（计算机软件与理论专业论文）基于j2ee架构的工作流管理系统的研究与实现.pdfVIP

摘要 随着计算机技术的发展与经济全球化，越来越多的组织采用 作流技术以提 高竞争力和适应变化的能力。作为创建、执行和管理工作流的系统软件，【作流 管理系统存在广阔的市场前景和应用领域。当前，集中式的开发方式和产品模式 已经不能满足复杂分布式环境的需求，研究基于分布式技术的工作流管理系统成 为了必然的趋势。 在对工作流理论和标准进行深入研究的基础上，本文通过引入控制连接符， 分离工作流的活动定义与过程路由定义，对工作流管理联盟给出的过程定义冗模 型进行了改进和扩展。在此基础上，提出了简单有向图建模方法和扩展x m l 过程 定义描述语言e x p d l ( e x t e n d e dx m l p r o c e s sd e 6 n i t i o nl a n g u a g e ) ，并给f i 了通过 e x p d l 到p e t r i 网的语义不变性映射进行模型验证的方法。 基于改进的工作流模型，本文分别针对工作流管理系统的过程定义、运行时 服务和运行时交互三大功能进行分析，得出了其主要构件的功能需求。依据功能 需求，结合当前先进成熟的j 2 e e ( j a v a2p 1 a t f o me n t e r p r i s ee d i t i o n ) 技术，提出 了基于j 2 e e 架构的工作流管理系统的整体框架，并进行了系统数铡殴计和核心部 件工作流引擎主要功能模块的详细设计与实现。从实际开发和运行效果来看， 基于改进工作流模型和j 2 e e 的工作流管理系统具有良好的伸缩阽、j - 操作性和扩 展性，并能满足较复杂的工作流需求。 关键词：工作流管理系统j 2 e e过程定义元模型工作流引擎 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fc o m p u t e rt e c h n o l o g ya 1 1 de c o n o m i cg l o b a l i z a t i o n ， w o r k f l o wt e c h n o l o g yi su s e db ym o r e 卸dm o r eo r g a n i z a t i o n st o i m p r o v et h e i r c o m p e t o na i l da d a p t a b i l i t ya ss y s t e ms o f h a r eo f c r e a t i n g ，e x e c u t i n ga n dm a n a g i n g w o r k n o w s ，t h ew o r k n o wm a n a g e m e n ts y s t e mh a sab r o a dm a r k e tp r o s p e c ta n dw i d e a p p l i c a t i o nn e l d s w h i l et h ed e m a n d so fc o n l p l e xd i s t r i b u t e de n v i r o n m e n ic a nn o tb e s a t i s n e db yt h ec e n t r a l i z e dd e v e l o p m e n tw a va n dp r o d u c tp a t t e m ，r e s e a f c h e so n w o r k n o wm a n a g e m e ms y s t 锄sb a s e do nd i s t r i b u t e dt e c h n o l o g yb e c o m ei n e v i t a b l e t e n d e n c y o nt h eb a s i so fat h o r o u 曲s t u d yo fw o r k n o wt h e o r i e sa n ds t a n d a r d s ，p r o c e s s d c f i n i t i o nm e t a m o d e l 画v e nb yt h ew o r k n o wm a n a g e m e n tc o a l i t i o ni si m p r o v e da n d e x t e n d e di nt h ed i s s e n a t i o nb yi n t m d u c i n 叠t h ee l e m e n to fc o n t r o lc o n n e c t o rw h i c h s e p a r a t e dp r o c e s sm u t i n gd e f i n i t i o n6 o ma c t i v i t yd e 6 n i t i o ni nw o r k n o w sb a s e do n t h i s ，t h es i m p l ed i r e c tg r a p hm o d e l i n gm e t h o da n de x p d ld e s cr i p t i o nl a n g u a g ea r e p r o p o s e d t h em e t h o do fm o d e lc o n f i r m a t i o nb ym 印p l n ge x p d lt o p e t “n e t s e m a n t i ci d e n t i c a l l yi sg i v e na sw e u b a s e do nt h ee x t e n d e dw o r k f l o wm o d e l a n a l v s e sh a v e b e e nm a d ei n t h i s d i s s e r t a t i o nf o rt h et h r e ec e n t r a lp a r t so fw o r k n o wm 趴a g e m e n ts y s t e m ：p m c e s s d e 6 n i t i o n ，m n t i m es e r v i c ea n dm n t i m ei n t e r a c t i o n a st h er e s u l t f h n c t i o n a l r e q u i r e m e n t s o fw f m s sm a i nc o m p o n 锄t sa r eo b t a i n e d a c c o r d i n gt ot h e s e r e q u i r e m e n t s ，a p p l y i n gc u e n t l ya d v a l l c e da 玎dm a t u r ej 2 e et e c h n o l o gy t h eo v e r a l l f r a m eo ft h ew o r k n o wm a i l a g e m e n ts y s t e mb a s e do nj 2 e ea r c h i t e c t u r ei sp r e s e n t e d t h ed a t ad e s i 譬na n dt h ed e t a i l e dd e s i g na 1 1 dr e “i z a t i o no fm a i nf u n c t l o n a lm o 扎l e so f w o r k f l o we n g i n e ，w h i c hi st h ec o r eo fw f m s ，a r ec a r 呐e do u ta sw e l l i ti ss h o w nb y t h ed e v e l o p m e n ta n dn l i m i n ge f r e c tt h a tt h ew o r k n o wm a l l a 2 e m e n ts y s t e mb a s e do n j 2 e eh a sg o o df 】e x i b i l i t y i n t e r o p e r a b i l i t ya n de x p a i l s i b i l i ty ，a n dc a ns a t i s f yt h e d e m a n d so f m o r ec o m d l e xw o r l ( f l o w s 1 ( e y w o r d s ：w f m s j 2 e ep i _ o c e s sd e n n i t i o nm e t a - m o d e iw 0 r k n o we g i n e 创靳性声明 本人声明所呈交的论文是我个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，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安电子科技大学或 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做了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名：亟：3 二蝽日期翌! ! 兰! s 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究 生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学。本人保证毕 业离校后，发表论文或使用论文工作成果时署名单位仍然为西安电子科技大学。 学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文的全 部或部分内容，可以允计采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。( 保密的论文 在解密后遵守此规定) 本学位论文属于保密在年解密后适用本授权书。 本人签名：鱼3 ：! ：盐 导师签名：；l 卫奎导师签名：i 卫奎 日期型! ! ! ：堡： f | 期妇：d ! ：止 第一章绪论 第一章绪论 l 。1 研究背景 工作流( w o r k n o w ) 技术是实现业务过程管理与控制的一项关键技术，它通 过信息技术的支持为企业的经营过程自动化提供了一个从模型建立、运行、到监 控管理的完整框架。作为工作流“操作系统”的工作流管理系统【2 】( w r o k f l o w m a j l a g e m e n ts y s t e m ，w f m s ) 起源于市场需求，发展于信息技术的推动，已成为 组织挖掘信息系统潜能、实施“业务过程再造”的重要使能技术，并逐步成为当 代组织信息系统的标准核心构件，具有广阔的应用领域和巨大的发展潜力。 1 1 1 工作流的产生与发展 工作流的起源可以追溯到几个相关领域，如办公自动化、计算机集成制造、 映像和文件管理以及数据库技术等p 】。工作流是这些领域工业化以及追求高效处理 例行工作的产品：它通过将工作分解为定义良好的任务、角色，按照一定的规则 和过程执行任务并进行监控，达到提高工作效率、降低生产成本、提高企业经营 管理水平和企业竞争力的目的口，4 j 。 从发展历史来看：工作流技术起源于上个世纪7 0 年代中期：第次使用工作 流术语可追溯到8 0 年代初l l l ；8 0 年代中期，f i l e n e t 和v j e w s t a r 等公r 率先，r 拓 了工作流产品市场，形成了早期的工作流管理系统【5j ；进入9 0 年代，由1 i 计算机 网络、分布式数据库、分布处理等信息技术的迅速发展，现代企、l t 的信息资源越 来越表现出异构、分布、松散耦合的特点，实现人规模异构分师式执行环境，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：这种背景下， 工作流相关的技术条件逐渐成熟，工作流系统的开发与研究进入了一个新热潮。 1 9 9 3 年8 月，工作流技术标准化工业组织w f m c ( w o r k f l o wm a n a g e m e n t c o a l i t i o n ，工作流管理联盟) 成立，它标志着工作流技术进入了棚对成熟和舭范的 阶段。此后，w f m c 陆续发布了工作流参考模型川、应用程序接【l j 、管理控制接 口【b j 、相关术语1 9 j 、过程语言描述等系列标准和规范，在很大程度卜促进r 工作 流技术的发展和工作流管理系统在企业中的应用。 目前，l 1 作流技术在计算机应用研究领域之中彼明确地划分了n 已的1 蒋 之地，在全球范围内，对工作流的技术研究以及相关的产6 j i ：发进入r 虹为繁荣 的阶段。更多、更新的技术被集成进来，文件管理系统、数据库、f 乜r 邮件、移 基于j 2 e e 架构的工作流管理系统的研究与实现 动式计算、i n t e m e t 服务等都已被容纳到工作流管理系统之中。 1 1 2 国内外研究现状 工作流的主要研究领域有两个：从理论上探讨工作流的模型和语义的合理的 表示方法；从实施上探讨利用先进技术实现具有可靠性、灵活性和高性能的工作 流管理系统。 具体来说，理论上的研究主要包括：过程建模理论与方法：模型验证与仿真 方法：分布环境下的资源协调和调度优化；过程模型与其它模型的优化等。在理 论上目前的主要研究内容有： 1 ) 工作流建模方面：成熟的工作流产品通常采用有向图模型，如流程图、状 态图、活动网络图等建立工作流模型；w i n o g f a d 与f l o r e s 在语言行为理论基础上 提出了基于对话的工作流模型j ：p e t r i 网也被用于工作流建模，e l l i s 和n u t t 在p e m 网基础上提出了i c n ( i n f o m a t i o n c o n 廿o l n c t s ，信息控制网) 模型1 1 2 l ，v a nd e r a l a s t 则在p e t r i 网基础上定义了w f n e t 即工作流网，并给出了w f m c 提出的几种基本 工作流原语到p e t “网的映射i ”15 】；g e p p e r 等人提出了采用e c a ( e v e m c 0 n d i t i o n a c t i o n ，事件一条件一动作) 规则描述代理行为的代理服务模型 ；d a l c u 等人使用并发事务逻辑c t r ( c o n c u 玎e n tn a n s a c t i o nl o 鲥c ) 描述并 分析业务过程m 】；w i d e ( w o r k f l o wo ni n t e l l i 2 e n ta n dd i s t r i b u t e dd a t a b a s e e n v i m n m e n t ) 提出了组织模型、信息模型与过程模型组合的工作流模型f j s j ；此外 还有超媒体结构方法、集合论和图论方法、面向对象方法、形式语言方法、状态 一实体一活动模型【1 9 1 等工作流建模方法。 2 、工作流描述语言方面：主要有w f m c 提出的工作流描述语言w p d l ( w o r k f i o wp r o c e s s d e f i n i t i o n l a g u a n g e ，工作流过程定义语言) 及x m l ( e x t e n s i b i e m a r k u pl a l l g u a g e ，可扩展标记语言) 过程描述语言x p d l i ”】( x m lp m c e s s d e f i n i t i o nl a g u a n g e ，x m l 过程定义语言) 、n i s t 提出的过程定义语言p s l 【2 0 】 ( p r o c e s ss p e c m ca t i o n l a n g u a g e ) 以及融合了m i c r o s o f t 的x l a n g 和i b m 的w s f l ( w e bs e r v i c e sf 1 0 wl a n g u a g e ，w 曲服务流语言) 的b p e l ( b u s s i n e s sp r o c e s s e x e c u t i o nl a n g u a g e ，业务过程执行语言) 川等。 工作流管理系统实施方面的研究主要包括：分布式工作流机的实施问题：异 常和错误处理问题；融入事务管理概念；应用集成问题。在实施上的研究主要考 虑底层支持技术、可靠性、柔性及大规模复杂应用的分布性等方面的问题。主要 内容包括：基于l o t u sn o t e s 软件：基于c o r b a 2 2 _ 2 3 ( c o m m o no b i e c tr e q u e s t b r o k e r a r c h i t e c t u r e ，公用对象请求代理体系架构) 、w e b 【2 4 1 、j 2 e e 【3 6 】( j a v a 2 p l a t f o m e n t e r p r i s ee d i t i o n ，j a v a2 平台企业版) 、g r “”】( 网格) 等分布式体系架构；基 第一章绪论 于消息队列：基于可移动代理；基于主动数据库：基于高级和扩展事务模，叫2 6 1 等。 在国外，系统实施方面的研究工作成果颇丰，典型的有：l b m 公刊a l m a d e n 研究中心研究开发的基于持久消息队列的分布式 _ 作流管理系统 e x o t i c a ，e m q m 、佐治亚大学计算机系研究开发的具有自适应能力的工作流管理系 统一m e t e r o r 、基于分布式主动数据库技术的工作流管理系统一w i d e 、以及基于状 态与活动图的工作流管理系统一m e n t o r 吼 国外市场上工作流管理系统产品中的典型有：基于文件以共享文件的力式来 完成任务项传递的f i l e n e t 的v i s u a lw o r k f l o 、i b m 的f i o w m a r k 、i n c o n c e r t 的 i n c o n c e n ；基于消息通过用户的电子邮件系统来传递文档信息的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 r i l 公司的i n t e m p o 、k e y f i l e 公司的k e y n o w ；壁i w e b 通过w w w 来实现任务的协作的a c t i o nt c c h n o l 0 2 i e s 公司的a c t i o n w o r k s m e t r o 、u 1 t i m u s 公司的u l t i m u s ：群件与套件，它们依赖于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，本身就构 成一个完整的应用开发环境，代表产品有i b m 几o t u s 公司的l o t u sn o t e s 、m i c r o s o f 【 公司的o m c e 与e x c h a n g e 、n o v e l i 公司的g r o u p w i s e 【2 ”。 国内工作流技术的研究起始于9 0 年代后期，起步较晚。在国家8 6 3 c i m s 主 体下，以清华大学和上海交大为代表的相关课题组结合制造领域的工作流应用情 况开展了深入的研究，如清华大学的范玉顺教授负责研制开发了一个较好的工作 流软件原型c i m f l o w l 2 8 】。以清华、中科院、浙大等为代表的一些科研院所从，“义 应用角度对工作流理论和应用方面进行了研究。国内也有一砦公司产晶卢称具有 工作流管理功能，但大多不具有自主知识产权。 可见，目前工作流技术研究的侧重点不一，都取得了定的成果，仇l 。作流 管理系统还处于技术发展曲线上的初级阶段口。从实际情况来看，t b 卜：1 ：作流管 理技术最初是由市场需求引发，由工作流产品开发公司推动而发展的棚对j 产 品市场的繁荣，其理论研究显得有点滞后，在工作流i 最计方法学、概念模型等方 面还没有形成成熟的理论体系。在工作流的实施技术的研究上也还存在f i 足，主 要表现在：各种工作流产品的标准化程度差：安全性和性能保i n ：水足：实现和应 用复杂以及工作流技术本身的不成熟。因此，在工作流技术及。i ：作流管理系统课 题方面，还有大量的工作值得去做。 网络技术发展带来了大规模分布式复杂环境，工作流的应用实际环境n 趋异 构、分布和自治，在底层通信、设计、部署、安全、容错等方面部对设计、实现 和实施工作流管理系统提出了新的极大挑战。分布式工作流技术的彤f 究益得到 重视，基于c o r b a 、w e b 以及j 2 e e 的 ：作流管理系统的研究成为热点。j 主干先 进的分布式技术设计和实现安全可靠和性能良好的工作流管理系统址卜婴的研究 内容。 基于j 2 e e 架构的工作流管理系统的研究与实现 1 2 本文的研究内容 本文的研究内容主要包括： 1 ) 工作流模型的研究与改进 在对w f m c 过程定义元模型、组织模型和数据模型研究的基础上，通过引 入控制连接符，分离工作流的活动定义与过程路由定义，对w f m c 过程定义 元模型进行了改进和扩展。在此基础上，提出了简单有向图建模方法和e x p d l 过程描述语言，并给出了通过e x p d l 到p e 仃i 网的语义不变性映射进行模型 验证的方法。 2 ) 工作流管理系统的分析 基于改进的工作流模型，从工作流管理系统的三大功能出发，分别对工作 流过程定义、工作流运行服务和工作流运行时交互进行了研究，分析了工作 流管理系统的主要构件，即过程定义工具、工作流引擎、工作流客户端工具 和工作流监控工具的主要功能需求。 3 ) 工作流管理系统基于j 2 e e 的设计与实现 依据工作流管理系统的功能需求，提出了基于j 2 e e 架构的工作流管理系 统的整体框架。利用j 2 e e 的系统服务与组件技术，进行了w f m s 数据设计和 作为工作流管理系统核心的工作流引擎的流程解析、过程管理、活动管理、 流程导航、任务管理、应用管理、组织管理、日志与时间管理等主要功能模 块的详细设计与实现。针对j 2 e e 的技术特点，分析了系统性能优化策略。最 后进行了系统开发和运行效果分析。 1 3 研究意义 首先，工作流技术综合了计算机科学和管理科学中多个研究领域的原理、方 法和技术：数据库管理、c ，s ( c l i e 州s e r v e r ，客户机朋务器) 技术、编程语言、 图形化用户界面、系统集成、消息传递、文档管理、仿真等等。对工作流的研 究必须基于上述领域，又必将反过来促进这些原理、方法和技术的进步与发展， 有着重要的理论价值。 其次，w f m c 给出的过程定义元模型表示了最基本的工作流元素，这些元素 类型仅仅适合相对简单的过程定义，不适应复杂的业务流程。研究丁作流模型的 改进和扩展，能正确地表达语义丰富的业务流程，研究工作流建模方法能为业务 建模人员提供简易灵活的建模手段，在此基础上设计和实现w f m s 能更好地进行 r 作流的创建、运行和监控。 第一章绪论 最后，从现实应用角度看，工作流管理技术已成为组织挖掘信息系统潜能、 实施业务过程再造的重要使能技术，并逐步成为当代组织信息系统的标准核心构 件。对工作流管理系统的深入研究对于提高企业、院校、政府机构等组织的信息 化程度、运行效率以及竞争能力都有着重要的现实意义：同时集【 j 式的丌发方式 和产品模式已经不能满足复杂分布式环境的需求，研究基于分御式技术的工作流 管理系统是必然的趋势。 j 2 e e 体系架构在解决分布式应用系统的关于底层通信、事务、服务等方面以 及具体的设计、开发和实施上都具有明显的优越性，基于j 2 e e 构架的技术和各种 平台也正在被越来越多的领域和机构采用。 结合成熟先进的j 2 e e 架构，基于改进和扩展的工作流模型，设计和实现工作 流管理系统能够适应复杂的业务流程和分布式的业务环境，为信息管理自动化提 供更好的底层支持。 1 4 论文的结构 本文共分为六章，结构如下： 第一章：绪论，简要说明了本文的研究背景、研究现状与研究意义，并给出 了本文的主要内容与论文结构。 第二章：概要介绍了工作流管理系统的基础理论知识，包括工作流基本概念， 工作流管理系统的功能、体系架构和参考模型。 第三章：研究工作流模型，根据问题分离原则，通过引入控制连接符，分离 工作流的活动定义与过程路由定义，对w f m c 过程定义元模型进行了改进和扩展。 在此基础上，提出了工作流过程定义的简单有向图建模方法、e x p d l 模型描述语 言和通过e x p d l 到p e t r i 网的语义不变性映射进行模型验证的方法。 第四章：分别针对工作流管理系统三大功能：过程定义、执行服务，f i | 运 ，时 交互进行分析，重点分析了过程定义解析与实例化、执行与状态控制、任务l j 资 源调度等方面，得出了工作流定义工具、工作流引擎和工作流客户端1 j 的t 要 功能需求。 第五章：对基于j 2 e e 工作流管理系统进行设计与实现，首先介绍j rj 2 e e 技 术，然后给出了系统的整体架构，接着对系统的数据内容、数据持久化策略、事 务管理等方面进行了设计，对工作流引擎进行了详细的设计和实现，嫩i 给f e 了 系统性能优化策略和开发运行效果分析。 第六章：总结了本文的研究内容和成果，同叫提卜h 了需要进 步改进的地方。 基于j 2 e e 架构的工作流管理系统的研究与实现 第二章w f m s 理论基础 由于基于领域的不同，工作流方面的理论比较繁杂。本章主要针对通用工作 流管理系统，在参考w n c 系列规范和文档的基础上，概要介绍工作流基本概念 和w f m s 的主要功能与组成。 2 1 工作流基本概念 w f m c 给出的工作流和工作流管理系统的定义分别为：工作流是一类能够完 全或者部分自动执行的经营过程，它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进行传递与执行；工作流管理系统是一个软件系统，它完 成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p j 。 以上定义说明：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 是其软件环境或“操作系统”。工作流实际上反映了经营过程中的谁( 人或计算机， 涉及组织模型、角色、参与者、权限等) 、何时( 时序依赖和时间约束) 、怎么做 ( 控制关系、条件、规则) 、做什么( 活动、任务) 、做的怎么样( 监控、管理、 审计) 的问题。工作流的一个快照就是特定参与者在特定时间按照特定规则执行 特定任务。 其它工作流基本概念和术语【9 l 见附录，这里不再列出。 2 2 工作流管理系统功能 工作流管理系统是定义、创建、运行和管理工作流的软件系统。它将传统信 息管理软件的流程控制、管理和其他公共部分抽象出来，形成一种流程开发平台。 用户只需要将控制流程描述出来，就可对其进行自动执行和有效管理，避免了对 不同应用的重复开发。其合理应用能够改进和优化业务流程，提高业务工作效率； 更好的实现业务过程控制，提高顾客服务质量；提高业务流程的柔性。 通用工作流管理系统主要提供以下三方面的功能支持1 2 】，关系如图2 1 所示： 1 ) 过程定义与设计功能： 即对工作流的业务流程及组成这些业务流程的活动进行定义和建模，将现 实世界的业务处理过程转化为计算机可处理的定义，最终结果称为过程模型 或过程定义，表现方式可以为文本、图形或自然语言符号。 第二章w f m s 理论基础 2 ) 运行控制功能： 即在一定的运行环境下，对过程定义进行解释，负责创建、执行年u 控制工 作流实例，激活相应的资源和应用，并完成过程中从一个活动到另一个活动 的控制转移。其核心是一个或多个工作流引擎，同时它是整个工作流管理系 统的核心部分。 图2 1 工作流管理系统三大主要功能关系图 3 1 运行交互功能： 工作流管理系统提供与工作流参与者( 业务工作的参与者或控制者) 及外 部应用程序进行交互的接口，客户通过该功能完成任务或埘流样的运行进行 监控和管理。 2 3 工作流管理系统体系架构及组成 w f m c 给出的工作流管理系统体系结构1 6 j 如图22 所示，个宠帮的w l m s 主要包括如下七个部分的部件和数据。 】) 过程定义工具： 过程定义工具被用来创建计算机可处理的业务过程描述。它【】f 以足形式化 的过程定义语言或对象关系模型，也可以是简单地规定川户川信息传输的一 组路由命令。 2 、过程定义： 过程定义包含了所有使业务过程能被工作流执行子系统执仃的必坚信，台、。 这些信息包括起始和终止条件、各个组成活动、活动调度胤【| ! | j 、孙j p 务的参 与者需要做的工作、相关应用程序和数据的调用信息等。 3 1 工作流执行子系统和工作流引擎： 工作流执行子系统也称为过程执行环境，包括一个或多个l 晰流引警。l ： 基于j 2 e e 架构的工作流管理系统的研究与实现 作流引擎是w f m s 的核心软件组元。它的功能包括：解释过程定义，创建过 程实例并控制其执行，调度各项活动，为用户工作表添加工作项，通过应用 程序接口( a p p l i c a t i o np r o g r a | ni n t e r f a c e ，a p i ) 调用应用程序，提供监督和 管理功能等。工作流执行子系统可以包括多个工作流引擎，不同工作流引擎 通过协作共同执行工作流。 图22w f m c 工作流管理系统体系结构图 4 ) 工作流控制数据： 工作流控制数据指被工作流执行子系统和工作流引擎管理的系统数据，例 如工作流实例的状态信息、每一活动的状态信息等。 5 ) 工作流相关数据： 工作流相关数据指与业务过程相关的数据。w f m s 使用这些数据确定工作 流实例的状态转移，例如过程调度决策数据、活动间的传输数据等。工作流 相关数据既可以被工作流引擎使用，也可以被应用程序调用。 6 1 工作表和工作表处理程序： 工作表列出了与业务过程的参与者相关的一系列工作项，工作表处理程序 则对用户和工作表之间的交互进行管理。工作表处理程序完成的功能有：支 持用户在工作表中选取一个工作项，重新分配工作项，通报工作项的完成， 在工作项被处理的过程中调用相应的应用程序等。 第二章w f m s 理论基础 7 ) 应用程序和应用数据： 应用程序可以直接被w f m s 调用或通过应用程序代理被问接、蜊用。通过 应用程序调用，w 蹦s 部分或完全自动地完成一个活动或者对、务参与旨 的工作提供支持。与工作流控制数据和相关数据不同，应用数据对应用程序 来讲是局部数据，对w f m s 的其他部件来说是不可见的。 2 。4 工作流管理系统参考模型 图2 3 是w f m c 提出的工作流参考模型，给出了w f m s 体系架构的主要构件 与接口【6 】= 图2 3 工作流参考模型 工作流参考模型中包括了以工作流执行服务为核心的五大构件：i 一作流执行 服务、过程定义工具、工作流管理工具、工作流客户应用和一【：作流机直接调用的 应用。构件间的交互接口有五个【2 j ： 1 ) 接口1 ：工作流服务和工作流建模工具间的接口，包括l2 作流模型f n 解释 和读写操作，主要a p i 有： 通信建立。 模型操作：模型名称检索；模型对象的读写等。 模型对象操作：在建模工具中创建、检索和删除对象：创建、设褂和 删除对象属性。 2 1 接i 二| 2 ：工作流服务和客户应用问的接口，约定所有客户膨川与l 。作流服 务问的功能操作方式，主要a p i 有： 基于j 2 e e 架构的工作流管理系统的研究与实现 通讯建立。 工作流定义操作：对过程模型名称和属性的查询和检索功能。 过程实例管理：创建、开始或结束过程实例：挂起或重新激活过程实 例：强行改变过程或活动实例的状态；对过程或活动实例属性的查询。 过程状态管理：设置过滤条件，打开或关闭对一个过程实例或活动实 例的查询；设置过滤条件，获得部分过程实例或活动实例所需的详细 信息；获得过程实例或活动实例的详细信息。 任务项列表或任务项处理：设置过滤条件，打开或关闭一个任务项列 表查询；设置过滤条件，获得任务项列表中的项目：对任务项的选择、 重新分配、完成等消息的通知：设置和查询一个任务项属性。 数据处理过程：查询、返回工作流相关数据或工作流应用数据。 过程监控：改变一个过程模型和其现存实例的运行状态；改变某种特 定类型的过程实例或活动实例的状态或属性；结束所有过程实例。 管理功能：其它管理功能。 应用程序激活。 3 1 接口3 ：工作流机和直接调用的应用程序间的接口，主要a p i 有： 通信建立。 活动管理功能：活动开始；挂起、重新激活或退出活动；活动结束通 知：查询活动属性；消息事件( 如同步信息) 等。 数据处理功能：工作流相关数据的输入输出和维护；提供工作流应用 数据或提供数据地址。 4 ) 接口4 ：工作流管理系统间的互操作接口，主要a p i 有： 连接的建立。 对工作流模型和其中对象的操作。 过程实例控制和状态函数。 活动管理函数。 数据处理函数。 5 ) 接口5 ：工作流服务和工作流管理工具间的接口，主要a p i 有： 资源控制：设置、取消或修改过程或活动实例的并发层次。 角色管理：定义、删除和修改角色一参与者的关系：修改角色属性。 用户管理：对用户或工作组的权限的建立、删除、暂停和修改。 过程实例管理：对过程模型实例化；修改过程实例或活动实例的状态； 终止过程实例。 状态管理：查询过程或实例的运行状态。 审核管理：查询、打印、删除或启动新的统计过程轨迹或日志。 第三章工作流模型研究 第三章工作流模型研究 工作流模型是对工作流即业务流程的抽象表示，是工作流管理系统创建、运 行和管理工作流的基础。合理的工作流模型，灵活的模型建立、描述与验证方法 能方便用户操作，充分描述实际业务过程，提高过程模型建立的准确性，最终影 响到整个工作流管理系统的可用性、正确性与执行效率等关键问题。 本章在对工作流元模型研究的基础上，对w f m c 过程定义元模型进行改进和 扩展，并相应地提出合适的工作流模型建立、描述和验证方法。 3 1 工作流元模型 工作流模型通常涉及三个相互关联的子模型：过程定义模型、组织机构模型 和数据模型，其核心是过程定义模型。 3 1 1w f m c 过程定义元模型 过程定义元模型中包含了流程部分或全部自动化执行所需要的所有信息，包 括过程和活动的起始和完成条件、组成过程的活动及活动间的导航规则、转换条 件、引用的组织结构和角色、用户所需要完成的任务、可能被调用的应用、工作 流机的引用关系以及各种相关数据等。图3 1 是w f m c 给出的过程定义元模型【6 1 ： 图3 1w f m c 过程定义元模型图 元模型中各个实体一般包含的信息有： 1 ) 工作流定义：一般包括流程定义d 、名称、描述、相关数据、启动和终 基丁| j 2 e e 架构的工作流管理系统的研究与实现 止条件、时删限制、创建者等基本属性。 2 ) 活动：活动名称、描述、类型( 普通路由子工作流) 、执行方式( 人工 自动) 、丌始条件、结束条件、截止期限等。 3 1 转换条件：是流程执行时导航的依据，包括过程条件( 过程实例从前向后 推进的条件) 、执行条件( 执行某个活动的规则) 和通知条件( 通知用户 执行活动) ，对应了业务规则和操作顺序，是活动间时序依赖、控制依赖 等逻辑关系的体现。 4 ) 工作流相关数据：主要有数据名称、数据类型、数据值等属性。一般定义 时给出其形参和定义域，实际数值在执行时取得，用于条件判断等场合。 5 ) 角色：包括角色名称、组织实体、权限等，主要描述参与流程和活动的人 员与组织。建模时定义参与活动的组织和角色信息，实际运行时任务出角 色中的特定参与者执行。 6 ) 需要激活的应用程序：主要属性有名称、类型、路径、运行参数等，是用 于完成活动采用的工具。建模时给出描述，运行时根据路径和传入的实参 激活具体的应用程序。 w f m c 给出的工作流过程定义元模型规约了过程定义元素类型的个基本集 合，这些元素类型适合于相对简单的过程定义，工作流开发人员可以根据需要对 其进行适当扩展。 3 1 2 组织模型 过程定义元模型中的“活动”跟“角色”间存在引用关系，“角色”是组织单 儿中的一种，定义在组织模型中。组织模型为过程模型提供“人”的支持，它定 义使用工作流管理系统的企业人员的组织结构，包括几种不同形式的组织单元以 及它们之间的相互关系。 组织模型一般由五种组织单元组成，分别是：人员、角色、职务、部门和工 作组，各个组织单元的定义如下： 1 ) 人员：对应于企业中每一个雇员，是一个独立的、具有一定行为能力和一 定技术能力的入的实体。 2 ) 角色：以技能为前提，能够完成某项功能的人员的总称，如打字员、程序 员等；或具有某种资格的人员的总称，例如普通用户、系统管理员等。 3 ) 职务：以行政责任为前提，代表了管理上的等级关系，如经理、科长、职 员等。 4 ) 部门：对应于企业的静态结构划分，由企业的实际部门设置情况来决定， 可以是传统的面向职能的，也可以是现在流行的面向过程与客户的。 第三章工作流模型研究 5 ) 工作组：以执行某一任务为目标而动态组建的、跨部门划分的一种组织结 构，可能含有子工作组。 各个组织单元之间具有如下的几种关系：组成关系、负责关系、资格关系和 设置关系，其结构模型如图3 3 所示啪】： 面向职能面向过程 图3 3 组织结构模型图 由图3 3 可知，从行政角度讲，个组织一般下设多个部门，每个部门设置 多个职务，每个部门由多个员工组成，每个职务对应特定的员工；而每个员工属 于一个部门，负责自己的职务。从能力角度讲，一个组织中可能存在多个角色和 多个工作组，一个角色可能包含多个员工，一个工作组可能由多个员工、子工作 组或角色组成：每个员工可能属于多个角色，也可能属于多个工作组。 总之，组织模型为工作流模型提供有关人的视图。用户通过工作流建模工具 建立过程模型时，将会为活动节点设置执行者属性，即引用组织模型中提供的组 织单元充当活动的执行者。 3 1 3 数据模型 数据模型是对： 作流执行过程中所访问数据对象的描述，没有清晰的模型定 义。根据数据对象在工作流中的作用可以分为三种类型：控制数据、相关数据和 应用数据。 控制数据指被工作流管理系统使用的内部数据，主要用来表示工作流实例或 活动实例的状态，不能被外部应用直接访问。一般来说，用变量表示控制数据， 其属性包括类型、名称、初始值、描述等，类型有整型、布尔型、字符串型等。 相关数据是与业务过程相关的数据。相关数据既可以被工作流管理系统使用， 也可以被外部应用使用。相关数据可以使用表单等形式表示。 应用数据是指能被外部应用而不能被工作流管理系统访问的数据，它们由特 定的外部应用定义。在某些情况下，为了使不同的外部应用之间交换应用数据， 需要将应用数据从一种格式转换为另一种格式。应用数据常常使用文档、文件或 捌辜 基丁j 2 e e 架构的工作流管理系统的研究与实现 者对象表示，如一个图片、w o r d 文档等。 过程模型、组织模型和数据模型从不同的侧面描述一个工作流，包含工作流 执行所需要的相关信息。其中过程模型是核心，显式地描述一个业务过程，而组 织模型和数掘模型则处于隐式位置。它们有机关联，过程模型与组织模型通过角 色和活动的执行关系关联，过程模型和数据模型通过活动和外部应用的调用关系 以及活动和应用数掘的使用关系关联，从而完整地表达工作流的语法和语义信息。 3 2 改进的过程定义元模型 基于3 1 1 中的过程定义元模型，w f m c 提出了l 过程定义语言x p d l 描 述过程模型。在x p d l 中，汇聚、分支结构和其同步、选择约束的说明内嵌在活 动内部。这种内嵌存在些问题： 1 ) 活动说明复杂，在设置活动属性时除了设置一些执行方面的信息例如实现 方式、调h j 工具、参与者等，还要设置活动为路由活动、块活动或实现类 型，同时还要对活动进行前置和后置控制设置，造成过程定义创建和理解 上的困难。 2 1 当流程结构发牛变化时，必然引起活动定义的改变。 3 】难以表达一些复杂的控制结构，如三个活动中的两个先同步汇聚再与剩下 的一个选择汇聚。 根据问题分离原则，将控制信息从活动说明中独立出来，使得变化影响局部 化，有利于工作流模型的动态修改和灵活表达。本文对w 口订c 工作流过程定义元 模型进行改进和扩展，将路由控制约束说明从活动中分离出来。引入。种新的元 模型元素“控制连接荷”来表示它们。修改后的元模型如图3 2 所示： 劁32 改进的过程定义元模犁 第三章上作流模型研究 按照修改后的过程定义元模型，对活动的定义仅需关注于其执行埔性，活动 州的路出控制约束可以独立表示，业务流程的路由控制结构集r 手j 在控制连接衍j ：。 执行属性与路由控制属性的分离清晰化了工作流过程的表示，【! j ! | 确了过年l l ! 几豢的 职责所在，能更容易地实现复杂控制逻辑的组合，更好地适应变化。十h 心地，聃 于改进的过程定义元模型，w f m s 的工作流运行时服务可以明确地划分为执行服 务和路由控制服务，执行服务为活动分配资源并加以执行，路山控制服务则舣捌 控制连接符和变迁进行路由。 3 3 过程建模方法 过程建模是指建立工作流模型，完成实际的经营过程到计算机t 叮处州的形式 化定义的转化，一般在工作流管理建立阶段进行。过程建模利h j 一种或多种建模 方法i 工具完成，其结果称为过程模型、过程模板、过程元数捌或过槲定义。 工作流建模方法是在工作流建模过程中用来描述和定义企业、业务流槲f n 诤f j 方法。评价一个工作流建模方法好坏与否的标准有四条：表达能力f ：富；弈蜴删 解：概念不重叠、最小化；能够作为现实对象的形式化描述。 3 3 1 典型的过程建模方法 典型的建模方法有：活动网络图方法【2 、e p c ( e v e n t p r o c e s s c