（计算机应用技术专业论文）基于bpel4ws的工作流引擎的研究与实现.pdf

摘要 摘要 面对当前动态多态的市场，企业之间的竞争也由过去的局部竞争演变成全球 范围内的竞争。如何敏捷地利用技术提供的可能性，及时抓住市场对新产品需求 的机遇，快速开发新产品，已成为赢得竞争的最重要的手段。通过将高素质的员 工、动态灵活的虚拟组织机构( v i r t u a lo r g a n i z a t i o n ) 或动态联盟、先进的柔性生 产技术进行全面集成，使企业能对持续变化、不可预测的市场需求作出快速反应， 由此获得长期的经济效益。工作流将应用逻辑和过程逻辑分离，可以不修改具体 功能实现而只修改过程模型来改变系统功能，从而快速应对企业信息、应用工具 和人的合理组织。 技术迅猛发展，工作流产品和技术也不断的发展和变化。如由只支持单一工 作组环境到支持企业级工作环境的分布式工作流，将工作流产品内置于企业软件 包，引入事务管理、安全管理，在工作流中融入n e t 技术、j 2 e e 技术等。但是纵 览目前的工作流技术，仍然有一些明显的缺陷，主要表现在各个开发商的工作流 产品不能互操作，对异构的分布环境支持不足，工作流建模技术不够成熟，缺乏 一个统一的规范。 w e bs e r v i c e 体系粲构基于x m l ，使用基于h t t p 的s o a p 协议，使得定义和 实现工作流变得非常自然而方便，w e bs e r v i c e s 是建立可互操作的分布式应用程序 的新平台。w e bs e r v i c e 平台是一套标准，它定义了应用程序如何在w e b 上实现互 操作性。可以用任何语言，在任何平台上写w 曲s e r v i c e ，只要可以通过w e bs e r v i c e 标准对这些服务进行查询和访问。本文采用的b p e l 4 w s ( b u 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 ef o rw e bs e r v i c e s 简称b p e d 正是基于w 曲s e r v i c e 的一种工作 流描述语言。b p e l 是i b m ，m i c r o s o f t 和b e a 联合提出了有关w 曲s e r v i c e 集 成的新规范基于w e bs e r v i c e 的业务流程执行语言 本文在分析当前工作流管理系统中存在的问题后，结合当前发展迅速的w e b s e r v i c e 、b p e l 和工作流管理的先进技术，设计实现了一个基于j 2 e e 平台、能解 析b p e l 模型的工作流引擎。并通过验证能满足企业的复杂业务流程以及各种办 公自动化领域。 摘要 工作流，工作流引擎，w e bs e r v i c e ，b p e l 4 w s ，b p e l ，x m l ，s o a p ，j 2 e e i i a b s t r a c t a b s t r a c t t h ed y n a m i cm u l t i p l em a r k e t i n gh a sc u r r e n t l yg l o b a l i z e dt h ec o m p e t i t i o n b e t w e e ne n t e r p r i s e s t h em e t h o d so ft a k i n ga d v a n t a g eo ft h ea c c e s sp r o v i d e db y a d v a n c e dt e c h n o l o g yt os e i z et h ec h a n c ea n dt od e v e l o pn e wp r o d u c t sa r eo fs i g n i f i c a n t i m p o r t a n c et ow i nt h eg a m e c o m p a n i e sc a r lr e p l ys e n s i t i v l yt ot h eu n p r e d i c t a b l ea n d c h a n g e f u lm a r k e t i n gr e q u i r e m e n t i nt h ec o n d i t i o no ft h e h i g h l yi n t e g r a t i o no f h i g h q u a l i t ye m p l o y e e s ，f l e x i b l eo r g a n i z a t i o n a n da d v a n c e d d y n a m i cp r o d u c i n g t e c h n o l o g yt oa c h i e v el a r g ee c o n o m i c a lb e n e f i ti nt h el o n gr b n w o r k f l o ws p l i tt h e a p p l i e dl o g i ca n dp r o c e d u r el o g i c ，t h ef a c i l i t yo fas y s t e mc a nb er e f i n e de a s i l yb ym e r e c h a n g eo ft h ep r o c e d u r em o d e la n dt h e s t a b i l i z a t i o no ff u n c t i o ni m p l e m e n t a t i o n ， e n s u r i n gp r o m p tr e s p o n s e t ot h e r e a s o n a b l yo r g a n i z e de n t e r p r i s ei n f o r m a t i o n ， a p p l i c a t i o nt o o l sa n dh u m a nr e s o u r c e s w i t ht h ed e v e l o p i n go fi tt e c h n o l o g y ，w o r k f i o wp r o d u c t sa n dt e c h n o l o g yk e e p g r o w i n ga n dt r a n s f o r m i n g f o re x a m p l e ，w o r k f l o wh a sc o n v e r s e df r o ms u p p o r t i n g s i n g l ew o r k g r o u pe n v i r o n m e n t t ot h ed i s t r i b u t i n ge n t e r p r i s e sw o r k i n gc o n t e x t ，t h e w o r k f l o ww a se m b e d d e di n t oe n t e r p r i s es o f t w a r ep a c k a g e ，i n t e g r a t i n gt r a n s a c t i o n m a n a g e m e n t ，s e c u r i t ym a n a g e m e n t ，i m p o r t i n gj 2 e ea n d n e tt e c h n o l o g yi n t ow o r k f l o w , e t e ，h o w e v e r , t h e r ea r eal o to fo b v i o u sd e f e c t si nw o r k f l o wt e c h n o l o g yc u r r e n t l y a v a i l a b l e i ti sm a n i f e s t e dt h a td i f f e r e n tw o r k f l o wp r o d u c tp r o v i d e db yd i f f e r e n t d e v e l o p e rc a l ln o tb ei n t e r - o p e r a t e d ，w i t hl a c ko fs u p p o r t i n gt od i s t r i b u t i n ge n v i r o n m e n t w i t hd i f f e r e n ta r c h i t e c t u r e ，t h ei m m a t u r i t yo fw o r k f l o wm o d e l i n gt e c h n o l o g ya n d s h o r t a g eo fa nu n i f o r ms p e c i f i c a t i o n u s e i n gs o a p ( s i m p l eo b j e c ta c c e s sp r o t o c 0 1 ) t h a ti s b a s e do nh t t pa s c o m m u n i c a t i o np r o t o c o l s w e bs e r v i c e sa r c h i t e c t u r ei sf o u n d e do nx m l ，w h i c hm a k e s d e f i n i t i o na n di m p l e m e n t a t i o no fw o r k f l o wv e r yc o n v e n i e n t w 曲s e r v i c ei san e w p l a t f o r mo nw h i c ha ni n t e r - o p e r a t i n gd i s t r i b u t e da p p l i c a t i o ns y s t e mc a n b ed e v e l o p e d w 曲s e r v i c ei sas e r i a ls p e c i f i c a t i o nt h a td e f i n e dh o wt h ea p p l i c a t i o ni m p l e m e n t i n t e r o p e r a t e so nw e b i tc a l lb ew r i t t e nb ya n yl a n g u a g eo ro na n yp l a t f o r mo n l yi f b e i n gq u e r i e da n da c c e s s e da c c o r d i n gt ow c bs e r v i c ec r i t e r i o n t h eb p e l 4 w s t t t a b s t r a c t ( 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 rw e bs e r v i c e s ) d i s c u s s e di n t h i st h e s i si s b 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 tw e bs e r v i c ei n t e g r a t i o n t h a tp u b l i s h e db yi b m ，m i c r o s o f ta n db e ae t c t h i st h e s i sf i r s ta n a l y z e st h ed e f e c t si nw e r k f l o wm a n a g e m e n ts y s t e mc u r r e n t l y t h e n ，aw o r k f l o we n g i n et or e s o l v eb p e lm o d e li sd e s i g na n di m p l e m e n t e da s s o c i a t e d w i t l lr a p i d l yd e v e l o p e da n dl a t e s tw e bs e r v i c e ，b p e la n da d v a n c e dw o r k f l o w m a n a g e m e n tt e c h n o l o g y t h ee n g i n ei sb a s e do nj 2 e e f i n a l l y , w ev e r i f i e dt h ee n g i n e s v a l i d a t i o nt oe x e c u t ec o m p l e xb u s i n e s sp r o c e s sa n da p p l i c a t i o ni no f f i c ea u t o m a t i o n f i e l d k e y w o r d s ： w o r k f l o w , 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 4 w s ，b p e l ，x m l ，s o a p ， j 2 e e 独创性声明 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 已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 签名：垂尘茎 日期：矽车，月日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、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。本人授权电子科技大学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应遵守此规定) 签名：匈爹t 导师签名 谭若 i 第一章绪论 1 1 工作流技术及起源 1 1 1 概念 第一章绪论 目前，针对企业或者部门的计算机应用已不仅仅停留在诸如文档处理、公文 流转以及信息发布等这些简单的业务层面上。越来越多的企业或部门要求将信息 技术的应用扩展到关键业务中。关键业务的普遍特征是：( 1 ) 企业或部门赖以生 存的；( 2 ) 业务过程往往由许多业务活动组成，业务逻辑和业务规则复杂；( 3 ) 业务的完成依赖于其中众多业务活动之间的交互和众多的业务人员的协作参与： ( 4 ) 涉及到的数据量经常是海量数据；( 5 ) 如果能将信息技术恰当地应用到这些 关键业务中，不仅仅能够提高工作效率，还可以减少出错的可能性。例如，产品 的设计和制造过程，银行的借贷和划账业务，还有商标的申请、审查和注册业务 等等，都属于相应企业或部门的关键业务。工作流技术所具有的协调本质决定了 其在关键业务的信息化过程中将扮演重要的角色。工作流是业务过程的计算模型， 即将相应的业务逻辑和业务规则在计算机中以恰当的模型进行表示并对其实施。 根据工作流管理联盟w f m c ( 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 ) 的定义：工作 流是指全部或者部分，由计算机支持或自动处理的业务过程，它根据系列过程 规则，文档信息或任务能够在不同的执行者之间传递与执行。 把计算机技术在工作流程管理中的应用称为工作流技术。应用工作流技术所 体现的形式是一个工作流平台或工作流管理系统。 工作流( w o r k f l o w ) 是业务过程的计算模型，其表示的是：对流程中的任务， 以什么样的逻辑或者规则串接起来，并以什么样的模型进行表示和计算。工作流 解决的主要问题：为实现某个业务目标，在多个参与者之间，利用计算机，按某 种预定规则自动传递文档、信息或者任务。 1 1 2 工作流的起源 从下图我们可以大致看出近4 0 多年来应用软件系统的演化历程 电子科技大学硕士学位论文 a p p ll 星 j 墨 c 力 o s u l m s 洲l | o s 图1 1 应用软件系统的演化历程 在6 0 年代，应用系统是一个个独立的程序，每个应用程序都有着自己特有的 用户界面和专门的数据存取系统，各个应用程序之间互不相干。在7 0 年代，把数 据管理部分分离出来，于是产生了数据库管理系统( d b m s ) ，应用系统大大地简化 了数据管理工作。到了8 0 年代，同样地又把用户界面部分分离出来，于是产生了 用户界面管理系统i m s ) 。通过使用u i m s ，应用程序不再过多地管理和用户的交 互功能，并且使应用程序有相似的用户界面，方便了用户使用。直到9 0 年代，工 作流管理系统作为一个通用的应用功能开始出现，用于支持业务处理，使应用开 发人员可以把业务流程从应用中提取出来 进入9 0 年代，越来越多的组织机构开始认识到需要有支持设计和执行业务流 程的高级工具。业务流程问题成为目前信息系统开发中的突出问题，要求信息系 统包含工作流管理系统也支持各种业务流程。其理由主要有四个：( 1 ) 新的管理哲学 激发了组织机构对业务流程的兴趣，如业务流程再造( b p r ) 和持续过程改进( c p i ) ； ( 2 ) 组织机构内部的业务过程数量比以前大大增加，如今的组织机构比以前提供更 多的产品和服务，并且产品和服务的生命周期也比以前大大缩短了，从而业务过 程的数量也急剧增加；( 3 ) 为了适应激烈的竞争，组织机构需要经常改变业务流程； ( 4 ) 业务流程变得更加复杂。 从工作流管理的发展历程可以看出，工作流管理的概念早在8 0 年代初就己提 出，但是由于当时计算机技术发展的限制，一直未能得到充分发展。直到最近几 年，随着计算机技术和网络技术的迅猛发展，以及伴随着市场竞争的加剧，企业 对提高生产质量、缩短生产周期等的要求强烈，使得工作流管理成为企业界和研 究领域的热门话题。种种迹象表明工作流管理将会对下代的信息系统产生重大 影响。 1 1 3 工作流的基本特征 工作流是面向业务过程的技术，这与传统的面向功能的管理技术不同 2 电子科技大学硕士学位论文 u i m s a p p l 昌 宝 o s u i m s i f l | | | o s 图i - 1 应用软件系统的演化历程 在6 0 年代，应用系统是一个个独立的程序每个应用程序都有着自己特有的 用户界面和专门的数据存取系统，各个应用程序之间互不相干。在7 0 年代，把数 据管理部分分离出来，于是产生了数据库管理系统( d s m s ) ，应用系统大大地简化 了数据管理工作。到了8 0 年代，同样地又把用户界面部分分离出来，于是产生了 用户界面管理系统( u i m s ) 。通过使用u i m s ，应用程序不再过多地管理和用户的交 互功能，并且使应用程序有相似的用户界面，方便了用户使用。直到9 0 年代，工 作流管理系统作为一个通用的应用功能开始出现，用于支持业务处理，使应用开 发人员可以把业务流程从应用中提取出来 进入9 0 年代，越来越多的组织机构开始认识到需要有支持设计和执行业务流 程的高级工具。业务流程问题成为目前信息系统开发中的突出问题，要求信息系 统包含工作流管理系统也支持各种业务流程。其理由主要有四个：( 1 ) 新的管理哲学 激发了组织机构对业务流程的兴趣，如业务流程再造( b p r ) 和持续过程改进( c p i ) ； ( 2 ) 组织机构内部的业务过程数量比以前大大增加，如今的组织机构比以前提供更 多的产品和服务，并且产品和服务的生命周期也比以前大大缩短了，从而业务过 程的数量也急剧增加；( 3 ) 为了适应激烈的竞争，组织机构需要经常改变业务流程； ( 4 ) 业务流程变得更加复杂。 从工作流管理的发展历程可以看出，工作流管理的概念早在8 0 年代初就已提 出，但是由于当时计算机技术发展的限制，一直未能得到充分发展。直到最近几 年，随着计算机技术和网络技术的迅猛发展，以及伴随着市场竞争的加剧，企业 对提高生产质量、缩短生产周期等的要求强烈。使得工作流管理成为企业界和研 究领域的热门话题。种种迹象表明工作流管理将会对下一代的信息系统产生重大 影响。 1 1 3 工作流的基本特征 工作流是面向业务过程的技术，这与传统的面向功能的管理技术不同 工作流是面向业务过程的技术，这与传统的面向功能的管理技术不同 第一章绪论 工作流反映了业务过程的自动化，描述的是可由计算机系统支持运行的业务过 程： 工作流根据业务规则将系统中的各种资源相互关联，并协调完成整个业务过 程： 1 1 4 工作流技术的优点 是实现b p r ( 核心经营过程) 的一个较好方法，对b p r 进行建模、评价、分 析和实施； 实现应用逻辑和过程逻辑分离，可以在不修改具体功能实现方式的情况下重组 模型； 1 1 5 银行取款的业务过程描述 1 填写取款单； 2 银行出纳接收取款单和客户存折； 3 检查客户信息： 1 ) 余额不足，要求重写取款单，返回步骤1 ； 2 ) 余额足够，继续进行； 4 用户输入密码： 1 ) 密码正确，继续进行； 2 ) 密码错误，重新输入；3 次错误，退出执行； 5 出纳取出相应现金，并在存折上记录； 6 将现金和存折交给客户； 3 电子科技大学硕士学位论文 i 存款余女 爿要鬻 i 客户填写l堰蛰喱型 f 取款单 k 图1 - 2 银行客户取款流程 1 2 工作流技术的现状及存在的问题 据调查显示，i ( w o r k f l o wm a n a g e m e n ts y s t e m s ) 还处于技术发展曲线 ( t c c h n o l o 影h y p ec u r v e ) 上的初级阶段。这可以和关系数据库系统( r d b m s ) 做一个 对比 喘裟篙黜器酬t r o 蚓u g 。h 删o r酬嚣搿芸盟灞 m a t u r i t y 图1 - 3 工作流v s 关系数据库 导致形成这种状况的原因之一，是在工作流中使用了过多的概念。在这个领 4 毋兰口i s 譬 第一章绪论 域中的大量规范和工具没有一个是相似的。当然，它们相互之幛】有重叠并且会相 互参考引证。 在分析和研究了国内外普遍采用的工作流管理系统后，我们归纳出以下几个 不足之处： 1 工作流管理的定义不明确以及缺乏统一的概念模型 目前工作流管理发展的状况非常类似于7 0 年代初关系数据模型和e - r 模型出 现以前数据库管理系统的发展状况，大家各持己见，没有一个统一的标准，所开 发的产品大部分相互之间不兼容，使得很多用户不愿意使用商品化的工作流管理 产品。虽然w f m c 在工作流概念和接口标准化方面作出了很多努力，但是这些标 准仅仅是停留在技术层次上，而且重点放在语法上而不是语义上。在概念层次上 至今仍没有统一的意见 2 目前的工作流产品不适用于企业级的工作流管理 目前的商品化工作流系统起源于办公自动化系统，因此工作流系统一开始只 是作为一个协同工具，是为小群体而设计的，要解决的主要问题是关于共享和协 作。而当人们发现了工作流的应用潜力，想将其运用到大型环境中时，其本身的 一些弊病就暴露出来了，如单数据库、通信支持的不足、不支持异构和分布的环 境等，至于可测量性、可靠性等，则基本上未考虑。因此，目前的工作流产品不 适用于企业级的工作流管理。 3 目前的工作流系统缺乏健壮性和可用性，没有备份机制和有效的恢复手段， 容错问题基本上没有考虑，系统对于出错的恢复弹性是极小的。一个大型的企业 级工作流管理系统可能包括有几千个用户和几十万个并行运行的过程，并且分布 在一个大型网络的几千个位置，其持续可用性就非常关键。 4 目前工作流普遍使用的是c s 系统，其结构有一定的脆弱性，服务器的错 误将导致整个工作流系统的失败。另外，集中式服务容易形成瓶颈，并因此很难 对系统性能进行测量。 5 不同的工作流产品之间缺乏互操作性。 6 部分采用c o r b a 或d c o m 实现分布式工作流引擎的系统表现欠佳 工作流管理系统是一个典型的分布式系统。许多工作流系统采用c o r b a 作 为底层支持技术，但是不同厂商的c o r b a 产品之间很难进行互操作，对于用户 电子科技大学硕士学位论文 来说，如果一旦选定某个厂家的解决方案，就很难再去使用其他厂家的产品了。 虽然o m g 在后来发布了i i o p ( i n t e r n e ti n t e r o p e r a b l eo r bp r o t o c 0 1 ) 规范，但是i o p 在效率和性能上表现欠佳。 另一种可以采用的分布式计算环境是微软的分布式组件对象模型d c o m ，它 也是一种以面向对象的方法解决异构信息源集成问题的方案。但由于它完全依赖 微软，在非w i n d o w s 平台上有很大的局限性：这和企业内部分布式的异构环境很 不协调，因此限制了它在工作流领域内的应用。 1 3w e bs e r v i c e 技术 w e bs e r v i c e s 是建立可互操作的分布式应用程序的新平台。w e bs e r v i c e 平台是 一套标准，它定义了应用程序如何在w e b 上实现互操作性。你可以用任何你喜欢 的语言，在任何你喜欢的平台上写w e bs e r v i c e ，只要我们可以通过w e bs e r v i c e 标准对这些服务进行查询和访问。 从表面上看，w e bs e r v i c e 就是一个应用程序，它向外界暴露出一个能够通过 w e b 进行调用的a p i ，是一种部署在w e b 上的对象组件。这就是说，你能够用编 程的方法通过w e b 来调用这个应用程序。我们把调用这个w e bs e r v i c e 的应用程序 叫做客户。w e bs e r v i c e 具备以下特征： 完好的封装性 w e bs e r v i c e 既然是一种部署在w e b 上的对象，自然具备对象的良好封装性， 对于使用者而言，他能且仅能看到该对象提供的功能列表。 松散耦合 这一特征也是源于对象组件技术，当一个w e bs e r v i c e 的实现发生变更的时 候，调用者是不会感到这一点的，对于调用者来说，只要w e bs e r v i c e 的调用界面 不变，w e bs e r v i c e 的实现任何变更对他们来说都是透明的，甚至是当w e bs e r v i c e 的实现平台从j 2 e e 迁移到了n e t 或者是相反的迁移流程，用户都可以对此一无 所知。对于松散耦合而言，尤其是在i n t e r n e t 环境下的w e bs e “i 而言，需要有 一种适合i n t e m e t 环境的消息交换协议。而x m u s o a p 正是目前最为适合的消息 交换协议。 使用协约的规范性 6 第一章绪论 这一特征从对象而来，但相比一般对象其界面规范更加规范化和易于机器理 解。首先，作为w 曲s e r v i c e ，对象界面所提供的功能应当使用标准的描述语言来 描述( 比如w s d l ) ；其次，由标准描述语言描述的服务界面应当是能够被发现的， 因此这一描述文档需要被存储在私有的或公共的注册库里面。同时，使用标准描 述语言描述的使用协约将不仅仅是服务界面，它将被延伸到w e bs e r v i c e 的聚合、 跨w 曲s e r v i c e 的事务、工作流等，而这些又都需要服务质量( q o s ) 的保障。其次， 我们知道安全机制对于松散耦合的对象环境的重要性，因此我们需要对诸如授权 认证、数据完整性( 比如签名机制) 、消息源认证以及事务的不可否认性等运用规范 的方法来描述、传输和交换。最后，在所有层次的处理都应当是可管理的，因此 需要对管理协约运用同样的机制。 使用标准协议规范 作为w e bs e r v i c e ，其所有公共的协约完全需要使用开放的标准协议进行描述、 传输和交换。这些标准协议具有完全免费的规范，以便由任意方进行实现。一般 而言，绝大多数规范将最终有w 3 c 或o a s i s 作为最终版本的发布方和维护方。 高度可集成能力 由于w e bs e r v i c e 采取简单的、易理解的标准w e b 协议作为组件界面描述和协 同描述规范，完全屏蔽了不同软件平台的差异，无论是c o r b a 、d c o m 还是e j b 都可以通过这一种标准的协议迸行互操作，实现了在当前环境下最高的可集成性。 1 4b p e l 4 w s 语言及其与工作流和w e bs e r v i c e 的关系 w e bs e r v i c e 自2 0 世纪末诞生以来，备受业界人士的关注。基于w e bs e r v i c e 构架企业分布式应用系统的思想在m i c r o s o f t ，i b m ，b e a 等公司的支持下得到了 迅速推广。由于w e bs e r v i c e 是一种崭新的技术，还没有形成完整的规范和成熟的 体系，目前的w e bs e r v i c e 就像是互联网上孤立的逻辑程序单元，不能很好地融合 起来。如何冲破这种孤立，进行w e bs e r v i c e 的集成，继而形成企业分布式应用系 统，成为w e bs e r v i c e 发展的一个重要的问题。为了解决这一问题，出现了一个崭 新的发展方向业务流程，它充分体现了w e bs e r v i c e 集成的思想，将不同的w e b s e r v i c e 按照指定的业务需求或功能需求联系起来实现一个更复杂的功能体。基于 业务流程开发企业分布式应用系统成为当前基于w e bs e r v i c e 开发应用系统的主流 方案。2 0 0 2 年8 月，i b m ，m i c r o s o f t 和b e a 联合提出了有关w e bs e r v i c e 集成的 7 电子科技大学硕士学位论文 新规范一一基于w e bs e r v i c e 的业务流程执行语言b p e i a w s ( b u 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 ef o rw e bs e r v i c e s ，简称b p e l 4 w s 或b p e l ) 。 b p e l 4 w s 是基于x m l 的流程定义语言，可以定义如何使业务流程相互配合。 b p e l 4 w s 的出现取代了原有的i b m 的w e bs e r v i c e 流程语言( w e bs e r v i c ef l o w l a n g u a g e ，w s f l ) 和微软的x l a n g ，它集w s f l 和x l a n g 两家之长( 前者支持 面向图形的流程，后者则支持流程的结构化构造) ，形成了一个支持以很自然的方 式实现各种类型的业务流程的规范。 b p e l 4 w s 支持两种截然不同的使用情形：实现可执行的业务流程和描述不可 执行的抽象流程。作为可执行流程的实现语言，b p e l 4 w s 的作用是将一组现有的 w e bs e r v i c e 整合起来，从而定义一个新的w 曲s e r v i c e 。 本文介绍的工作流采用b p e l 4 w s 作为建模语言。b p e l 4 w s 需要w s d l 和 s c h e m a 的支撑。他们的关系如图1 4 所示。 图l - 4b p e l 、w o r k f l o w 、w s d l 以及s c h e m a 的关系 1 5 作者的主要工作 本论文是在开放系统与中间件实验室项目( 企业综合业务系统平台) 中完成 的。作者从理论和实践两个方面对w o r k f l o w 和w e bs e r v i c e 技术进行了较为深入 的研究和探索，本论文就是作者部分研究的总结。从论文中可以看出，作者的主 第一章绪论 要工作如下： 1 本文首先介绍了工作流概念、工作流管理系统、工作流引擎。工作流引擎 是工作流管理系统的核心，工作流引擎是指工作流作为应用系统的一部分，并为 之提供对各应用系统有决定作用的，根据角色、分工和条件的不同决定信息传递 路由、内容等级等核心解决方案。 2 分析和研究w e bs e r v i c e 技术及基于w e bs e r v i c e 定义的b p e l 4 w s 业务流 程执行语言。讨论b p e l 4 w s 是解决当前工作流管理系统中普遍存在的问题的行 之有效的解决方案。 3 分析当前工作流管理系统中存在的问题，并提出合适的解决方案。 4 分析工作流引擎的工作机制，给出一个能解析b p e l 4 w s 模型的工作流引 擎的核心框架。 5 采用j 2 e e 技术实现一个b p e l 4 w s 工作流引擎的的原型模型。 6 验证本b p e l 4 w s 工作流引擎的执行情况。 1 6 本文章节安排 本文第二章简单介绍了工作流管理技术，第三章介绍了w e bs e r v i c e 技术和基 于w e bs e r v i c e 的工作流描述语言业务流程执行语言b p e l 4 w s 。介绍了利用这 种语言建立工作流模型的方法。第四章讨论b p e l 4 w s 工作流引擎的设计思路， 给出了简单的模块划分和主要类层次设计。第五章根据第四章的设计思路实现了 一个b p e l 4 w s 工作流引擎的原型。最后举例验证此工作流引擎的有效性、稳定 性和宜用性。 9 电子科技大学硕士学位论文 第二章工作流管理技术 根据负责工作流管理系统w f m s ( w o r k f l o wm a n a g e m e n ts y s t e m ) 标准化工作 的“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 ) 的定义，工作流 所要解决的主要问题是：使在多个参与者之间按照某种预定义的规则传递文档、信 息或任务的过程自动进行，从而实现某个预期的业务目标，或者是促使此目标的 实现。而工作流管理系统w f m s 的作用，就是将现实世界中的业务过程转化成某 种计算机化的形式表示，并在此形式表示的驱动下完成工作流的执行和管理。 工作流经常与“过程重组( b p r - - b u s i n e s sp r o c e s sr e e n g i n e e r i n g ) ”联系在 一起。b p r 是关于企业( 组织) 核心业务过程的评估、分析、模拟、定义以及其 后的操作实现。尽管，不是所有的b p r 都是采用工作流实现的，但工作流技术是 最佳的方法，主要因为，工作流技术提供了业务过程逻辑与i t 操作支持的分离， 从而以后可以修改过程规则来重定义业务过程。但是工作流技术并不仅仅限于 b p r 应用。 2 1 相关概念 流程( p r o c e s s ) ：是业务的逻辑或模型，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。 工作流( w o r k f l o w ) ：工作流是指全部或者部分，由计算机支持或自动处理的 业务过程。即业务过程的计算模型。 活动( a c t i v i t y ) ：是流程中的工作单元，完成某种特定的功能。 任务( t a s k 或w o r ki t e m ) ：活动实例( 活动实例的输入对象，等待活动实例进 行处理) 。 操作者( o p e r a t o r ) ：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。 工作流管理系统w f m s ( w o r k f l o wm a n a g e m e n ts y s t e m ) ：它是一个软件系 1 0 第二章工作流管理技术 统，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 工作流引擎( w o r k f l o we n g i n e ) ：3 b i 作流实例在运行时提供执行环境的软 件服务或者“引擎”。 2 2 工作流管理系统 工作流管理系统( w f m s - - w o r k f l o wm a n a g e m e n ts y s t e m ) 指运行在一个或多 个工作流引擎上用于定义、实现和管理工作流运行的一套软件。实现人机交互， 推进工作流实例的执行，并监控其工作状态。工作流管理系统可称为企业的业务 操作系统 2 2 1 工作流管理系统的功能 每个业务过程都有一个生命周期，从几分钟到几天( 甚至数月) ，由过程的复 杂性与组成活动的持续时间来决定。有多种方法实现工作流管理系统使用多种i t 和通讯组件，运行环境可以从一个小的本地工作组到企业间。因此，w f m c 参考 模型从各种角度考虑工作流管理系统，希望提供各种不同的实现技术、运行环境。 尽管实现的方法多种多样，但所有的w f m s 都表现出某种共同的特性，这为 不同产品间的集成、协同工作提供了基础。参考模型描述了工作流系统的一个公 共模型，并且指出参考模型如何能使其与其他各种不同的实现方法相关联。 在最高层，所有的w f m s 都相同的特性，即为下边的3 个功能提供支持： 1 ) 建立时期( b l l i l d t i m e ) 功能。定义、模拟工作流过程及其组成活动。建立 时期的功能负责产生业务过程的计算机化定义。在这个阶段，通过使用一个或多 个分析、建模和系统定义工具，把实际中的业务过程转变成形式的、计算机可以 处理的定义。通常把定义的结果称为过程模型、过程模板、过程元数据或者过程 定义。在本文中，称为“过程定义( p r o c e s sd e f i n i t i o n ) ”。过程定义由一系列分 散的活动、相关的计算机、人员操作、活动间控制过程进程的规则构成。可以用 文本、图形或者语言符号来表示过程定义。 2 1 运行时期( r u n t i m e ) 控制功能。在运行环境中管理工作流过程，管理不 同活动执行顺序。在运行时期，过程定义由负责创建、控制过程实例的软件所解 电予科技大学硕士学位论文 释，这个软件还要负责安排过程中各个活动的执行时间，调用适当的人员、i t 应 用程序资源等。这些运行时期的过程控制功能就象过程定义中描述的过程与现实 所见到的实际过程间的联接，反映在运行时期的与用户和i t 应用程序间的交互。 核心组件是基本的工作流管理控制软件引擎( e n g i n e ) ，引擎负责过程的创建、 删除、控制运行过程中活动的执行时间安排以及与人或应用工具资源进行交互。 引擎经常是分布在多个计算机平台上的，用来处理地理上分布的操作过程。 3 ) 运行时期与用户、i t 应用程序( 7 - 具) 的交互。在活动间转移控制、确 定过程的运行状态、调用应用工具、传递适当的数据等，都必须与过程控制软件 进行交互。制定标准的框架来支持这种交互，可以在多工作流系统中使用一致的 接口，可以开发工作于不同工作流产品中的通用应用工具。 图2 1 描述了w f m s 的基本特性，以及上述功能间的关系： 螳t 阶矬 逛计丑 凡 i 【z 图2 - 1 w f m s 的基本特性 2 2 2 工作流管理系统体系结构 尽管市场上的工作流产品是各种各样的，但是己证明可以构建一个通用的工 作流系统实现模型，这个模型可以适用于市场上的大多数产品，因此为开发协同 工作的工作流系统奠定了基础。 通用工作流系统的体系结构，如图2 2 _，【 第二章工作流管理技术 口蜊蜘r - 口乐筑“i 创豁荆 口蚪腓。：脚数j i h i h 二i 投机 图2 - 2 工作流管理系统的体系结构 工作流控制数据：标识每个过程和活动实例的状态，由工作流机直接控制。 工作流相关数据：标识过程实例状态转换条件，工作流管理系统根据它来选 择下一个活动。可以被工作流应用程序访问和修改。 工作流应用数据：由应用程序操作，是企业完成具体业务功能所需要的数据 2 3 工作流系统参考模型 目前工作流系统及声称具有工作流功能的产品不下百种，各种不同的系统类 型在所运行的环境、所应用的领域方面各有特点。但在需要多个领域交互的复杂 的环境下，种w f m s 就很难满足复杂的业务流程中的所有环节的需要，这就要 求各种不同类型的w f m s 能够遵循一定的标准实现互连和互操作，以便它们能够 被纳入一个统一的框架中，在不同的位置与领域发挥它们各自的优势和作用。正 因如此w f m c 便于1 9 9 3 年8 月成立了、 统参考模型( w o r k f l o wr e f e r e n c em o d e l ) ， 并于1 9 9 4 年1 1 月2 9 日发布了工作流系 如图2 3 ，工作流管理系统的核心是工作 磊 电子科技大学硕士学位论文 流建模和工作流运行引擎。 2 3 1 工作流执行服务 图2 - 3 工作流管理系统参考模型 工作流执行服务由1 个或多个工作流引擎组成，提供过程实例的运行环境， 功能有： 1 实例化及执行过程模型：根据初始条件和运行参数实例化，运行并管理实 例； 2 为过程和活动的执行进行导航：启动和终止实例，根据条件决定串行或并 行执行后续活动，给用户提供相关信息，启动相应应用程序； 3 与外部资源交互完成各种