（通信与信息系统专业论文）steptask工作流模型及其应用平台关键技术的研究.pdf

山东大学硕士学位论文 中文摘要 工作流技术是实现企业业务过程建模、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、提高自身竞争力的种重要手段。 工作流模型是对工作流的抽象表示，即对企业经营过程的抽象表示。它 是工作流业务建模的重要理论基础。文中主要研究和分析了工作流过程模型 建模方法，尤其是对基于活动网络图建模工作流过程模型的方法进行了研究， 提出了一种基于活动网络图的、采用两层结构建模的s t e p t a s k 工作流模 型。与其他基于活动网络图的工作流模型相比，该s t e p - t a s k 工作流模型 采用两层结构建模工作流模型，使得逻辑节点和任务节点分离，通过关系图 谱使过程逻辑和具体任务松散耦合，并利用层封装的方式，隐含实现工作流 基本形式，并实现了多种循环和跳转结构，丰富了工作流基本形式。 同时，文中对资源模型和组织模型也分别给与讨论和建模。采用文档作 为数据载体，采用开放式、自描述和可扩展的标准化标记语言x m l ( e x t e n s i b l em a r k u pl a n g u a g e ) 实现平台中文档的灵活定义，实现现实企业 与文档驱动世界的映射。文中详细分析、讨论了文档使用的各项技术。另外， 组织模型的建模参考c i m f l o w 建模原理，利用动、静态两种方式定义任务执 行人，灵活实现组织模型与过程模型的集成。 工作流管理系统是完成工作流定义、推进工作流实例执行的软件系统， 在设计实现上，本文采用分层的思想设计实现工作流管理系统体系结构。选 用j 2 e e 技术，x m l 技术使本系统具有平台无关性，更能适应当代企业发展 的需要。文中详细介绍了工作流体系的设计方案，重点讨论了工作流引擎的 设计原理和主要接口的设计实现。 最后，结合项目实例，完成了对系统的应用实现。 关键词：s t e p t a s k 工作流模型、文档技术、应用平台、物流订货实例 山东大学硕士学位论文 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 e a n di n t e g r a t et h e i rb u s i n e s s p r o c e s s e s t h e i m p l e m e n t a t i o no fw o r k f l o wt e c h n o l o g yi sa ni m p o r t a n tm e a n st os t r e a m l i n et h e b u s i n e s sp r o c e s s e s ，a n dt oi m p r o v et h ec o m p e t i t i v e n e s so f t h ee n t e r p r i s e s w o r k f l o wm o d e li st h ea b s t r a c t i o no fw o r k f l o w ；i ta l s om e a n st h ea b s t r a c t i o n o fb u s i n e s sp r o c e s s e s i ti st h em o s ti m p o r t a n tt h e o r e t i c a lb a s i sf o rm o d e l i n g b u s i n e s sp r o c e s s e s i nt h i sp a p e r , t h ew a yt om o d e lw o r k f l o wp r o c e s sm o d e l sw a s r e s e a r c h e da n da n a l y z e d s t e p t a s kw o r k f l o wm o d e lb a s e do nt w ol a y e r s ，i n t h ef o r mo fa c t i v en e tg r a p h ，w a sp r o p o s e d c o m p a r e dt oo t h e rw o r k f l o wm o d e l s ， i nt h ef o r mo fa c t i v en e tg r a p h ，t h i sm o d e la d o p t sl a y e r st oe n c a p s u l a t el o g i c c o n t r o la n dc o n c r e t et a s k a n du s e sr e l a t i o n s h i pm a pt om a k et h e ml o s ec o u p l i n g i tc a nr e a l i z eb a s i cw o r k f l o wf o r m se a s i e r ，a n dh a sm o r el o g i cs t r u c t u r e st o e n r i c hb a s i sw o r k f l o wf o r m s m e a n w h i l e ，r e s o u r c em o d e la n do r g a n i z a t i o nm o d e lw f f f ea l s od i s c u s s e da n d m o d e l e d d o c u m e n tw a sa d o p t e da st h ec a r r i e ro fd a t a x m l ( e x t e n s i b l em a r k u p l a n g u a g e ) w a su s e dt od e s i g nd o c u m e n tf l e x i b l y a n dt h er e f l e c t i o no fr e a l e n t e r p r i s e st od o c u m e n td r i v e nw o r dw a sr e a l i z e d i nt h i sp a p e r , d o c u m e n t t e c h n o l o g i e sw e r ed i s c u s s e di nd e t a i l c i m f l o wm o d e lw a sa c c e p t e dt om o d e l o r g a n i z a t i o n sa n dp a r t i c i p a n t ；b o t hs t a t i ca n dd y n a m i cw a y sw e r eu s e dt od e f i n e t a s ke x e c u t a n t s t h ew o r k f l o wm a n a g e m e n ts y s t e mi sas o f t w a r es y s t e mm a tf o c u s e st h e w o r k f l o wd e f i n i t i o na n dm a n a g e st h ee x e c u t i o no ft h ew o r k f l o wi n s t a n c e i n d e s i g nr e a l i z a t i o n ，l a y e ri d e aw a su s e dt oc o n s t r u c tw o r k f l o wm a n a g e m e n t j 2 e e a n dx m lw e r eu s e dt om a k et h i ss y s t e mc a nr u nb o t hi nw i n d o w so rl i n u x i t m e e t st h en e e d so ft h ec o n t e m p o r a r yd e v e l o p m e n t t h i sp a p e rf o c u s e do nt h e c o n s t r u c t i o no fw o r k f l o ws y s t e m ，a n dd i s c u s s e dd e e p l yo nt h ed e s i g no f w o r k f l o we n g i n ea n di t sa l li n t e r f a c e s ， f i n a l l y , as y s t e ma p p l i c a t i o nw i t hap r a c t i c a lp r o j e c tw a sr e a l i z e d k e y w o r d s ：s t e p t a s kw o r k f l o wm o d e l ，d o c u m e n tt e c h n o l o g i e s ， a p p l i c a t i o np l a t f o r m ，l o g i s t i c so r d e re x a m p l e 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不 包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研 究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明 的法律责任由本人承担。 论文作者签名：盔苎叠 日期：塑! l 生兰 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论 文被查阅和借阅；本人授权山东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，可以采用影印、缩印或其他复制手段 保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：垒辞导师签名： 山东大学硕士学位论文 1 1 课题研究背景f 1 】 第一章绪论 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一个概念，由英文单词w o r k f l o w 翻译得来。其 中w o r k 表示工作或者任务，其基本单位定义为活动；f l o w 表示流程、流动。 用活动及活动之间变化过程表示的业务流程就是工作流。 工作流模型是对工作流的抽象表示，也就是对企业经营过程的抽象表 示。工作流管理建立阶段的功能主要是完成经营过程的计算机化的定义，也 就是完成过程建模的任务。在这个阶段，利用个或多个建模方法及其相应 的建模工具，完成实际的经营过程到计算机可处理的形式化定义的转换，所 得到的定义通常可称为过程模型。由于需要在计算机环境下运行，所以，工 作流模型不仅仅能让人读懂，还要让计算机能够理解所定义的工作过程。也 正因为如此，简单的业务过程通过语言或文字就可以表达完全。无需建立明 确的模型，而描述企业经营过程的工作流则必须建立相应的工作流模型，才 能实现企业业务流程的工作流管理，尤其是对那些实现许多复杂的并行执行 流程的业务过程，只有建立它们的计算机化的模型才可能对流程的执行情况 进行有效的监控。 理想的工作流模型除了应该支持完整的工作流概念定义，为建模用户提 供定义工作流所需要的组件或元素等主要特性外，还应该能够清楚地描述任 意业务情况下的工作流，适应用户在建模过程中所提出的各种要求，即工作 流描述能力强，可以描述清楚几乎所有的业务流程类型。工作流不仅仅需要 明确地表达经营过程中活动以及活动间的关系，还要对活动间所传递的信息、 活动的执行实体、活动所需要的资源等方面进行定义，这样才能够构成一个 完整的业务过程模型。因此，人们在工作流模型中加入了描述数据、组织、 资源的相应部分，比如，工作流管理联盟【2 】就明确提出了工作流相关数据、 工作流控制数据及工作流参与者、角色等概念。为了使工作流模型在描述信 息、组织、资源上的能力更强，人们逐渐把相关的描述部分扩充为一个一个 比较完整的具有一定独立性的模型。这样，工作流模型中不仅包括描述活动 山东大学硕士学位论文 以及活动间的关系的过程模型，还包括资源模型、组织模型。但在很多文章 中，工作流模型只表示工作流过程模型。 纵观工作流的发展历程，工作流软件产品早于工作流理论研究出现。在 8 0 年代初期，在p c 机尚未作为信息处理工具出现的时候，纸张是各行各业 中进行日常业务活动所不可取代的载体，包括表单、文件、技术资料等在内 的各类与企业密切相关的文档都是以纸张的形式在各部门之间进行传递的， 这种古老的载体在信息的处理、组织、存储以及查询检索方面都是低效的。 因此，人们希望出现一种物化的、计算机使能的工作环境，于是一些公司、 企业建立了自己专用的或者可商品化的应用系统，通常运行在大型机或小型 机上，用于实现日常处理的电子化与自动化，这种系统可以看成是现代工作 流管理系统的一个雏形。 8 0 年代中期，f i l e n e t 和v i e ws t a r 等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t 3 1 。它们把图像扫描、复合文档、结构化 路由、实际跟踪、关键字索引以及光盘存储等功能结合在一起，形成了一种 全过程支持某些业务流程的集成化的软件包，这便是早期的工作流管理系统。 进入2 0 世纪9 0 年代，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以及c l 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 、o l e 、j a 、，a ) 的广泛使用，都说明 了集中式信息处理的时代已经过去，实现大规模的异构分布执行环境，使得 互相关联的任务高效运转并接受密切监督已成为一种趋势。在这种不可抗拒 的技术背景下，工作流管理技术也由最初的无纸化办公环境转而成为同化企 业复杂信息环境、实现业务流程自动执行的必要工具。这样的一个转变，把 工作流技术带入一个崭新的发展阶段。 工作流技术的标准化组织工作流管理联盟( 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 ) 于1 9 9 3 年成立【4 】，它的成立标志着工作流技术在计算机应用研究 领域之中被明确的划分出了自己的一席之地，相应的概念与术语也得到了承 认。在全球范围内，对工作流技术的研究以及相关产品的开发进入了更为繁 荣的阶段，更多、更新的技术被集成进来。市场上工作流产品日益丰富，据 统计，1 9 9 7 年市场上约有7 0 多种工作流产品在相互竞争，增长率超过3 5 p 1 。 2 山东大学硕士学位论文 纵观工作流软件产品由8 0 年代的萌芽到9 0 年代的繁荣，可以归结为三 个阶段【6 】：第一个阶段，主要为应用于某些特定领域的、相对独立的应用系 统，如图像、文档管理系统；第二阶段，主要表现为具有底层的通信基础结 构、能够实现任务协作的应用系统，如具有消息传递功能的工作流管理系统： 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。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 工作流模型的国内外研究现状 如前一节所讲，工作流模型包括三大部分：过程模型，资源模型，组织 模型。其中对工作流过程模型的研究成为其理论研究的热中之热。目前主要 的工作流过程模型建模方法有【沁 ( i ) 基于程序语言的方法，利用程序语言来描述工作流中的控制流和 数据流。例如，在m o b i l e 中，控制流用一些特定的控制元素序列组成的控 制流过程来定义【”。 ( 2 ) 基于图的方法，目前大多数工作流建模采用了该方法。基于图的 方法通常具有图形可视化化的优点。基于图的方法还可划分为如下三种：基 于活动网络图的方法、基于p e t r i 网的方法和基于s t a t e c h a r t 的方法。 基于活动网络图的方法利用有向图( d g ，d i r e c t e d g r a p h ) 【9 】来表示工作 流过程。图中的节点表示活动或任务，节点间的连接弧表示工作流中的控制 流和数据流。很多研究人员对有向图进行深入地研究。gx y a n gd o 提出的 条件有向图( c d g ，c o n d i t i o n a ld i r e c t e dg r a p h ) ，通过每一个有向弧的条件 表达式和一系列命名表达式来定义工作流模型的条件分支。l g o n g 【l l 】描述 了双路条件有向图( d c d g ，d o u b l e 。r o a dc o n d i t i o n a ld i r e c t e dg r a p h ) ，通过 限制控制节点只有一个前驱节点，两个后续节点或者只有两个前驱节点，一 个后续节点来简化过程建模。w q y a n gb 2 1 提出结构化方法建模，以有向 无循环图( d a g ，d i r e c t e da c y c l i cg r a p h ) 的形式定义四种过程模型基本建 模结构。 基于p e t r i 网的方法也是工作流建模的主要方法之一。具有图形化的界 3 山东大学硕士学位论文 面，并具有良好的数学语义。采用p e t r i 网对工作流建模的基本思想是采用、 或扩展常规的p e t r i 网，以表达工作流活动间的关系。 基于s t a t e c h a r t 的方法。s t a t e c h a r t 是对有限状态机的扩展，是一种描述、 分析复杂反应性系统的图示化手段1 1 3 , 1 4 , 1 5 】，它是由d a v i dh a r e l 提出的。其特 点是提供了深度分解和正交分解，从而提供了用户在不同的抽象层次上的描 述系统，以简化或进一步细化系统，来有效减少状态数目，避免了有限状态 机等存在状态爆炸的问题。 ( 3 ) 基于规则的方法，即利用事件条件动作规则( e c a ，e v e n tc o n d i t i o n a c t i o n ) 描述活动间的控制流关系，来源于主动数据库技术。该方法已经被 大量的工作流项目所采用。 ( 4 ) 基于逻辑的方法，基于代数的方法。d a v u l c u t l 6 l 采用了并发事务逻 辑( c t r ，c o n c u r r e n tt r a n s i t i o nl o g i c ) 来表示工作流模型。采用逻辑的一个 优点是能够表达全局约束，这些全局约束也能够用逻辑来刻画。文【l7 1 采用 l o t o s 来进行软件过程建模，其中l o t o s 是一种描述通信的进程代数。由 于软件过程与业务过程相似，这也证明了进程代数可以用来描述工作流模型。 这两种方法都具有严密的形式化语义和验证方法，但因其缺乏图示化的手段 而没有成为工作流的主要建模方法之一。 1 2 2 工作流软件产品( 1 a 8 】 工作流管理技术，在初期主要是由工作流产品开发公司推动其发展。在 世界范围内，较著名的研究机构及相应的工作流软件系统主要有： ( 1 ) i b m a l m a d e n 研究中心及其e x o t i c a f m q m 系统f 1 9 j i b ma l m a d e n 研究中心提出的基于持久消息队列的分布式系统 e x o t i c a f m q m 是一种完全分布的工作流管理系统。它基于i b m 的原有工作 流管理系统f l o w m a r k ，通过扩展其功能而实现的一个能够支持大规模复杂应 用的高性能分布式工作流管理系统。整个工作流管理系统由许多具有自治能 力的节点组成，每一个执行节点都是相互独立的，工作流过程的执行不以某 一个节点为中心，实现了完全分布。 ( 2 ) 美国佐治亚大学计算机系及其m e t e o r 系统【2 0 】 m e t e o r 是由佐治亚大学计算机系的l s d i s 实验室开发的一套工作流管理 4 山东大学硕士学位论文 原型系统，该系统采用了完全分布的体系结构，在系统中设计并实现了分布 式调度模块来完成工作流任务的最优调度。它能够支持多种操作系统，并采 用了w 曲和c o r b a 技术，为分布式环境下的互操作提供了良好的支持。 ( 3 ) 西班牙、意大利和荷兰等五国联合工作组及其w i d e 系统【2 l 】 w i d e 是由西班牙、意大利和荷兰的五个合作伙伴联合开发的工作流管理 系统。它提供了功能强大的组织模型，并且对正常活动流动过程中出现的异 常情况提出了自己独到的见解，使得系统可以灵活实现不同类型异常情况的 处理，它还通过采用主动数据库技术和事务管理技术为分布环境下的工作流 管理系统提供了先进的技术支持。 ( 4 ) 德国萨尔兰大学、苏黎士联合银行和工程研究院工作组及其 m e n t o r t 2 2 m e n t o r 是由德国萨尔兰大学、苏黎士联合银行和工程研究院合作的一项 研究项目。m e n t o r 采用状态与活动图作为模型建立的规范，为工作流模型的 定义、执行和控制提供了一个功能强大的中间件平台。 ( 5 ) 瑞士苏黎士大学及其e v e 结构 瑞士苏黎士大学计算机系的研究人员提出了一种基于事件的工作流执行 服务中间件平台体系结构，称为e v e ( e v e n te n g i n e ) ，用于集成工作流执行 过程中松散耦合的分布式功能组件。在e v e 体系结构中，工作流的执行是由 分布在网络上的代理通过相应e v e 服务器上检测到的事件来完成的。 ( 6 ) 美国达特茅斯大学计算机系及其d a r t f l o w 系统【2 4 】 d a r t f l o w 是该大学计算机系开发的一种基于可移动代理的工作流系统。 所谓“可移动代理”是一段可以在自身的控制下由异构网络系统中一台机器转 移到另外一台机器上运行的程序，也就是说，可移动代理能够在执行到某一 点时挂起自身程序，将代码传递到另外的网络节点上去继续执行。它较好地 解决了般工作流系统所欠缺的柔性、自适应性、规范性等问题。 相对而言，国内对工作流的研究起步较晚【1 8 】。清华大学首先展开了对工 作流技术的研究。吴澄院士和范玉顺教授以c i m s ( c o n t e m p o r a r yi n t e g r a t e d m a n u f a c t u r i n gs y s t e m s ，现代集成制造系统) 的研究为契机，就工作流技术 的理论基础、工作流建模与仿真、工作流引擎的执行与效率分析、工作流管 理系统的实现等，展开了工作流技术在c i m s 应用上的研究，并实现了基于 5 山东大学硕士学位论文 w e b 和c o r b a 的工作流管理系统。 愈来愈多的院校和科研机构的重视， 之。 1 3 现存问题 随着研究的深入开展，工作流技术得到 己逐渐成为当前计算机领域的研究热点 经过工作流产品供应商和工作流研究人员十多年的不懈努力，工作流技 术由最初的萌芽逐步发展起来，取得了相当的成果，但从工作流系统的实际 应用状况来看，还远未达到人们所期待的水平。在工作流管理系统开发最初 阶段由于缺乏统一的标准以及限于当时软件支撑技术的水平，导致不同公司 的工作流管理系统在功能上以及所采用的支撑技术、开发技术和接口上都呈 现出非常大的不同，这是导致工作流管理系统存在问题的主要原因之一。目 前工作流管理系统的应用虽然随着各种各样采用新技术的系统的推出得到越 来越广泛的应用，但是总得来说工作流管理系统的应用还是处于一个非常谨 慎的状态。总结的说，产生这种状况的原因主要有以下几点【l j ： ( 1 ) 标准化程度差：不同的厂商所提供的工作流产品具有自己独立的 一套工作流模型、工作流定义语言以及a p i 函数。在缺乏标准的情况下，用 于一旦选定一种产品后，就很难在过渡到其他同类产品上，并且不同的系统 间缺乏互操作接口。 ( 2 ) 底层通信基础结构支持：工作流管理系统必须要建立适当的底层 通信基础之上，以便实现执行工作流所需要的分布计算环境。比如，c o r b a 、 d c o m 和j 2 e e 都是可以选择的，但是，就目前能够实现分布计算环境的产 品来看，它们在实际应用中仍然显得不够成熟，在安全性，容错性、可靠性 等方面不能满足企业的需求，而且在价格上也给企业造成一定的负担。企业 若想部署工作流管理系统，还必须要格外付出经费与精力去构筑底层环境， 这种情况是企业所不希望的，实际上它也限制了工作流管理系统在企业的广 泛应用。 ( 3 ) 性能问题。目前大多数工作流产品无法满足企业对每天处理上万 个、甚至每小时处理几千个业务的需求，对大规模业务的负担无法胜任。 ( 4 ) 系统可靠性。目前的工作流管理系统对系统运行中出现的并发访 问和异常错误缺乏正确和可靠的支持，工作流在执行过程中出现非正常中断 6 山东大学硕士学位论文 时，如何恢复数据并保持数据的一致性也是需要解决的问题。 ( 5 ) 工作流技术尚不成熟：在工作流模型描述方面，缺乏一种能够支 持过程定义、过程演进以及过程分析的形式化数学模型。在工作流执行方面， 缺乏一个标准化的集成框架来支持对企业常用的分布式应用的集成。 1 4 工作流技术的未来发展方i 句1 1 , 1 8 , z 5 j 在工作流技术应用日益得到重视的今天，对工作流技术的研究也是在向 更深层次进行。工作流技术研究的主要方向有两个：一是为工作流技术的发 展解决理论上存在的问题，探讨工作流模型和语义形式化表示方法等；二是 从工作流技术实现的角度探讨利用先进的计算机技术提高工作流管理系统的 性能和可靠性。工作流技术研究的主要发展方向为： ( 1 ) 过程模型理论与建模方法 在工作流过程定义研究方面，现有工作流系统的模型对企业应用描述能 力不足。过程模型理论与建模方法研究内容主要包括如何清晰、准确地表示 实际应用中的过程，如何在模型定义中准确体现分布式环境的特点，如何以 形式化的方法表示过程定义，以及如何建立相应的形式化理论体系。 ( 2 ) 分布式工作流 企业环境的进一步网络化使得工作流的分布执行成为必然，1 2 2 节所述 的几种分布式工作流管理系统虽然提供了各具特色的解决方案，但是对于许 多问题还是要更深入的研究，如过程实例如何分布到各工作流引擎、分布式 环境下的可靠性、系统的效率和容错性等，这些问题的解决对于提高工作流 管理系统的性能具有重要的意义， ( 3 ) 分布环境中的应用集成问题 工作流管理系统的目标之是实现各种资源的集成，包括应用资源和人 力资源。为了使工作流管理系统得到有效应用，如何集成分布环境中的各种 资源，是一个必须要解决的问题。耳前的w e b s e r v i c e 技术为网络应用的集成 提供了一种解决方案，而工作流管理系统和w e b s e r v i c e 技术的结合又为这一 问题的解决提供了一种新的思路。 ( 4 ) 面向复杂、动态企业应用的工作流管理系统 企业对工作流技术的需求日益增加，企业业务过程趋向更加复杂和多 7 山东大学硕士学位论文 变，使得目前的工作流技术和产品还难以支持复杂、动态的企业应用，并且 为了在企业业务中得到有效的应用，工作流管理系统本身还需要与企业已有 的系统实现集成，因此，支持复杂、动态企业应用和应用集成的工作流管理 系统将会得到充分的重视和长足的发展。 1 5 课题来源及本文主要工作 本论文是依托山东省企业和山东大学合作项目“基于完全文档驱动模型 的分布式工作流平台”迸行的，主要提出并完成了s t e p - t a s k 工作流模型 及基于j 2 e e 的分布式工作流平台。具体工作包括： ( 1 ) 研究了各种工作流模型建模的原理。深入研究了基于活动网络图 方法建模工作流过程模型。 ( 2 ) 提出了基于两层结构建模工作流过程模型。设计了s t e p t a s k 工 作流过程模型。详细介绍了其建模原理、建模约束以及验证过程。 ( 3 ) 提出了文档驱动世界概念。实现了现实世界与文档驱动世界的映 射。深入研究了工作流平台中文档使用的各种技术。 ( 4 ) 研究了x m l 技术。利用x m l 技术设计实现了工作流平台中使用 的电子文档。文中详细介绍了x m l 格式文档设计和文档解析原理。 ( 5 ) 研究了c i m f l o w 的组织模型。利用其建模原理，整理s t e p t a s k 系统中的人员、岗位、部门信息，实现动、静态两种方式灵活定义任务执行 人。 ( 6 ) 研究了分布式平台j 2 e e 的开发体系。深入研究分布式计算的体系 结构，对j 2 e e 的各项关键技术在开发分布式系统中的作用进行了详细分析， 其中重点是服务器端分布式构件体系e j b 及其应用的研究。 ( 7 ) 提出了基于j 2 e e 架构实现分布式s t e p - t a s k 工作流平台体系结 构。文中给出了平台的整体设计框架，并介绍了各层的设计方案。 ( 8 ) 完成了基于e j b 技术的工作流引擎设计。包括引擎整体结构和主 要接口类的设计。 1 6 论文的结构 本文共分八章： 8 山东大学硕士学位论文 第一章绪论 本章简要说明了研究工作流模型的目的、工作流模型及其软件产品的国 内外进展情况、存在的主要问题及未来发展方向等。 第二章工作流相关技术 本章一方面阐述了工作流技术的基本理论基础。包括工作流基本概念， 工作流管理系统的定义及参考模型，另一方面对分布式工作流管理系统的支 撑开发平台j 2 e e ，服务器端分布式构件体系e j b ，以及用于设计文档的x m l 技术进行了阐述。 第三章s t e p t a s k 工作流过程模型 本章在参考前面章节对基于活动网络图建模工作流方法的研究基础上， 提出了基于两层结构实现工作流过程模型建模。文中详细讨论了s t e p - t a s k 模型的建模原理、建模约束，并分析了模型的特点，最后给出了模型验证。 第四章s t e p t a s k 工作流模型中文档技术的研究 本章提出了文档驱动世界的概念，实现了现实企业环境与文档驱动世界 的映射，文中从文档设计、文档解析、文档传输技术、文档安全技术等方面 对s t e p t a s k 工作流模型中文档的使用技术给与详细讨论。 第五章组织模型 本章介绍了c i m f l o w 组织模型建模原理，利用其建模s t e p t a s k 工作 流平台中的组织人员，通过动、静态两种方式灵活实现组织模型与过程模型 的集成。 第六章s t e p t a s k 工作流平台的设计与实现 本章在对工作流管理系统的研究基础上，提出了基于j 2 e e 的 s t e p t a s k 工作流平台的体系结构和数据库的设计，并详细讨论了平台核心 工作流引擎的设计方案。 第七章s t e p t a s k 工作流平台应用实例 本章在参考前面章节在基于j 2 e e 的s t e p t a s k 工作流平台的研究和设 计基础上，结合项目实例，完成了对系统的应用。 第八章总结与展望 本章总结了全文的研究工作，并给出了系统本身需要完善和深化部分。 9 山东大学硕士学位论文 第二章工作流相关技术 2 1 工作流管理系统理论基础 2 1 1 工作流基本概念 工作流管理联盟的规范定义是：t h ea u t o m a t i o no fab u s i n e s sp r o c e s s ，i n w h o l eo rp a r t ，d u r i n gw h i c hd o c u m e n t s ，i n f o r m a t i o no rt a s k sa l ep a s s e df r o mo n e p a r t i c i p a n tt oa n o t h e rf o ra c t i o n ，a c c o r d i n gt oa s e to f p r o c e d u r a lr u l e s 哆 即：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 】。 2 1 2 工作流管理系统定义 工作流管理系统指运行在一个或多个称为工作流机的软件上的用于定 义、实现和管理工作流运行的一套软件系统，它和工作流执行者( 人、应用) 交互，推进工作流实例的执行，并监控工作流的运行状态2 6 】。它是一个软件 系统，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。 工作流管理系统一般提供3 种功能： ( 1 ) 建立阶段功能：主要考虑工作流过程和相关活动的定义和建模功能。 ( 2 ) 运行阶段的控制功能：在一定的运行环境下，执行工作流过程，并完 成每个过程中活动的排序和调度功能。 ( 3 ) 运行阶段的人机交互功能：实现各种活动执行过程中用户与应用工具 之间的交互。 2 1 3 工作流管理系统参考模型 1 9 9 3 年8 月成立的工作流管理联盟，其主要职责是负责w f m s 的标准 化工作。1 9 9 4 年1 1 月2 9 日，工作流管理联盟发布了工作流管理系统参考模 1 0 山东大学硕士学位论文 型( w o r k f l o w r e f e r e n c e m o d e l ) 1 2 7 。它详细描述了工作流管理系统的有关概 念，并在此基础上给出了w f m c 的各主要组成部分、各部分的功能及相互 之间的接口。如图2 1 所示。各部分功能如下： 作 流 管 理 工 过程定义工具 历 工作流执行服务ii 其它工作流执行服务 接口5 l 厂l 接口4 工作流引； _ ji匠作流引擎 接1 0 2 l i 工作漉 1 客户应用 i 接r a 3 i 作流引擎i 直接调用的l 应用 图2 1 工作流管理系统参考模型 ( 1 ) 过程定义工具 主要功能是提供用户一种对实际过程进行分析、建模的手段，并生成业 务过程的可被计算机处理的形式化描述( 过程定义) 。 ( 2 ) 工作流执行服务与工作流机 工作流执行服务由一个或多个工作流机( 工作流机又称工作流引擎， w o r k f l o we n g i n e ) 组成，它提供了过程实例执行的运行环境，借助于个或 多个工作流引擎来激活过程定义的全部或部分，并同外部的应用程序进行交 互来完成工作流过程实例的创建、执行与管理，如过程定义的解释、过程实 例的控制( 创建、激活、暂停、终止等) 、活动实力间转换的控制、维护工 作流控制数据和工作流相关数据、支持用户操作接口等等，为工作流程的进 行提供一个运行的环境。 ( 3 ) 工作流客户应用 完成用户操作工作流管理系统分配的任务或者活动功能。它由工作流任 务表管理器和用户操作共同完成。 ( 4 ) 工作流管理工具 能够对工作流在整个组织内的流动状况进行监视，并提供一系列管理功 山东大学硕士学位论文 能，实现安全性、过程控制和授权操作等方面的管理。 用户管理、角色管理、资源控制、监控管理等。 ( 5 ) 各接口功能 接口l ，工作流服务和工作流建模工具间的接口， 释和读写访问。 典型的功能范围包括 包括工作流模型的解 接口2 ，工作流服务和客户应用之间的接口，这是最主要的接口规范， 它约定所有客户方应用和工作流服务之间的功能访问方式。 接口3 ，工作流引擎和直接调用的应用程序之间的接口。 接口4 ，工作流引擎之间的互操作接口。 接口5 ，工作流引擎和工作流管理工具之间的接口。 2 2j 2 e e 平台技术 2 2 1j 2 e e 平台概述 2 8 , 2 9 , 3 0 , 3 1 】 j 2 e e ( j a v a 2p l a t f o r m ，e n t e r p r i s e e d i t i o n ) 是由s u n 公司推出的企业级计 算平台，它为于分布式的和基于组件的软件开发提供一个“操作系统”。其体 系结构共包括四层，分别如下： 客户层，在j 2 e e 中，客户层已经变得十分简单。它所要实现的功能只 是提交用户请求，并显示服务器处理的结果。客户层可以是一个浏览器软件， 也可以使开发的客户端软件。 w e b 层，也成为表述层，因为它描述了将要发送到客户端浏览器的内容 是如何显示的。w e b 层的组件要运行在w e b 服务器上，它会根据客户端发送 过来的请求进行处理，然后将结果以h t m l 文件的方式发送给客户端。客户 端浏览器会根据发送回来的h t m l 文件，将结果显示在浏览器窗口中。 业务层，业务层是j 2 e e 体系结构的核心部分，所有与应用系统相关的 业务逻辑都在这一层中实现。在j 2 e e 中实现业务层功能的组件是e j b ，它 使用固定的组件结构将业务逻辑封装在组件中。 e i s 层，也就是数据层，它是整个应用系统处理数据的源泉。一般情况 下，这一层就是一个关系数据库，也可能使企业原有的一个信息系统。在j 2 e e 中，提供数据库访问功能的是j d b c a p i 。通过这些应用程序接口，程序可以 山东大学硕士学位论文 轻松访问各种关系数据库。 2 2 2 e j b 技术简介 a 2 , a a , 3 4 , 3 5 1 e j b ( e n t e r p r i s ej a v a b e a n ) 是j 2 e e 平台的核心技术，它是用于开发和部 署多层结构的、分布式、面向对象的j a v a 应用系统的跨平台的构件体系结构。 它是一组符合定义规则并提供特定回调方法的j a v a 类和多个l 部署描述文 件合并到一个单元中的产物。业务逻辑是一个商务软件的核心内容，要想高 效地实现商务软件的功能就必须设计好它的业务逻辑容。e j b 组件就用于封 装业务逻辑，使开发人员无需再担心数据访问、事务处理、安全性、高速缓存 和并发等琐碎任务的编程。使用e j b 结构编写的应用程序具有可扩展性、交 互性，以及多用户安全特性。这些应用只需写次，就可以发布到支持e j b 规范的服务器平台上。 e j b 共有3 种类型：会话b e a n 、实体b e a n 和消息b e a n ，各自有不同 作用。 会话b e a n ( s e s s i o nb e a n ) 是实现业务逻辑的主要组件，它不是持久性 组件，只存在于客户进行会话的过程中，但在j 2 e e 中的地位却十分重要。 会话b e a n 是客户在j 2 e e 服务器中的代理，客户通过激活会话b e a n 来远程 访问服务器上提供的各种服务。会话b e a n 代表与客户端的短暂对话，可以执 行数据库读写。会话b e a n 可以请求j d b c 调用本身，也可以使用实体b e a n 执行调用，这时会话b e a n 是实体b e a n 的客户端。当用户结束了与服务器 的会话时，会话b e a n 即被服务器回收，不再与客户关联。由于会话b e a n 的 存在，使客户端的代码大为简化，许多原来需要由客户端程序完成的工作， 现在全部可以放在会话b e a n 中，而客户只需调用它们就可以了。 实体b e a n ( e n t i t yb e a n ) 表示数据库中的数据以及作用于数据的方法。 实体b e a n 是事务处理型和持久的，只要数据存在于数据库中，实体b e a n 就 存在。一个实体b e a n 对象中的数据是与数据库中的一条记录相对应的，所 以实体b e a n 的作用实际上就是将关系数据库中的记录读入到对象中，以方 便程序对数据的处理。 消息b e a n ( m e s s a g ed r i v e nb e a n ) 用于听取j a v a 消息服务的输入消息。 它没有向客户端提供公开的接口，主要用于已有应用系统问的相互通信。 1 3 山东大学硕士学位论文 e j b 的组成分为远程e j b 和本地e j b 。远程e j b 是由远程h o m e 接口、 r e m o t e 接口、e n t e r p r i s e b e a n 和部署文件四部分组成的。而本地e j b 是由 本地h o m e 接口、l o c a l 接口、e n t e r p r i s eb e a n 和部署文件四部分组成的。 h o m e 接口声明了创建e j b 所需要的方法，包括创建、查找和删除e j b 对象 的方法。r e m o t e 接口和l o c a l 接口则声明了实现业务逻辑的方法。h o m e 接 口、r e m o t e 接口和l o c a l 接口中的方法都将开放给客户调用，而e n t e r p r i s e b e a n 类则说明了接口中声明的方法应该如何实现，并定义了供容器回调的 方法。部署描述文件用来向容器声明e j b 组件如何部署到容器中去，以及 e j b 组件希望容器为组件提供哪些服务，由x m l 文件构成。 适合于构造功能复杂的企业级w e b 应用系统的e j b ，特别是e j b 技术 的使用实现了业务逻辑的封装，使多层体系结构模型在分布式应用中发挥出 极大作用。 2 3x m l 3 6 , 3 7 , 3 8 】 由于i n t e r n e t 和w w w 技术的普及，h t m l 可以说无处不在，但随着 w e b 的应用越来越广泛和深入，h t m l 过于简单的语法严重地阻碍了复杂形 式的表现，而采用s g m l ( s t a n d a r dg e n e r a lm a r k