（通信与信息系统专业论文）业务流程管理系统中可扩展技术的研究与实现.pdf

华中科技大学硕士学位论文 摘要 近几年，随着电子商务的深入发展，业务流程管理( b u s i n e s s p r o c e s s m a n a g e m e n t ， b 啸技术得到了广泛应用并迅速发展。但目前国内业务流程管理技术的研究还处 于起步阶段，产品不够成熟完善，流程改变时的系统可扩展性较差。对国外业务流 程管理技术及其相关标准的研究表明，时间约束和异常管理是实现可扩展业务流程 管理系统的关键部分。本文针对这一现状，着重研究了业务流程管理技术中与可扩 展性密切相关的时间约束和异常管理两个问题。y 本文分别讨论了时间约束和异常管理问题的分析、建模、设计和实现。在建模 方法方面，本文在数据表示层面采用了可扩展的基于x m l 的与国际规范兼容的表示 法，在业务表示层面采用了基于业务流程图的表示法。在系统的设计与实现方面， 本文着重分析re j b 组件、多线程、分布式异常处理等关键技术，完成r 在基于j 2 e e 平台的b i z p r o 业务流程管理系统中，时间约束模块和异常管理模块的体系结构与具 体实现。 本文的工作属于“十五”国家科技攻关计划“电子商务与现代物流技术研究开 发及示范工程”项目中的“基于中间件的电子商务系统集成技术研究与应用”课题。 时间约束和异常管理的相关研究，对于开发实用性和可扩展性的业务流程管理系统 具有重要的实践：意义。 管妻：业务流程管理可扩展性时间约束鼾孓b i z p m 业务流程 管理系统 华申科技大学额士学位论文 w t ht h ed e v e l o p m e n to fe - b u s i n e s s i nr e c e n t l yy e a r s ，t h et e c h n o l o g yo fb u s i n e s s p r o c e s sm a n a g e m e n t ( b p m ) d e v e l o p sr a p i d l y h o w e v e r , t h er e l a t e dr e s e a r c hw o r ko f b p mi sl i m i t e di nc h i n a ，e s p e c i a l l yi na s p e c t so ft i m ec o n s t r a i n t ，e x c e p t i o nm a n a g e m e n t ， t r a n s a c t i o nm a n a g e m e n t e t e t h e s ea s p e c t sa r ek e y p a r t sf o rt h es c a i a b i l i t yo fb u s i n e s s p r o c e s sm a n a g e m e n ts y s t e m ( b p m s ) i ni n t e l l i g e n tb u s i n e s s t h i st h e s i sa d d r e s s e st w o i s s u e si nb p m t e c h n o l o g y , t i m ec o n s t r a i n ta n de x c e p t i o nm a n a g e m e n t t h et h e s i sd i s c u s s e sh o wt oa n a l y z e m o d e l ，d e s i g na n d i m p l e m e n tt h et w om o d u l e s o ft i m ec o n s t r a i n ta n d e x c e p t i o nm a n a g e m e n t i ns e q u e n c e i no r d e rt os u p p o r ts c a l a b i l i t y p r o p e r t yw h e nm o d e l i n g ，x m l - b a s e dd e s c r i p t i o nm e t h o di su s e d ，w h i c hi sc o m p a t i b l e w i t hr e l a t e di n t e r n a t i o n a lc r i t e r i o n s an e wd i a g r a m b a s e dd e s c r i p t i o nm e t h o di sa l s o p r e s e n t e dt oh e l pe f f i c i e n tm o d e l i n g i na s p e c t so fd e s i g n i n ga n di m p l e m e n t a t i o n s o m e k e yt e c h n o l o g i e s 。s u c h 醛e i bc o m p o n e n t ，m u l t i t h r e a d i n g ，d i s t r i b u t e de x c e p t i o nh a n d l i n g ， a l e e s p e e i a u ya d o p t e d t h ef r a m e w o r ka n di m p l e m e n t a t i o no ft i m ec o n s t r a i n t a n d e x c e p t i o nm a n a g e m e n tm o d u l e sa r ep r o p o s e df o rb i z p r os u i t ew h i c hi s ar e a lb p m s b a s e do nj 2 e e p l a t f o r m t h ew o r ki nt h i st h e s i si sap a r to ft h e l o mf i v en a t i o n a ls c i e n c ea n dt e c h n o l o g y p l a n p r o j e c t “r e s e a r c ha n da p p l i c a t i o no fe - b u s i n e s ss y s t e mi n t e g r a t i o nt e c h n o l o g y b a s e do ri n d u s t r ym i d d l e w a r e b i z p r os u i t eh a sb e e nw e l ld e v e l o p e d b yo u rl a b i th a s b e e ne x p e e w a lt h a tt h er e s e a r c ho ft i m ec o n s t r a i n ta n de x c e p t i o nm a n a g e m e n tc a l lp r o v i d e ag o o d g u i d a n c ef o rd e v e l o p i n gh i g h l yp r a c t i c a la n ds c a l a b l eb p m s k e y w o r d s ：b u s i n e s sp r o c e s sm a n a g e m e n t ；s c a l a b i l i t y ；t i m e c o n s t r a i n t ；e x c e p t i o n m a n a g e m e n t ；b i z p r o s u i t e 华中科技大学硕士学位论文 缩略语 a p i - a p p l i c , 1 t i o np r o g r a m m i n g i n t e r f a c e 应用程序接口 b 2 b - b u s i n e s st ob u s i n e s s 企业间电子商务 b p e l 4 w s b u s i n e s sp r o c e s se x e c u t i o n l a n g u a g ef o r w e bs e r v i c e s b p m b u s i n e s sp r o c e s sm a n a g e m e n t b p m l - b u s i n e s sp r o c e s sm o d e l i n g l a n g u a g e b p m n b u s i n e s sp r o c e s s m o d e l i n g n o t a t i o n b p m s b u s i n e s sp r o c e s sm a n a g e m e n t s y s t e m b p s s b u s i n e s sp r o c e s ss p e c i f i c a t i o ns c h e m a e a i - e n t e r p r i s ea p p l i c a t i o ni n t e g r a t i o n e j b - e n t e r p r i s ej a v a b e a n e r p - e n t e r p r i s e r e s o u r c e p l a n n i n g j 2 e e j a v a2 p l a t f o r m ，e n t e r p r i s ee d i t i o n j 弱e - j a v a2p l a t f o r m s t a n d a r de d i t i o n j n d i - j a v a n a m i n g a n dd i r e c t o r yi n t e r f a c e j d b c j a v ad a t a b a s e c o n n e c t i v i t y j m s j a v a m e s s a g e s e r v i c e j s p - j a v as e r v e r p a g e s l r t - l o n g - r u n n i n g t r a n s a c t i o n s 咖- r e m o t em e t h o di n v o c a t i o n s o a p s i m p l eo b j e c ta c c e s sp r o t o c o l w s w e bs e r v i c e w s f l - w e bs e r v i c e p l o w l a n g u a g e x m l - e x t e n s i b l e m a r k u pl a n g u a g e w e b 服务的业务流程执行语言 业务流程管理 业务流程建模语言规范 业务流程建模符号规范 业务流程管理系统 业务流程标准s c h e m a 企业应用集成 企业j a v a b e a n 企业资源汁划 j a v a 2 企业平台 j a v a 2 标准平台 j a v a 命名与目录接口 j a v a 数据库连接 j a v a 消息服务 j a v a 服务器页面 长时间的事务 远程方法调用 简单对象访问协议 w e b 服务 w e b 服务流程语言 可扩展置标语言 i h 华中科技大学硕士学位论文 1 1 课题目的和意义 1 1 1 概念与背景 1 绪论 本文的工作属于“十五”国家科技攻关计划“电子商务与现代物流技术研究开 发及示范工程”项目中“基于中问件的电子商务系统集成技术研究与应用”课题的 部分一电子商务业务流程管理( b u s i n e s sp r o l c e s s m a n a g e m e n t ，b p m ) 技术的 研究。 业务流程管理，是面向企业管理提供的，用以定义、修改和实现特定业务流程 的综合性技术。近几年随着电子商务的深入发展而出现的，该技术为企业管理人员 对业务处理流程的定制管理提供可视化界面，支持企业针对外界要求即时改变内部 应用系统的作用流程，促进企业i t 管理和企业经营管理的融合，以保证企业信息 应用系统更加迅速地响应市场变化。 业务流程管理的技术基础主要包括文档上作流管理( d o c u m e n tw o r k f l o w m a n a g e m e n t ) 技术和企业应用集成( e n t e r p r i s ea p p l i c a t i o ni n t e g r a t i o n ，e a i ) 技术。 其主要思想是将三层结构应用体系中处于业务逻辑层( b u s i n e s sl o g i cl a y e r ) 中的 业务逻辑和规则抽取出来，在基于工作流的环境中以图形化的界面对业务流程的不 同步骤进行管理。业务流程管理技术的实现，即为具体的业务流程管理系统 ( b u s i n e s sp r o c e s sm a n a g e m e n ts y s t e m ，b p m s ) 软件。 本课题的主要研究目标包括： 研究面向实现的业务流程建模，制定业务流程描述语言，并与国际主流标 准兼容； 研究业务流程管理系统模型，制定规范的业务流程管理系统接口； 研究业务流程引擎实现的关键技术，包括数据转换机制、会话管理和调度 机制； 华中科技大学硕士学位论文 研究可扩展、| i ，务流行管邢系统定现的戈健问题，包括时问钓审芹常钎下甲 和事务管理等； 丌发! ji 封际标准模型和接u 凰j 1 1 c 兼容的业务流程管理系统。 对于一个b p m s 软件，可靠性、可扩展性和安全性成为其是否成熟完善的衡量 指标。其中，可扩展性包括如下几个方面： 1 ) 系统是否采用开放的、具有高度可扩展性的组件技术，如基于j 2 e e 平台 ( j a v a2p l a t f o r m ，e n t e r p r i s ee d i t i o n ) 或者n e t 平台，采用企业级j a v a b e a n ( e n t e r p r i s ej a v a b e a n s ，e j b ) 、j a v a 服务器页面( j a v as e r v e rp a g e s ，j s p ) 、 可扩展置标语言( e x t e n s i b l em a r k u pl a n g u a g e ，x m l ) 、w e b 服务 ( w e b s e r v i c e ，w s ) 等技术； 2 ) 系统能否支持可扩展的流程。激烈的市场竞争和_ k 务环境的动态变化，会 引起业务流程管理的低效和不一致性，甚或灾难性破坏，企业流程常常为 了响应市场的快速变化，而作出更改或者加入新的特性，如时间约束、异 常管理、事务管理、日志管理等。b p m s 必须迅速跟上这种变化，为企业 进行商务活动降低成本，以提高企业竞争力； 3 ) 系统是否与国际业务流程管理技术相关标准兼容。 在研究业务流程建模、制定业务流程描述语言标准和开发可扩展b i z p r o 业务流 程管理系统的过程中，我们意识到现存的可扩展业务流程管理系统不多，大部分系 统都缺乏对时间约束和异常管理的支持，缺乏对动态流程变化所必须的柔性支持， 还不能满足企业的应用需求。时间约束和异常管理成为实现可扩展业务流程管理系 统的两个关键问题，它们本身的可扩展性，也直接影响到整个系统的可扩展性。由 此现状，笔者着重研究了业务流程中的时间约束和异常管理方面的问题。这些研究 成果，对提高业务流程管理系统可扩展性，确保企业动态电子商务规则的有效实施， 具有重要意义。 1 1 2 时间约束 业务流程的“时间约束”，是研究业务流程执行的时间维计划，估计活动执行 华中科技大学硕士学位论文 = i i 自_ _ t - - 口= - _ - _ - _ j _ _ t j - _ _ _ _ _ - - _ _ _ - _ - - _ _ _ _ _ - _ _ - _ _ - 一i _ _ _ _ - _ _ - - _ _ - - _ _ _ _ _ ，_ - _ - - _ - - _ _ - - _ _ 延迟、避免活动，流程违反时间约束以及时间违反的异常处理，以此提高流程管理的 效率“1 。时间约束是业务流程管理软件系统的关键部分，也是业务流程管理技术实 施复杂企业应用的一大局限。开展时间约束研究，对于完善业务流程建模、增强业 务流程管理系统软件的柔性、确保企业业务流程计划的高效执行和提高企业的竞争 力具有重要意义，而对时间约束的支持是灵活性和实用性的业务流程管理系统的基 础条件。 需要指出的是另一个概念“时序约束”( t e m p o r a lc o n s t r a i n t s ) ，它表示了 活动执行的时间层约束，常根据法律法规、业务策略来定义。时序约束注重多个活 动执行的时间先后顺序( 如活动b 应在活动a 完成后开始) ，而时间约束强调活动 的其它时间限制( 如某活动的执行延迟时限) ，它们从不同的角度描述流程管理系 统的时间管理【l l 。我们这里研究的主要为时间约束。 1 1 3 异常管理 向用户提供有用的、清楚、有意义的错误信息并能在一定程度上恢复错误，是 一个软件应用系统的任务之一，异常处理就是能够提供这服务的机制。一旦有执 行失败的情况出现，系统自动触发一个用于帮助用户发现并修复该错误的信息。 术语“错误”和“异常”经常被混用。实际上，错误是指在执行流程实例过程 中发生的事件，它中断或干扰正常流程实例的执行并创建异常对象( 包含该错误的 信息及发生的时间和位置) 。当错误中断流程实例时，流程管理系统将尝试寻找异 常处理方法( 即如何对错误做出响应) ，以帮助系统恢复或者继续执行流程实例。 换句话说，错误是一个事件，而异常是该事件创建的对象。 针对本文的目的，我们在不会产生歧义的前提下，仍然将“错误”称为“异常”， 将错误事件创建的对象称为“异常对象”。“异常管理”包括异常定义、异常触发和 异常处理三部分，它是指在业务流程建模阶段，用户为流程定义某些异常以及相应 的异常处理；在业务流程实例执行阶段，流程管理系统响应、解释和处理因错误而 产生的异常。 异常管理的重要性，有时候甚至超过了业务流程本身。业务的复杂，客户的需 华中科技大学硕士学位论文 求，快速变化的市场，使得流程需要经常变化，流程、活动出错不可避免。为了能 较好的应付动态电子商务，强大的异常处理能力必不可少。因此，b p m s 必须可以 支持多种类型异常，才能保证商务流程的数据一致性，降低企业业务流程执行成本。 1 1 4 时间约束和异常管理问题的关系 时间约束和异常管理问题在业务流程管理系统中是两个相互比较独立的问题， 但是它们之间也有直接联系。当流程实例违反了该流程中的时间约束时，业务流程 管理系统将视该流程实例出错，需由异常管理来处理该错误。也就是说，时间约束 违反后的实现依赖丁异常管理，而异常管理则可以独立丁时问约束，处理系统内其 他错误。时间约束和异常管理问题都是实现动态业务流程管理、提高企业业务流程 管理系统可扩展性的关键技术。 1 2 国际国内研究状况和进展 1 2 1b p m 技术发展概况 目前b p m s 的主要发展趋势是基于j 2 e e 平台、面向w e b 服务技术等。 基于j 2 e e 平台：j 2 e e 平台本质是一个分布式的服务器应用程序设计环境 个j a v a 环境，它通过一个运行基础框架环境和一套用来创建应用的 j a v a 扩展应用程序接口( a p p l i c a t i o np r o g r a m m i n gi n t e r f a c e ，a p i ) ，提供了 一个企业级的计算模型和运行环境，用于开发和部署多层体系结构的应用。 它通过提供企业计算环境所必需的各种服务，使得部署在j 2 e e 平台上的多 层应用可以实现高可用性、安全性、可扩展性和可靠性。它的优越性在于： 计算平台支持j a v a 语言，使得基于j 2 e e 标准开发的应用可以跨平台地移 植；j a v a 语言非常安全、严格，这使开发者可以编写出非常可靠的代码； j 2 e e 提供了企_ i 算中需要的所有服务，凡更加易用；j 2 e e 中多数标准 定义了接口，例如j a v a 命名和目录接口( j a v an a m i n ga n dd i r e c t o r y i n t e r f a c e ，j n d i ) 、j a v a 数据库连接( j a v a d a t a b a s e c o n n e c t i v i t y ，j d b c ) 、 4 华中科技大学硕士学位论文 l _ l i _ 目- _ = 日_ - _ = l j _ = i _ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ l - _ _ _ _ _ - - - - _ - _ i _ _ - _ _ _ _ _ _ _ - _ l - l _ - _ l _ _ _ _ - - j a v a m a i l 等，因此可以和许_ 彩厂商的产品配合容易得到广泛的支持；j 2 e e 树立了一个广泛而通用的标准，大大简化了应用开发和移植过程； 面向w e b 服务技术：w e b 服务是一种基于i n t e r n e t 的面向电子商务的分布 式计算体系结构，它结合了面向组件方法和w e b 技术的优势，目前已经得 到了信息技术领域的普遍认可和支持，并正在成为企业间电子商务 ( b u s i n e s st ob u s i n e s s ，b 2 b ) 的重要方法【2 l 。 我们研究开发的b i z p r o 业务流程管理系统，也应该符合这些发展趋势，建立在 这些技术之上，使之具有较好的可扩展性。我们的业务流程引擎所部署的w e b l o g i c ， 是b e a 公司的j 2 e e 应用服务器产品，该系统还采用了t o m c a t 、a x i s 等软件产品， 以完成w e b 服务的包装、部署与发布。 1 2 2 国内外相关技术标准现状及其中的时闻约束和异常管理 1 、国内外相关技术标准现状 近年随着业务流程标准的制定和业务流程技术同x m l 技术的结合，国外产生 了一些业务流程相关标准，包括业务流程管理计划组织( b u s i n e s sp r o c e s s m a n a g e m e n ti n i t i a t i v e ，b p m i o r g ) 发布的业务流程建模语言( b u s i n e s sp r o c e s s m o d e l i n gl a n g u a g e ，b p m l ) 标准和业务流程建模符号( b u s i n e s sp r o c e s sm o d e l i n g n o t a t i o n ，b p m n 麻准，i b m 公司的w e b 服务流程语言( w e bs e r v i c ef l o wl a n g u a g e ， w s f l ) 标准，m i c r o s o f t 公司的x l a n g 标准，b e as y s t e m s 公- j 、i b m 公司和 m i c r o s o f t 公司联合制定的w e b 服务的业务流程执行语言( b u s i n e s sp r o c e s s e x e c u t i o n l a n g u a g ef o rw e bs e r v i c e s ，b p e l 4 w s ) 标准，基予x m l 电子商务组织 ( e l e c t r o n i c b u s i n e s su s i n ge x t e n s i b l e m a r k u p l a n g u a g e ，e b x m l o r g ) 推出的e b x m l 业务流程标准s c h e m a ( e b x m l b u s i n e s sp r o p 七s ss p e c i f i c a t i o ns c h e m a ，b p s s ) 等， 这些描述语言都对业务流程建立了清晰的表示模型，这些模型通常以清晰地描述流 程的逻辑过程为目的，一般都不考虑实现问题。 b p m l 、b p m n ：b p m i o r g 于2 0 0 2 年1 1 月发布了b p m l 的1 。0 最终草案 5 华中科技大学硕士学位论文 和第一个b p m n 草案，使b p m l 成为第一个提供图形化的业务流程建模语 言。b p m l 提供了一个抽象模型，用于建立可执行的端对端业务流程的模 型，它针对企业业务中的诸多方面，包括多样化、复杂性、事务、事务补 偿、数据管理、同步、例外处理以及运作语义等，定义了一个能够表示抽 象和可执行流程的正则模型。b p m l 同时提供了x m ls c h e m a 形式的语法， 使得能够在异构系统和建模工具中持久化和交换流程定义； w s f l ：m m 公司的w s f l 标准，通过建立一个框架来组合现有的业务流 程和w e b 服务，在此框架内服务提供者和消费者可以共同合作实现标准业 务流程。该框架允许所有正确实现了合适的w e b 服务接口的实体来担任业 务流程中的各种角色，同时允许完整的业务流程作为活动被嵌入到其它的 流程模型中； x l a n g ：m i c r o s o f t 在推出其b i z t a l ks e r v e r 时，就为b i z t a l k 提供了定义 业务流程的x l a n g 。x l a n g 是一套以x m l 为基础的描述语言，提供了 一种方式可以描述卧同运作的应用程序和w e b 服务，j p 支持可同时运行的 予流程和长时间的事务( l o n g - r u n n i n gt r a n s a c t i o n s ，l r to 它将互相连接 的节点所需的交易消息包装起来，在流程执行的过程中传递； b p e l a w s ：m i c r o s o f t 、m m 、b e a s y s t e m s 三公司于2 0 0 2 年8 月9 日发表 了有关w e b 服务的三项新标准。这是为使利用w e b 服务的企业间的业务流 程更容易统一而制定的标准，包括用于描述业务流程的新语言b p e l 4 w s 、 处理w e b 服务的2 个业务标准“w s c o o r d i n a t i o n ”及“w s t r a n s a c t i o n ”。 b p e l 4 w s 是用x m l 描述的语言，能够定义企业内部、企业问的业务流程 ( 订货作业、业务指示、处理客户提出的问题) 如何相互协作。其中， b p e l 4 w s 是m m 的“w s f l ”和m i c r o s o f t 的“x i a n g ”的后续产品。 w s - c o o r d i n a t i o n 和w s - t r a n s a c t i o n 足有关不同企业问计算机进行高可靠性 和长持久性的w e b 服务协作的标准； b p s s ：e b x m l o r g 发布的b p s s 也是一个重要的业务流程管理规范，其目 标在于提供一个电子商务流程建模和电子商务软件组件标准之间的桥梁。 华中科技大学硕士学位论文 它提供了一些标准元素，这些元素对于定义商务合作伙伴之间的商务协作 是必需的，它还为商务合作伙伴的运行系统提供了一些配置参数，以执行 在一套电子商务软件组件之间的协作。 随着技术的发展，无论是w s f l 、x l a n g 、b p e l 4 w s 糅合原有的技术在w e b 服务时代逐步取代旧有的规范，还是e b x m l 、r o s e t t a n e t 进一步发展并融合越来越 多的w e b 服务特性，它们都会向同一个方向努力，那就是动态电子商务，强调商务 之间的协作关系，真正充分利用了i n t e r n e t 的电子商务模式。 我国目前还没有正式的业务流程相关描述建模规范，但业务流程技术的发展和 远大前景，使制定相应的标准、规范业务流程管理软件尤其重要，因此我们承担了 电子行业企业业务流程管理标准的制定项目，希望在该项目中制定的企业业务流程 管理一流程描述语言和企业业务流程管理一图形符号标准能成为目前指导国内业 务流程描述、建模的标准。 2 、国外标准中的时间约束及异常蕾理 在以上提到的一些业务流程描述、建模标准，它们制定的背景、侧重点各不相 同，因此，对时问约束和异常管理支持的程度，也各不相同( 以下涉及到的时问约 束和异常处理的分类请见本文的“2 1 3 时间约束的分类”和“3 1 3 异常的分类” 两节) 。 b p m l ：该规范制定的时间较长，它对于时间约束及异常管理的支持是这 些标准中最为详细的。在时间约束方面，它支持基本时间约束、截止期限 和时间距离约束类型的时间约束，在异常管理方面，它支持系统触发处理 级异常、用户定义触发处理级异常和系统触发、用户定义处理级异常； w s f l ：在该规范中，流程实例的运行过程中，用户可以查询流程实例的 初始化时刻和状态转移时刻的时间，可以说完全不支持流程的时间约束。 在异常管理方面，w s f l 提供了几种系统麓发处理级异常，如流程模型不 存在异常、入口消息不合法异常等。在流程运行时若系统触发了这些异常， 则发出包含了异常原因等信息的“f a u l t ”消息，再由流程管理系统进行相 华中科技大学硕士学位论文 _ _ l l _ _ _ _ _ - - - _ _ - - _ i _ _ _ l _ - _ _ - - - _ _ _ - _ _ _ _ _ _ _ _ - _ - 应的处理。w s f l 不支持另外两种类型的异常； x l a n g ：该规范定义了d e l a y f o r 和d e l a y u n t i l e 两种活动，用于在流程实 例中产生一段延时，直至延时条件变为不满足，以此来控制流程执行的延 时。这种方式利用了时序约束来达到活动延时的目的，它和异常管理结合 在一起，可以支持基本时间约柬和时间距离约束型时间约束。对于异常管 理，该规范定义了e x c e p t i o n 、p i c k 、c a t c h 、f i n a l l y 等元素来进行异常处理， 用户可以自定义少数异常类型( 如活动执行超时异常) ； b p e l 4 w s ：b p e l 4 w s 是w s f l 和x l a n g 的结合体，它的时间约束和异 常管理机制，基本延用了原来的x l a n g ，但有所改进。用户可以通过w a i t 、 p i c k 、o n a l a r m 、f a u l t h a n d l e r s 、c a t c h 、c a t c h a l l 等元素定义时间约束和异常 管理，该规范支持基本时间约束和时间距离约束型时间约束，支持系统触 发处理级异常、用户定义触发处理级异常和系统触发用户定义处理级异常； b p s s ：在e b x m lb p s s 规范巾，t i m e t o p e r f o r m 属性限制了活动运行的时 间延迟，t i m c t o a c k n o w l c d g e a c c e p t a n c e 属性限制了消息接受方发送“消息 接受确认”消息的时间延迟，t i m e t o a c k n o w l e d g e r e c e i p t 属性限制了消息 接受方发送“消息受到确认”消息的时间延迟，因此它对时间约束的支持 是很少的。该规范只定义了事务处理及补偿活动，流程出错直接导致事务 的失败，不支持异常管理。 时间约束和异常管理，对于企业业务流程是非常重要的组成部分，因此我们 b i z p r o 业务流程管理系统中的流程模型，选取了较为完善的b p m l 标准作为基本参 考。 1 2 _ 3国内外的研究现状及时问约束和异常警理方面的研究 国内对于业务流程管理系统的研究还较少，主要科研工作和产品研制集中在工 作流管理技术方面，面向w e b 服务等电子商务新技术的研究还刚刚起步。 科研方面，在国家，状三 高技术计划c i m s 主题等科技攻关计划的资助 下，在制造业自动化领域取得了显著成果，如清华大学计算机网络与协同 华中科技大学硕士学位论文 工作研究实验室承担的“i n t e m e t i n t r a n e t 下以工作流为核心的协同应用开 发环境”等。目前正结合x m l 、分布式组件计算等技术是进行后续研究； 产业方面，国内厂商已经推出了一些工作流管理系统的产品，用于办公自 动化、集成文档管理、企业资源计划( e n t e r p r i s er e s o u r c ep l a n n i n g ，e r p ) 等系统中如沈阳东软集团推小的“通用t 作流管理系统u n i v e r s a l w o r k f l o w ”等。这些产品大都符合工作流管理联盟( 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 ，w f m c o r g ) 所制订的标准，支持图形化的用户管理界面，并正 向着w e b 应用方式发展。 国外科研机构十分重视面向i n t e r n e t 的工作流管理技术方面的研究；许多公司 已经推出了b p m s 产品，并正在结合w e b 服务、x m l 等新技术进行改进。 科研方面，投入资金对i n t e r a c t 的新需求下工作流建模和处理进行研究，如 美国国家科学基金资助的工作流和进程自动化信息系统工作组、协作技术 研究组在工作流和活动的基础数学模型方面的研究；瑞士国家科学基金资 助的a n a i s o f t 项目研制一个面向电子商务的工作流交易系统 ( f e d e r a t i o n so f w o r k f l o w t r a d i n gs y s t e m s ) ； 产业方面，在各大公司推出相关技术方案中，b p m s 正逐步成为电子商务 集成解决方案中的基础设施。如i b m 在m q s e r i e s 和w e b s p h e r e 的基础上、 b e a 在w e b l o g i ci n t e g r a t i o ns e r v e r 基础上推出的b p m 产品。另外，w e b 服务与业务流程t 作流相结合已经成为共识。如m m 公司推出的w e b 服 务流程语言标准w s f l ，并在其v i s u a l a g e 和w e b s p h e r e 等产品中已经支 持w e b 服务；微软公司宣布的基于简单对象访问协议( s i m p l eo b j e c t a c c e s s p r o t o c o l ，s o a p ) 通信和w e b 服务的n e t 策略；s u n 公司推出的s u no n e 从本质上说是一个使用j a v a 来部署w e b 服务应用的方式。 与业务流程概念相似的是工作流，工作流中的时间约束，国外已经开展了相关 的研究1 3 埘1 ，国内的研究1 1 ，3 2 - 3 9 主要着重于工作流建模方法与系统实现技术，但对 业务流程管理中的时间约束和异常管理尚未进行讨论。而国外的业务流程管理系 统，绝大部分是支持系统触发处理缴异常和爿j 户定义触发处理级异常的管理。这些 华中科技大学硕士学位论文 l i _ - _ _ l i - _ - - - - _ _ 日_ _ _ - _ _ _ _ _ - _ - _ _ _ _ _ - - _ _ - - - - - _ - _ - i i _ _ _ _ _ - - _ - - _ _ - 系统中，只有少数完全符合b p m l 规范的才支持b p m l 规范中定义的时间约束， 其它的系统很少有支持的。 1 3 业务流程管理系统框架 时间约束和异常管理的设计，是基于整体业务流程管理系统框架的环境之中 的，因此有必要先简单介绍一下我们设计并开发的b i z p r o 业务流程管理系统的整体 架构和技术方案。 1 3 1 系统结构 b i z p r o 业务流程管理系统是一套基于j 2 e e 框架、面向w e b 服务的业务流程管 理系统，它将w e b 服务技术与业务流程管理技术相结合，允许业务流程中的活动通 过w e b 服务的形式来实现，同时业务流程本身也以w e b 服务的形式加以封装，提 供给外界使用，为企业提供了一种整合业务流程、集成应用系统的解决方案。其系 统结构如下图所示： 、 1 0 华中科技大学硕士学位论文 罔i - 1b i z p r os u i t 系统结构 根据业务流程的生命周期来划分，b i z p r o 业务流程管理系统可以分为创建期环 境和运行期环境两大部分。 1 3 2 系统功能 1 ) 流程建模期环境 流程建模期环境主要负责帮助_ k 务分析人员在对、i k 务流程的分析的基础i 二，将 现实世界的业务过程转化成能够被计算机处理的形式化表示。这种形式化表示，我 华中科技大学硕士学位论文 们就称之为流程模型。流程模型中一般都包含有财业务过程中的各个活动步骤的描 述、指定同这些活动相关的各种应用系统或人工操作、以及在各活动之间进行切换 的各种控制规则。流程建模过程中所定义的，实际上就是控制业务流程执行的各种 参数。因此流程建模期环境主要由一个流程建模工具及一套辅助工具集组成。这套 辅助工具集包括x m ls c h e m a 编辑工具、x m l 数据映射工具和w s d l 发布工具。 流程建模工具的流程定义功能，即实现业务流程的定义、修改、保存、删除以 及流程模型中各类对象的定义和管理，就包括了流程中的时间约束和异常管理信 息。 2 ) 流程运行期环境 对于已经定义好的业务流程，b m p s 需要提供一个安全、稳定的流程执行环境， 因此流程运行期环境主要负责处理来自企业外部的w e b 服务调用请求，实现w e b 服务请求的分析和调用，业务流程实例的执行，与企业应用系统和业务人员的交互， 以及流程实例执行情况的监控和管理等。因此流程运行期环境主要由业务流程引 擎、s o a p 代理、任务项列表控制器以及管理控制台组成。 流程引擎是b p m s 的核心部件，为流程实例的执行提供运行服务环境，是执行 企业经营过程的“业务操作系统”的内核。流程引擎主要功能就是解析、执行业务 流程，并按照逻辑的流程定义来实时地管理业务流程实例和活动实例的生命周期， 维护流程实例的控制数据和相关数据，同时提供控制、管理、监督流程实例执行情 况的接口。 我们的时间约束和异常管理信息通过流程建模工具已经包含在业务流程模型 中，流程实例执行过程斗l ，新t 程引擎需蛰解秽r 柏关信息，撇琳叫b j 约水规则棚异常 管理规则，完成流程的时间约束和异常管理。 1 3 3 系统特点 b i z p r o 业务流程管理系统的特点可以概括如下： 1 ) 动态性：商务逻辑与应用逻辑相分离，因此可以根据市场的变化、企业的 华中科技大学硕士学位论文 需求任意修改商务流程，实现流程的动态刨建与重组； 2 ) 灵活性：利用w e b 服务技术实现应用系统间的集成，对应用系统的调用采 取消息驱动的方式，能有效保持应用间的松耦合，企业可以随时加入新的 应用系统或对应用系统进行升级、更换，从而提高了系统的灵活性； 3 ) 可扩展性：系统模块化的设计方案使其不仅能与现有各种主流的电子商务 协议兼容，同时可通过的扩展实现对未来的符种协议、规范的支持； 4 ) 健壮性：系统利用了j 2 e e 平台提供的持久性管理、事务管理等系统级服务 以及持久消息队列等技术实现了流程数据的备份、恢复，流程执行过程中 的事务控制、异常处理等，确保系统在遇到突发事件或发生异常时，均能 保证流程数据的一致性； 5 ) 可移植性：系统采用基于x m l 、w e b 服务、j 2 e e 平台以及开放的i n t o r n e t 标准的技术方案，具有良好的平台独立性。 1 3 4 流程引擎 在业务沈程管理系统建模期，考虑问题的重点在于流程模型信息的完备性和建 模工具的用户友好性，而在运行期则需要考虑更多的问题，因此我们这里强调的可 扩展性，主要针对运行期环境而言，其中的核心部件，也与时间约束和异常管理问 题直接相关的为流程引擎。通过对流程引擎进行面向对象的分析和设计，我们将整 个流程引擎的结构分为流程管理器、可扩展模块和对外接口模块三部分，其结构框 图如下图所示： 华中科技大学硕士学位论文 图l 一2 流程引擎结构图 其中，时间约束和异常管理的功能分别由肘问约束管理器和异常管理器实现， 它们属于可扩展模块。可扩展模块包含两层含义：第一，从整个流程引擎的角度讲， 除去这些模块，流程引擎也能完全解析并执行流程，满足流程自动执行这一系统最 主要的功能需求，但是如今越来越多的商务规则中，都增加了时间、异常和事务的 部分，以适应复杂的市场变化需求，提高企业的信誉、竞争性等。因此虽然它们属 于可扩展模块，但对于现在的业务流程管理系统而言，却是必须的。第二，从这些 模块本身讲，它们为今后动态的商务流稷预留了接口，为企业提供了可扩展的服务。 例如，异常管理模块，可以让用户自定义异常，而且以后增加系统级异常非常的方