分迅速，应经成为一种流行的趋势。 4 j a v a j a v a 语言集面向对象、平台无关性、健壮性、安全性、多线程等特性于一身， 通过字节码在j a v a 虚拟机上的运行又可以与w e b 紧密集成，丰富网页的交互能力。 这些特征使其成为异构平台上的分布式应用开发的又一种可选方案。目前已经有 工作流产品的原形使用j a v a 作为开发语言，本系统也是其中之一。 5 代理( a g e n t ) 技术 代理的概念最早出现在分布式人工智f 毙( d a i ) 和多代理系统( m a s ) 中，经过9 0 年代的发展，到目前代理的种类日趋多样，并且在许多不同领域中都得到了应用。 代理作为一种智能的资源管理器，可以简化分布式计算。代理系统对底层基本通 第2 章工作流技术及其应用 信原型和其它高层次应用进行了封装，可以从较高层上对用户的操作加以反应， 屏蔽了具体的实现方法。代理之间通过协作完成过程的执行推进。使用代理实现 分布式工作流管理系统，将有利于提高工作流系统的柔性与实用性。 2 4 工作流技术的应用领域 工作流技术在很多行业都得到了广泛的应用，主要包括政府机关的电子政务、 企业的协同办公、项目管理等等。 为解决电子政务领域面i 临的协同问题，很多电子政务系统引入了工作流技术。 根据工作流管理系统参考模型的规范，分析了行政审批过程的实际模型，基于工 作流管理系统规范的协同控制中心的设计思想，将其应用到网上行政审批流程的 自动化执行，提高行政审批的办事效率，解决了网上审批中无法进行业务流程之 间的有效协同问题。 通过工作流技术，许多企业单位都建立了套“可定制化”的高效协同办公 平台，通过流程、事件技术将企业中的人、事件和资源进行网络化的协同管理， 帮助企业构建以企业办公规范为中心、表单和流程为驱动的管理平台。通过工作 流业务建模及应用开发能力将企业的人力资源、资产、项目和销售等业务领域纳 入到一个统一、协同的办公平台中。 项目管理通过对过程中各个环节、各个节点的控制对项目立项、评审、质量、 变更等进行即时监控，降低项目管理成本，达到时时的风险控制，同时也是种 项耳知识积累的数据来源。通过工作流技术，并且以流程任务驱动，可以对项目 的规划、启动、立项、执行、变更和结束等各阶段进行协作式管理。对项目的人、 财、物、时间、目标、风险、变更、协作、知识等关注点提供了标准化功能。 然而，从现有的研究产品、应用成果来看，工作流技术在软件项目管理系统 中的应用尚未进行深入研究，并未实现，因此本文选择软件项目管理系统作为工 作流技术的应用研究领域具有一定的研究价值。 分布式异构环境下工作流管理系统的研究与实现 第3 章w f m s 实现中的关键相关技术 为了本文所设计的工作流管理系统具有可扩展性，开放性，可靠性和适应异 构环境的能力，必须采用标准的、先进的、成熟的技术来实现。本系统主要用j 2 e e 、 x m l 、s o a p 和l d a p 等技术实现。下面对以上技术作逐一介绍。 3 1j 2 e e 本文使用j 2 e es d k l 4a p i 实现w e bs e r v i c e s ，进而在此w e bs e r v i c e s 基础 上构建工作流管理系统的分布式执行环境。 3 1 1j 2 e e 简介 目前，j a v a2 平台有3 个版本。它们是：适用于小型设备和智能卡的j a v a 2 平 台微型版( j a v a2 p l a t f o r mm i c r oe d i t i o n ，j 2 m e ) ；适用于桌面系统的j a v a2 平台标准 版( j a v a2p l a t f o r ms t a n d a r de d i t i o n , j 2 s e ) ；适用于创建服务器应用程序和服务的 j a v a2 平台企业版( j a v a2p l a t f o r me n t e r p r i s ee d i t i o n ，j 2 e e ) t 1 0 1 。 j 2 e e 是一种利用j a v a2 平台来简化企业解决方案的开发、部署和管理相关的 复杂问题的体系结构。j 2 e e 技术的基础就是核心j a v a 平台或j a v a 2 平台的标准版， j 2 e e 不仅巩固了标准版中的许多优点，例如“编写一次、随处运行”的特征、方便 存取数据库的j d b ca p i 、c o r b a 技术，以及能够在i n t e r n e t 应用中保护数据的安 全模式等，同时还提供了对e j b ( e n t e r p r i s ej a v a b e a n s ) 、j a v as e r v l e t sa p i 、j s p ( j a v a s e r v e rp a g e ) 以及x m l 技术的全面支持1 1 】，其最终日的就是成为一个能够使企业 开发者大幅缩短投放市场时间的体系结构。 j 2 e e 体系结构提供中间层集成框架，用来满足无需太多费用而又要求高可用 性、高可靠性以及可扩展性的应用需求。通过提供统一的开发平台，j 2 e e 降低了 开发多层应用的费用和复杂性，同时提供对现有应用程序集成的强有力支持，完 全支持e n t e r p r i s ej a v a b e a n s ，有良好的向导以支持打包和部署应