（计算机软件与理论专业论文）基于bpelj的动态工作流系统研究与实现.pdf

独创声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，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( 注：如 没有其他需要特别声明的，本栏可空) 或其他教育机构的学位或证书使用过的材 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。 学位论文作者躲难歹移 导师签字：朔矽 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解堂撞有关保留、使用学位论文的规定，有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。 本人授权堂撞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。( 保密的学位论文在 解密后适用本授权书) 学位论文作者娩堆岁物 签字日期：2 0 0 8 年箩月7 口日 导师签字：扔。 签字日期：2 0 0 年月日 山东师范大学硕士学位论文 基于b p e l j 的动态工作流系统研究与实现 摘要 随着i n t e r n e t 和电子商务的发展，现代企业业务越来越复杂，业务重组及跨平台等问 题给工作流管理系统的发展带来更大的机遇和挑战。目前工作流管理系统大都基于静态过 程定义，而现实世界复杂多变，有些业务过程无法事先给出它的完整定义，只能在过程实 例的运行中根据运行时的相关数据逐步完善。由于业务变更或重组，在流程实例运行时也 可能需要动态地修改流程。如何使工作流管理系统能够适应动态变化的需要，具有良好的 柔性，互操作性与可扩展性，成为工作流技术研究的一个热点。 2 0 0 4 年3 月b e a 和i b m 的联合白皮书提出了将b p e l 与j a v a 结合的技术路线，并命名为 b p e l j ( b 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 ef o rj a v a ) ，此项技术允许同时使用这两 种编程语言来构建业务流程应用。既集成了b p e l 很好的w e bs e r vic e s 交互能力，又用j a v a 语言填补了b p e l 的弱点。通过在流程中嵌入j a v a 语言使业务流程能够方便的和非w e b s e r v i c e s 资源的交互，同时能够方便的操纵数据，实现细粒度的业务逻辑。可以对w e b s e r v i c e 和面向服务架构( s o a ) 提供很好支持。 对现有工作流技术进行了深入研究和学习，针对目前工作流产品存在的不足，提出了 一个基于b p e l j 的动态工作流管理系统。 本文主要工作如下： ( 1 ) 针对目前工作流管理系统的动态性问题，分析了工作流系统中可能存在的各种变 化，提出了支持动态变化的工作流模型，将事先不能确定或执行过程中可能变更的 过程定义推迟到运行时完成。 ( 2 ) 系统引进a g e n t 技术和w e b 服务技术，对传统工作流体系结构进行了扩展，设计了 过程扩展代理和w e b 服务代理。 在工作流执行过程中，过程扩展代理负责对活动进行扩展和实现动态路由。w e b 服务代理负责查找和调用封装成w e b 服务的业务流程以支持分布的和跨组织的工作流 程。过程扩展代理和w e b 服务代理分担工作流引擎的部分功能，使系统具有良好的动 态性和适应性，并对分布式系统提供良好的支持。 ( 3 ) 在流程定义和系统执行两个阶段，提出分层的方法，以提高系统对复杂业务的描 述和处理能力。 ( 4 ) 为了避免过程的重复定义，数据层中增加了公用过程库。公用过程库用于存放有 共性的业务过程，从而提高过程的重用性，简化复杂业务过程的定义。 ( 5 ) 设计了一个基于b p e l j 的动态工作流管理系统。详细讨论了系统的体系结构和工作 原理，给出了系统的设计和实现。通过一个实际应用项目：加油站发票管理与统计 系统，说明了该系统具有良好的性能。 山东师范大学硕士学位论文 关键词：工作流；工作流管理系统；b p e l j ；动态建模 分类号：t p 3 9 3 2 山东师范大学硕士学位论文 t h er e s e a r c ha n di m p l e m e n t a t i o no fd y n a m i cw ，o r k f l o wm a n a g e m e n t s y s t e mb a s e d o nb p e u a b s t r a ( 丌 越o n gw i t ht h ed e v e l o p m e n to ft h ei n t e m e ta n dt h ee l e c t r o n i cc o m m e r c e ，m o d e mb u s i n e s s b e c o m e s m o r ea n dm o r ec o 而p l e x p r o b l e m ss u c ha sb u s i n e s sr e o 玛a n i z a t i o na n dc r o s s - p l a t f o 册 h a v eb r o u g l l tc h a l l e n g e sa n do p p o n u n i t i e sf o rt h ed e v e l 叩m e n to fw o r k n o wm a n a g e m e n t s y s t e m a tp r e s e n tt i m e ，t h ep r o c e s sd e f j n i t i o no fm o s tw f m si ss t a t i c ，b u tt h er c a lw o 订di s c o m p l e xa i l dd y n a m i c ，t h e r ea r es o m ed e f i n i t i o n so ft h eb u s i n e s sp r o c e s sc a n tb e 西v e ni n a d v a n c e t h e yc a no n l yb ei m p r o v e da c c o r d i n gt ot h er e l a t i v ed a t ai nt h ep r o c e s so fs p e c i f i c c a s e s b e c a u s eo ft h ea l t e r a t i o no rt h er e o 略a n i z a t i o no fb u s i n e s s ，p e o p l em a ym o d i f yp r o c e s s d y n a m i c a l l ya te x e c u t i o nt i m e h o wt om a k ew f m sm e e tt h en e e d so fc h a n g e sw i t hg o o d f l 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 t e n s j b i l i t y ，h a sb e c o m eaf b c u so fw o r k f l o w b e aa n di b mh a v ej o i n t l yi s s u e dt h ew h i t ep a p e ri nm a r c h2 0 0 4 t h i sw h i t ep a p e r p r o p o s e sac o m b i n a t i o no fb p e l w i t hj a v a ，n a m e db p e u ，t h a ta l l o w st h e s et w op r o g r a m m i n g l a n g u a g e st ob eu s e dt o g e t h e rt o b u i l dc o n l p l e t eb u s i n e s sp r o c e s sa p p l i c a t i o n s i ti n t e g r a t e s b p e l ，s 蓼妁di n t e r a c t i v ea b i l i t yo fw 曲s e r v i c e sw i t hj a v al a n g u a g et oi m p r o v et h ew e a kp o i n t o fb p e l b ye n a b l i n gb p e la n dj a v at ow o r kt o g e t h e f ，b p e ua l l o w se a c hl a n g u a g et od ow h a t i td o e sb e s t i tc a np r o v i d eb e t t e rs u p p o nt ow e bs e r v i c ea n ds o a a f t e rt h ed e e pr e s e a r c ha n ds t u d yo ft h ep r e s e n tw o r k f l o wt e c h n o i o 酉e s ，ad y n a m i c w o r k n o wm a n a g e m e n ts y s t e mb a s e do nb p e ui sp r e s e n t e di no r d e rt os o l v et h ep r o b l e m so f n e x i b i l i t y ；i n t e r o p e r a b j l i t ya n dc - o s sp l a t f b 册a b i l i t y t h em a j o rj o bo ft h i st h e s i si sa sf o l l o w i n g ： ( 1 ) i no r d e rt os o l v et h ep r o b l e mo fw o r k f l o wm a n a g e m e n ts y s t e m sn e x i b i l i t y ，aw o r k f l o w m o d e lw h i c hs u p p o r t sd y n a m i cb u s i n e s sp r o c e s si sp f o p o s e d i nt h em o d e l ，s o m ep r o c e s s d 面n i t i o n sw h i c hc 柚n o tb ed e f i n e di na d v a n c eo fm a yb ec h a n g e di nt h ec o u r s eo f i m p l e m e n t a t i o na r ep u to 赁u n t i lr u n t i m e ( 2 ) a g e n tt e c h n o l o g ya n dw e bs e r v i c et e c h n o l o g ya r ea d o p t e di nt h es y s t e m w ee x t e n dt h e t r a d i t i o n a lw o r k f l o ws t r u c t u r e s ，a n dd e s i g nt w on e wa g e n t s ：p r o c e s s e x t e n d i n ga g e n ta n d w 曲s e i c ea g e n t p r o c e s s - e x t e n d i n ga g e n ti sr e s p o n s j b l ef o rp f o c e s se x t e n d j n ga n dd y n a m i cr o u t i n ga t e x e c u t i o nt i m e w 曲s e i c ea g e n ti si nc h a 唱eo ff i n d i n ga n dc a l l i n gb u s i n e s sp r o c e s s e s w h i c ha r ep a c k a g e di n t ow e bs e r v i c ei no r d e rt os u p p o nd i s t r i b u t e ds y s t e m t h e yo v e r t a k e 3 p a r to fw o r k n o we n 酉n e sf u n c t i o nt o g e t h e r ，w h i c hm a k e s t h es y s t e mh a v eb e t t e rn e x i b i l i t y a n da d a p t a b i l i t y t h i sp r o v i d e sf a v o r a b l es u p p o nt od i s t r i b u t e ds y s t e m ( 3 ) a tt h ep h a s e so fp r o c e s sd e f i n i t i o na n ds y s t e me x e c u t i o n ，t h et h e s i sp r o v i d e sa m e t h o do f h i e r a r c h i e si no r d e rt op r o m o t et h es y s t e m sa b i l i t yt o d e s c r i b ea n dm a n a g et oc o m p l e x b u s i n e s s ( 4 ) 1 1 0a v o i dd e f i n i n gap r o c e s sr e p e t i t i v e l y ；ap u b l i cp r o c e s sl i b r a r yi sa d d e d i nt h ed a t al a y e r i t i su s e dt os t o r et h o s eb u s i n e s sp r o c e s s e sh a v i n gc o m m o nc h a r a c t e r i s t i c s ，w h i c hs i m p l i f i e s t h ep r o c e s so fd e f i n i n gc o m p l e xb u s i n e s s t l l l e r e f o r e ，t h er e u s a b i l i t yo ft h ep r o c e s s i s p r o m o t e d ( 5 ) ad y n a m i c w o r k f l o wm a n a g e m e n ts y s t e mb a s e do nb p e ui sd e s i g n e d 。t h es t r i l c t u r ea n d w o r k i n gp r i n d p l eo ft h es y s t e ma r ed i s c u s s e di nd e t a i lw i t hi t sd e s i g na n di m p l e m e n t a t i o n t h ee x c e u e n tn 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 da d a p t i v i t yo ft h es y s t e ma f ei 1 1 u s t r a t e db ya p r a c t i c a lp r o j e c t t h es y s t e mf o r t h em a n a g e m e n ta n dc a l c u l a t i o no fi n v o i c ei ng a ss t a t i o n k e v w o r d s ：w o r k f l o w ； w o r k n o wm a n a g e m e n ts y s t e m ；b p e u ；d y n 锄i cm o d i f i c a t i o n f _ a s s i f j c a t i o n ：1 p 3 9 3 4 山东师范大学硕士学位论文 1 1 研究背景 第一章绪论 工作流系统起源于办公自动化系统。工作流技术发展的目的是为企业业务流程的自 动化服务的。2 1 世纪以来，信息技术发展f i 新月异，特别是计算机和网络在日常生活中 的广泛应用，工作流技术越来越受到人们的关注。工作流技术对我们日常生活的影响正日 益显著，被广泛应用于电讯业、软件工程、制造业、金融业、银行业、科学试验、卫生保 健领域、航运业和办公自动化等多个领域。工作流技术己逐渐成为信息化进程中的关键技 术。工作流技术的研究也正成为计算机应用领域一个研究热点。工作流技术成为协调企业 业务过程，增强企业应变能力和竞争力的重要技术。对工作流技术进行深入的研究对于加 速我国企业的信息化进程，提高其运行效率以及竞争能力都有着重要的意义。目前，市场 竞争越来越激烈、业务需求不断变化、产品生命周期逐渐缩短，企业要在持续快速变化的 市场竞争中求生存，如何提高企业内部业务流程的适应能力，成为企业增强竞争力和可持 续发展的关键所在。 随着网络的延伸和电子商务的发展，企业业务越来越复杂，企业经营过程的执行逻辑 在很多情况下不能完全可以事先确定，它经常需要根据流程的执行情况动态地发生变化， 其中包括业务规则的变化、工作任务的变化、控制逻辑的变化和工作流资源的变化等。然 而传统的工作流产品大都基于静态过程定义，仅允许在定义时对过程进行编辑和修改，不 能根据运行环境的变化和运行时的相关数据进行动态变化，这就使的在处理复杂业务和业 务重组上具有明显的不足。并且现有工作流产品还存重用性低、扩展性、互操作性和跨平 台能力差等缺点，从而极大限制了工作流管理系统的应用范围，无法满足现代企业应用发 展的需要。 正是基于以上原因，开展动态工作流技术的研究，使工作流管理系统能够适应动态变 化的需要，具有良好的柔性，互操作性与可扩展性，便具有非常重要的研究意义和应用价 值。 1 2 工作流技术 1 2 1 工作流的起源与发展 工作流的概念起源于7 0 年代中期生产组织和办公自动化领域。在此之前，在企业内部 流转的文档都是以纸张的形式在各个部门之间进行传递，这种方式在信息的组织、存储、 查询和发布等方面都是非常低效的，而以计算机处理代替人们手工处理模式的出现，使人 们可以摆脱传统的依赖于纸张的办公模式，这是办公自动化发展的第一个阶段，这个阶段 5 山东师范大学硕士学位论文 的信息处理实现了数据统计和文档写作电子化，完成了办公信息载体从原始纸介质向电子 的飞跃，实现了个体工作的电子化和自动化。这方面的例子有宾夕法尼亚大学沃顿学院的 m i c h a e l d z i s m a n 开发的原型系统s c o o p ，施乐帕洛阿尔托研究中心的c l a r e n c e a e l l i s 和 g a r y j n u t 等人开发的0 f i c e t a l k 系列试验系统，还有a n a t 0 1 h 0 1 t 和p a u l c a s h m a n 开发的 a r p a n e t 上的“监控软件故障报告”程序瞳3 | 。s c o o p ，0 f i c e t a l k 等系统都采用p e t r i 网的 某种变体进行过程建模，其中s c 0 0 p 和o f i c e t a l k 系统，不但标志着工作流技术的开始，而 且也是最早的办公自动化系统。 到8 0 年代初期，一些公司和企业为了提高部门之间信息处理、组织、存储以及查询检 索方面的效率，实现一种无纸化办公环境，建立了自己专用的或者可商品化的表单传递应 用系统( f o r m s r o u t i n ga p p l i c a t i o n s ) ，用于实现日常表单处理的电子化和自动化，形成 了现代工作流管理系统的一个雏形，工作流技术开始作为商用产品被使用。 8 0 年代中期，f i l e n e t 和v i e w s t a r 等图形图像处理公司率先开拓了工作流产品市场， 成为最早的一批工作流产品供应商。他们把图像扫描、复合文档、结构化路由、实例跟踪、 关键字索引以及光盘储存等功能结合在一起，形成了一种全过程支持某些业务流程的集成 化软件。f i l e n e t 于1 9 8 4 年推出的w o r k f l o wb u s i n e s ss y s t e m ，v i e w s t a r 于1 9 8 8 年推出的 v i e w s t a r ，a c t i o nt e c h n 0 1 0 9 y 8 0 年代推出的c o o r d i n a t o r ，便是其中的典型代表。限于当 时的计算机发展水平，这一时期的工作流产品功能还比较简单。 二十世纪9 0 年代，随着计算机的普及，计算机网络技术的迅速发展，企业的信息化程 度提高，企业信息资源越来越表现出一种异构分布、松散藕合的特点。企业的分散性、决 策制定的分散性和对日常事物活动详尽信息的需求，以及c 1 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 ，c o m d c o m ，j a v a ) 的日益成熟，都说明了这样一个事实一集中 式信息处理的时代已经过去，实现大规模、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 系统也由最初的无纸化办公环境，转变成为同化企业复杂信息，实现业务流程自动执行的 必要工具。这样的转变，也把工作流技术带入了一个崭新的发展阶段，使得人们从更深层 次、更广领域上对工作流展开了广泛的研究工作，工作流系统的开发与研究由此掀起了一 个新的高潮。 1 9 9 3 年8 月工作流技术的标准化组织一工作流管理联盟( 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 ) 成立，工作流管理联盟发布了用于工作流管理系统之间互操作的工作流参考模 型，并相继制定了一系列工作流术语、标准和接口。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，对工作流的技术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 r n e t 服务等都已被容纳到工作流管理系统之中。 由此可见，工作流管理系统是伴随着办公自动化的出现而逐步发展起来的。纵观工作 流软件产品的发展，我们可以把它总结为三个阶段：8 0 年代初期为第一阶段，主要特征为 6 山东师范大学硕士学位论文 应用于相对独立的应用系统，如图像管理系统、文档管理系统等；9 0 年代初期大致为第二 阶段，主要表现为具有底层的通讯基础结构、能够实现任务协作的应用系统，比如基于 邮件的工作流系统和基于消息传递的工作流系统等：9 0 年代末至今大致为第三阶段，主要 特征为以工作流管理联盟的工作流参考模型为标准构建的工作流系统，能够对业务流程进 行图形化定义，用户定义与任务执行相互分离h 1 。经过了这么几个阶段的发展，工作流研 究领域已经成为了计算机技术研究领域的一个分支，而且结合了网络技术、数据库技术、 协同工作技术等成为了一门综合性技术。 1 2 2 工作流定义及相关概念 自从工作流诞生以来，不同领域的研究者分别给工作流提出了不同的定义，所以，到 目前为止，对工作流还没有完全统一的定义。这些定义，分别从不同的角度对工作流的概 念进行了描述，有助于我们对工作流基本特征的理解 g i g ag r o u p 的定义畴1 ：工作流是经营过程中可运转的部分，包括任务的顺序以及由谁 来执行、支持任务的信息流、评价与控制任务的跟踪、报告机制。 i b ma l m a d e n 研究中心给出的工作流定义哺1 ：工作流是经营过程的一种计算机化的表 示模型，定义了完成整个过程所需要的各种参数。这些参数包括对过程中每一个步骤的定 义、步骤间的执行顺序、条件以及数据流的建立、每一步骤由谁负责以及每个活动所需要 的应用程序。 a m i ts h e t h 的定义口3 ：工作流是涉及到多任务协调执行的活动，这些任务分别由不同 的处理实体来完成。一项任务定义了需要做的某些工作，它可用各种形式来进行定义，包 括在文件或电子邮件中的文本描述、一张表格、一条消息以及一个计算机程序。用来执行 任务的处理实体可以是人，也可以是计算机系统( 比如一个应用程序、一个数据库管理系 统) 。 w m p v a nd e r a a l s t 的定义阳1 ：工作流是一系列工作的偏序集。工作的序列可以有多 种方式，比如工作x 与y 满足x ；y 当且仅当x 在y 开始之前就已经就绪。 1 9 9 3 年，为了推进工作流技术的标准化，工作流管理联盟( w f m c ) 在欧洲成立。根据 国际工作流管理联盟的定义阻1 ，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。 文献 1 0 结合上述各种对工作流的定义给出了如下定义：工作流是一种反映业务流程 的计算机化的模型，它是为了在先进计算机环境下实现经营过程集中化与经营过程自动化 而建立的可由工作流管理系统执行的业务模型。 根据我们对工作流的理解，工作流是经营过程的一个计算机实现，是通过计算机软件 进行定义、执行并监控的经营过程，工作流管理系统则是这一实现的软件环境。 工作流管理系统( w f m s ) 是运行在一个或多个工作流引擎上的用于定义、实现和管理 工作流的一套软件系统，它和工作流执行者( 人、应用) 交互n ，推进工作流实例的执行， 并监控工作流的运行状态。 7 山东师范大学硕士学位论文 流程( p r o c e s s ) ：业务的逻辑或模型，即为达到一项业务目标，使文件、信息和任务 在工作的操作者之间有序传递，各项相关活动有序实施的一种结构。 活动( a c t i v i t y ) ：是指一种变换或操作，是组织机构过程的最基本单元，用以完成 某种特定的功能。 操作者( 0 p e r a t o r ) ：指执行活动过程中参与操作的人员和组织单位，是流程中任务的 执行者。 任务列表( t a s k l i s t 或w o r k l i s t ) ：与某个或某组指定操作者相关的一组任务。 工作流引擎( w o r k f l o we n g i n e ) ：为工作流实例在运行时提供执行环境的软件服务或 引擎，也叫工作流机。 工作流控制数据( w o r k f l o wc o n t r o ld a t a ) ：由工作流管理系统或工作流机管理的 内部数据。工作流执行服务器维护内部控制数据，来确定过程实例或活动实例的状态，并 支持其他内部状态信息。这种内部控制数据不能被访问，也不能进行转换。但用户可以通 过接口对某些数据进行查询。 工作流相关数据( w o r k f l o wr e l e v a n td a t a ) ：工作流管理系统用来确定过程实例状 态转换的数据，是工作流引擎执行任务推进的主要依据。工作流管理系统使用工作流相关 数据来判断转移条件是否满足，并选择下一个要执行的活动。这些数据能被工作流应用程 序访问，通过工作流执行软件在活动间传递。工作流相关数据的属性包括数据名称、数据 类型和数据值等。 工作流应用数据( w o r k f l o wa p p l i c a t i o nd a t a ) ：应用程序的具体数据，并且不能 被工作流管理系统访问。工作流应用程序数据不能被工作流执行软件所使用，只与应用程 序或者用户任务的执行相关。 1 2 3 工作流参考模型 自2 0 世纪9 0 年代以来，工作流技术得到长足发展。特别是进入2 l 世纪，工作流发展进 入繁荣期，工作流系统及声称具有工作流功能的产品多达数百种。为了实现不同工作流产 品间的协同工作，工作流管理联盟( w f m c ) 先后颁布了一系列工作流产品标准。1 9 9 4 年1 1 月2 9 日，w f m c 发布了工作流参考模型，它详细描述了工作流系统的有关概念，并在此基础 上给出了工作流管理系统( 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 ) 的组成部分、各部分的 功能以及相互之间的接口，如图1 所示n 2 1 ： 8 山东师范大学硕士学位论文 援t f ：化流a h 矧拔| j 格式 妒“2 正撑流霹疹艨嬲 l 援融3 一 被激纭的庞绷 图1 1 工作流参考模型 下面对工作流参考模型的各组成部分及接口进行简要说明： ( 1 ) 流程定义工具：是对业务过程进行分析、建模，并生成可被计算机处理的过程定义的 一种描述和定义工作流过程的工具。现在大都以图形化的方式定义工作流。接口1 是工作 流执行服务和流程定义工具间接口，包括工作流模型的解释和读写访问； ( 2 ) 工作流执行服务：它是工作流的核心，主要功能是读取工作流定义、并根据工作流定义 完成工作流过程实例的创建、执行与管理。工作流执行服务般借助一个或多个工作流 引擎来完成，接口4 是工作流执行服务之间互操作的接口，这是构造大规模分布式工作流 系统的重要接口标准，通过该接口，不同的工作流管理系统可以实现互连或集成： ( 3 ) 被激活的应用：是工作流执行服务在过程实例的执行过程中调用的一些功能应用的集 合。工作流引擎根据工作流的运行情况调用它们以完成工作流的执行。工作流执行服务通 过接口3 来调用被激活的应用程序，实现该接口规范的功能应用可以被工作执行服务模块 ( 工作流引擎) 调用。 ( 4 ) 工作流客户应用：工作流机的客户端程序。该程序由用户结合业务需求而开发，用来驱 动工作流。客户端程序通过接口2 与工作流引擎交互，这是最主要的接口规范，它约定所 有客户方应用和工作流执行服务之间的功能访问方式； ( 5 ) 管理与监控工具：对工作流管理系统的执行进行管理和监控，包括用户管理、角色管 理、资源管理，捕获并记录运行信息等。接口5 是工作流执行服务和管理与监控工具之间 的接口，对工作流进行管理和监控的功能模块可以通过该接口获取工作流实例和活动的运 行状态等其它信息，也可以修改活动的运行状况及删除工作流。 其中的5 个接口并不是全部必须的，大多数的工作流引擎也没有实现全部的接口，而且 每个工作流引擎的优点都分布在不同的接口上。 1 3 动态工作流的研究 9 山东师范大学硕士学位论文 1 3 1 动态工作流的提出 纵观工作流软件产品由八十年代的萌芽到九十年代的繁荣，我们可以把它总结为三个 阶段：第一阶段，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：第二阶段，主要表现为具有底层的通讯基础结构、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：第三阶段，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h 1 。 工作流技术发展到今天，随着工作流管理系统应用规模的不断扩大、应用领域的不断 拓展，业务重组以及对系统个性化的需求，这些都给工作流管理系统提出了更高的要求。其 中的一个主要问题就是工作流的动态性。 而面对激烈的市场竞争和不断变化的业务需求，传统的工作流系统的弊端越来越明 显： 1 模型建立阶段。 传统工作流大都基于静态过程定义，只允许在建模时，对过程进行编辑和修改，一旦 过程运行之后就不能再对其进行修改。这种限制使得它们仅仅适用于那些结构合理、业务 过程固定且不需要动态扩展的应用。而现实世界复杂多变，由于业务变更或重组，在流程 实例运行时可能需要动态地修改流程。并且有些业务过程无法事先给出它的完整定义，只 能在过程实例的运行中根据运行时的相关数据逐步完善。 2 执行阶段。 执行阶段是工作流引擎对工作流定义进行解释执行的过程。传统工作流在工作流模型 建立阶段，就确定了活动与活动之问的逻辑关系，并且对工作流的相关数据进行了绑定。 由于业务需求不断变化，流程执行逻辑可能发生变化，在工作流执行过程中工作流的资源、 角色、执行者也可能会发生变化。而传统工作流大都基于静态过程定义，这种僵硬的过程 定义模式，导致了工作流路由的固定性，一旦过程定义被实例化，就不能够根据实际情况 的变化更改过程实例的路由，包括增加新的活动，删除已有的活动以及修改活动的执行逻 辑。 激烈的市场竞争、用户需求的多样化以及任务等的多变性使得企业的经营过程以及组 织问的协作必须不断作出调整以适应变化，为了快速响应这种经营过程的组织和管理的变 革，要求各个组织具有高度开放性和灵活性，必须建立具有动态特征的过程管理系统。如 何使工作流管理系统能够适应动态变化的需要，具有良好的柔性，互操作性与可扩展性， 提出了动态工作流。动态工作流的研究在理论和实践上均有重要的现实意义。 学术界对于动态工作流并没有给出明确的定义。简单地说，如果一个工作流管理系统 支持对正在运行的工作流进行动态修改，称这个工作流管理系统为支持动态修改的工作流 管理系统，简称动态工作流系统。所谓动态修改是指在工作流运行时对工作流进行某种修 改，包括对工作流模型、活动的执行及流程参与者等的修改，有时也称动态调整。它是相 1 0 山东师范大学硕士学位论文 对于工作流定义时( 此时工作流还没有运行) 对工作流的静态修改而言的。动态工作流系统 能够响应工作流变化的需要，具备快速重构能力和对变化的适应能力。而动态工作流技术 指与动态修改相关的所有技术，包括动态修改分类、动态修改策略、动态修改实现方法、 动态修改带来的问题及怎样解决这些问题等。 目前国内外对于动态工作流还处于理论研究阶段，还没有成熟的支持动态工作流的工 作流产品。根据业务流程变化的特点，工作流可以被划分为三类n 3 1 ：第一类工作流的特点 是能在业务流程发生变化的情况下做出相应的改变，其难点在于如何将运行中的工作流实 例迁移到新的工作流模型中n 们：第二类工作流的特点是能处理工作流执行过程中出现的异 常，其难点在于如何处理无法预料的异常情况n 朝：第三类工作流的特点是在流程定义不完 整的情况下，能生成流程实例并运行，其难点在于如何对部分流程信息进行建模n 6 l 。 1 3 2 国内研究情况 国内对动态工作流的研究比较晚，许多关键技术问题还处在探索阶段。国内的研究主 要集中在对工作流元模型的改进和动态建模上，对支持动态工作流的框架和体系结构上也 进行了研究并取得一定的成果。 文献 1 7 认为工作流模型基本上是基于“静态”过程定义的，工作流管理系统本身不 能根据工作流实例的运行状况而动态地修改其配置、控制和数据信息，这使得工作流管理 系统在应用的许多关键特性上无法得到保证，包括过程模型的柔性定义、过程重用、异常 处理等，这些极大地限制了工作流技术的普及和推广。为了满足业务过程的变化特性，参照 其他工作流技术的研究结果，对工作流管理联盟制定的工作流过程定义元模型( p r o c e s s d e f i n i t i o nm e t a m o d e l ) 以及工作流过程定义语言( w o r k f l o wp r o c e s sd e f i n i t i o n l a n g u a g e ，简称w p d l ) 进行了适当的修改和扩展，这些修改和扩展不仅使得对定义态、运行 态过程模型的修改变得灵活，而且可以在流程中支持一些新出现的应用技术，例如w e b s e r v i c e 。 文献 1 8 在阐述了支持动态变化工作流管理系统的概念和意义后，提出了一种支持工 作流动态变化的工作流过程元模型，在时问和工作流组成的过程级别两个角度分别分析了 其动态特性的表现，并对工作流管理联盟提出的工作流元模型进行了扩展。扩展后的过程 元模型在工作流的建立阶段力求对动态特性进行描述和定义，在工作流执行阶段可以根据 己定义的动态属性来处理过程动态变化时发生的事件。基于这种元模型，工作流管理系统 既具有灵活性，又有利于改变控制操作。 文献 1 9 在支持动态工作流的流程建模方面，提出了基于对象p e t r i 网( o b j e c t p e t ri n e t ，简称0 p n ) 和基于o p n 的文本描述语言和工作流过程定义接口标准，但上述模型 的缺点是语义表达能力有限，不能根据用户的要求进行动态扩展，很难对复杂环境进行建 模。 文献 2 0 针对目前工作流管理系统在描述能力和动态性上存在的不足，提出了一种 基于构件的动态工作流建模方法。该方法扩展了传统的活动网络模型，引入了新的建模元 1 1 山东师范大学硕士学位论文 素，提出了新的建模机制。与传统的活动网络模型相比，该模型方法在提高模型描述能力、 降低模型复杂性、提高系统动态性及适应性方面有明显的优点，对于设计开发高可靠性、 动态性和适应性的工作流管理系统具有重要的应用价值。 文献 2 1 提出了一种基于消息的动态工作流引擎的实现方式。该方式通过定义任务 项的等价关系，由消息触发反演计算。该反演计算以结点状态路由算法n s 实现基于能力 的任务项的动态路由，使工作流引擎对流程实例进行动态流转，从而整个活动结点的负载 能保持相对平衡，提高了流转的效率。 文献 2 2 提出了一种工作流柔性模型的定义方法，就是对工作流活动进行包装 ( w r a p p e r ) ，增加它对运行环境的感知。在w f m c 提供的参考模式的基础土，推迟工作流建 模时的部分功能到运行时实现，同时这部分实现结合运行时有关工作流控制数据和工作流 相关数据来增加工作流模型定义的柔性，满足用户单位对工作流的动态性、灵活性、个性 化的迫切需求。这样的工作流柔性模型是“非僵硬 的过程模型，可以方便地进行二次开 发，而不需要大量的投资。 文献 2 3 扩展了工作流管理联盟给出的工作流模型，提出了动态工作流模型，并以此 模型为指导设计实现了具有动态灵活能力的工作流管理系统t h _ w o r k f l o w ，该系统将 工作流的功能特性划分为三个层次，即应用层、功能层和实现层在不同的层次上实现了 工作流的基本服务和动态灵活的控制功能。 1 3 3 国外研究情况 国外对动态工作流的研究比较早，一些科研机构和知名公司投入大量人力物力，探索 了多种技术手段，试图从不同角度建立能够适应业务过程动态变化的工作流系统，使其具 有可伸缩性和可扩展性等动态特征。 文献 2 4 在工作参考模型( w o r k f l o wr e f e r e n c em o d e l ，w f r m ) 的基础上增加了修改 分析器、验证引擎、版本跟踪器和辅助的柔性模块。验证引擎用于保证变化后的过程正确 性；版本跟踪器记录过程版本变化情况；修改分析器根据变更需求进行分析，将一些策略 信息送入柔性模块，由柔性模块执行具体的柔性操作。 文献 2 5 则对w f r m 的的应用编程接口( 接口l ，接口2 ，接口3 ) 进行了扩展，以支持 工作流过程的结构和属性修改等操作。 文献 2 6 在1 9 9 5 年第1 次提出动态变更问题，并提出了一个表示和分析工作流结构动 态变更形式化模型，其中利用变更区域来处理原过程实例的迁移问题，并在p e t r i 网可达 性分析的基础上定义变更的正确性。这种方法过程定义比较复杂，变更区域需要手动识别。 文献 2 7 在e 1 1 i s 等人工作的基础上瞳4 3 进行了进一步的研究，提出了一个比较原过程 定义和新过程定义并计算变更区域的算法。这样变更区域可利用算法自动计算而不需要手 动识别。如果一个原过程实例落在这个变更区域内，那么该原过程实例暂时不能迁移。 文献 2 8 给出了m e t u f l o w 系统所支持的7 种行为：b e g i n 一0 n c o 姗i t ，b e g i n 一0 n a b o u t ， c o 姗i t ，c o 舢i t 一0 n a b o v e ，a b o v e ，a b o v e o n c o 姗i t ，b e g i n ；虽然系统不仅仅支持固定 1 2 山东师范大学硕士学位论文 的控制行为类型，但它是一种基于穷举法来定义流程动态行为的方法，仅适应于简单环境 下的动态工作流，对于实际应用中的复杂性缺乏支持。 文献 2 9 认为业务过程的许多需求都依赖于工作流执行数据，包括所有过程共享的公 共数据、资源状态以及过程的状态等。文中提出了一个工作流元模型以及一种业务过程查 询语言( b u s i n e s sp r o c e s sq u e r yl a n g u a g e ，简称b p q l ) 。其中，b p q l 结合了基于) ( i l 的 过程描述语言( ) ( m lp r o c e s sd e f i n i t i o nl a n g u a g e ，简称x p d l ) 的特点，从而能够显著 提高其描述能力和灵活性，并且在工作流系统0 f f i c eo b j e c t s 中进行了应用。应该说，元 模型和业务过程查询语言的结合给出了动态建模的新方法，也能提高模型适应动态变化的 适应能力，但是对模型在动态执行过程中动态演变等动态性问题缺乏支持。 文献 3 0 提出了一种工作流演化方法，采用特定p e t r