【文章內(nèi)容簡介】 不會導致 應用軟件做大面積 的 改變， 是本文研究的一個重要問題。 與課題相關國內(nèi)外研究進展及成果 工作流技術綜述 工作流 起源于 辦公自動化領域， 它是針對日常工作中具有固定程序的活動而提出的一個概念 [1]。提出的目的是通過將工作分解成定義良好的任務、角色，按照一定的規(guī)則和過程來執(zhí)行這些任務并對它們進行監(jiān)控，達到提高辦事哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文 2 效率、降低生產(chǎn)成本、提高企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營管理水平和企業(yè)競爭力的目標。 工 作流的標準化工作也取得了一定的進展，目前工作流的規(guī)范主要有： 工作流管理聯(lián)盟 (Workflow Management Coalition, WfMC)提出的參考模型和XPDL 規(guī)范 ， OMG 提出的 Workflow management facility，微軟、 BEA、 IBM等聯(lián)合提出的 BPEL， ebXML39。s BPSS 等等。其中以 WfMC 的貢獻最為突出，WfMC 是 在 工作流 領域 中 第一個致力于標準化工作的 組織 ， 創(chuàng)建于 1993 年 。 WfMC 發(fā)布的參考模型定義了 工作流管理系統(tǒng) 和其他相關部分之間的接口 ，WfMC 的另一項成果 XPDL 規(guī)范定義了描述 工作流 聲明部分的 XML 結構。 目前在國內(nèi)外， 參考模型和 XPDL 被大多數(shù)學者和企業(yè)認為是 目前最好的規(guī)范。 由于研究工作流的組織和機構非常龐大，導致了 工作流的定義 也存在多種 。 WfMC 對工作流的定義為： 工作流是一類能夠完全或者部分自動化執(zhí)行的經(jīng)營過程，它根據(jù)一系列過程規(guī)則，文檔、信息或任務能夠在不同的執(zhí)行者之間進行傳遞與執(zhí)行 [2]。 Geakopoulos 給出的工作流定義 是將一組任務組織起來完成某個經(jīng)營過程 。在工作流中定義了任務的觸發(fā)順序和觸發(fā)條件，每個任務可以由一個或多個軟件系統(tǒng)完成 ，也可以由一個或一組人完成，還可以由一個或多個人與軟件系統(tǒng)協(xié)作完成。任務的觸發(fā)順序和觸發(fā)條件用來定義并實現(xiàn)任務的觸發(fā)、任務的同步和信息流的傳遞 [3]。 IBM Almaden 研究中心給出的工作流定義 為 ： 工作流是經(jīng)營過程的一種計算機化的表示模型，定義了完成整個過程所需用的各種參數(shù)。這些參數(shù)包括對過程中每一個步驟的定義、步驟間的執(zhí)行順序、條件以及數(shù)據(jù)流的建立、每一步驟由誰負責以及每個活動所需要的應用程序 [4]。 而 工作流管理系統(tǒng)是 一個軟件系統(tǒng)，它完成工作流的定義和管理，并按照在計算機中預先定義好的工作流邏輯推進 工作流實例的執(zhí) 行 [5,6]。 工作流管理系統(tǒng)在最高層上可表現(xiàn)為提供三個功能塊的支持 [7]： (1)系統(tǒng)創(chuàng)建時間功能 工作流過程及其組成活動的定義和建模。 (2)系統(tǒng)運行時間的控制功能 在其運行環(huán)境中管理工作流過程，并連續(xù)地處理組成一個過程的各活動。 (3)系統(tǒng)運行時間 功能 用戶與處理各活動步驟的 外部應用程序或者 IT 應用工具之間的交互。 哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文 3 現(xiàn)有的工作流 建模方法 及存在問題 模型是用文字、圖形、圖表、符號關系式以及實體模樣等描述所認識到的客觀對象的一種簡化表示形式。它是人們?yōu)榱搜芯亢徒鉀Q客觀世界中存在的各種問題 而對客觀現(xiàn)實經(jīng)過抽象思維后得到的 [8]。 工作流模型是對工作流的抽象表示，也就是對業(yè)務過程的抽象表示。工作流管理建立階段的功能主要是完成經(jīng)營過程的計算機化的定義，也就是完成過程建模的任務 [9]。由于需要在計算機環(huán)境下運行，所以，工作流模型既要讓人讀懂，也要讓計算機能夠讀懂并能解釋所定義的業(yè)務過程。也正是因為如此，簡單的業(yè)務過程通過語言或文字就可以表達完全，無需建立明確的模型，而描述企業(yè)經(jīng)營過程的工作流則必須建立相應的工作流模型才能實現(xiàn)企業(yè)業(yè)務流程的工作流管理，尤其是對那些實現(xiàn)許多復雜的并行執(zhí)行流程的業(yè)務過程 ，只有建立它們的計算機化的模型才可能對流程的執(zhí)行情況進行有效的監(jiān)控。 現(xiàn)今的 工作流建模方法主要有基于活動網(wǎng)絡、 Petri 網(wǎng)、語言行為理論、活動與狀態(tài)圖以及擴展事務模型的建模方法。大多數(shù)工作流研究都是從描述過程開始的，比如流程圖、狀態(tài)圖、活動網(wǎng)絡圖以及 Keller 等人提出的 事件過程鏈模型 (Eventdriven Process Chain, EPC)等等。 基于 XML 的典型業(yè)務過程定義語言是 BPMI 維護的 BPML， 其他類似的語言還包括： BPQL、 WSFL、XLANG、 BPEL、 WSCDL、 XPDL 等。 基于活 動網(wǎng)絡的建模方法是以活動和活動之間的關系為基礎 對 工作流 進行建模。這種 方法的 優(yōu)點 是直觀 并且 易于理解 ，因此 目前 很多 工作流管理系統(tǒng)都采用這種方法 建立工作流模型 。 這種方法的缺點是其相關理論研究 偏少，因為這種方法強調(diào) 了工作流墨西哥能的 直觀性和易理解性，而直觀性和易理解性通常與系統(tǒng)的具體實現(xiàn)關系密切 [10,11]。 Petri 網(wǎng)是完全形式化的，可以對模型進行準確的判斷和分析，非常易于計算機理解和自動實現(xiàn)。因此基于 Petri 網(wǎng)的工作流建模和分析得到了廣泛的發(fā)展。但基于 Pertri 網(wǎng)的工作流模型有著模型不直觀的缺點，導致了 其不易被非專業(yè)人員理解和溝通 [12~15]。 基于狀態(tài)和活動圖的建模方法是一種介于 Petri 網(wǎng)模型和圖形化模型之間的建模方法。這種方法的優(yōu)點是易學習和易理解，并且比圖形化模型容易驗證和實現(xiàn)。缺點是可視性效果和可理解性較差，模型驗證工作也比基于 Petri 網(wǎng)的建模方法復雜 [16]。 基于事務模型的建模方法 來源 于數(shù)據(jù)庫研究領域，事務處理對于維護數(shù)據(jù)哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文 4 庫的正確性、一致性和出錯恢復都具有重要意義 [17~19]，在工作流模型中引入事務概念可以提高工作流管理系統(tǒng)的可靠性。 基于語言行為理論的建模方法 [20]是 從客戶方和服務 方之間的語言行為交互上對工作流進行建模， ActionFlow 就是采用語言行為理論的工作流模型。 工作流引擎綜述 及 其不足 工作流引擎是一個為工作流實例的執(zhí)行提供運行服務環(huán)境的軟件，它是工作流執(zhí)行服務的核心，是執(zhí)行企業(yè)經(jīng)營流程的“業(yè)務操作系統(tǒng)”的內(nèi)核。工作流引擎主要提供兩類工作流執(zhí)行服務：一類是負責響應來自工作流管理器接口的所有消息，這種工作流執(zhí)行服務是常駐的；另一類負責維護各自的流程實例的執(zhí)行，這種服務則是隨著流程實例的產(chǎn)生而開始，隨著流程實例的結束而終止的 [1]。 目前工作流引擎產(chǎn)品數(shù)量相當多，其中有軟件制 造商所提供的商業(yè)產(chǎn)品，也有一些由個人或自由組織所發(fā)起的開源項目?？梢詮?四 個方面進行分類 [2]： 按工作流模型分析 ， 根據(jù)工作流引擎支持的工作流模型，可將其分為符合XPDL 和不符合 XPDL 的。前者的商業(yè)產(chǎn)品代表有 Action Technologies ActionWorks Metor、 IBM Websphere MQ Workflow、 SAP Business Workflow 等著名軟件 。 開源的主要有 Shark 等。后者現(xiàn)在主要包括了一些使用 BPEL 的產(chǎn)品。 按應用級別分 類 ， 可將工作流引擎分為嵌入式工作流引擎和 獨立式工作流引擎。嵌入式工作流引擎不能單獨運行，只能嵌入到系統(tǒng)內(nèi)部作為系統(tǒng)的一個組件運行。而獨立式工作流引擎可單獨存在，并且對遠過程調(diào)用等都提供統(tǒng)一支持。嵌入式工作流引擎的一個代表是開源工作流引擎 OSWorkflow，它可看作是一個嵌入在系統(tǒng)內(nèi)部的有限狀態(tài)機，簡單靈活。 按實現(xiàn)框架分類 ， 又可將工作流引擎分為基于關系數(shù)據(jù)庫的、基于 .的、基于 J2EE 的、基于 CORBA 的等等。 按代碼是否開源分類 ， 可將工作流引擎分為開源工作流引擎與商業(yè)工作流引擎。前者的主流代表主要有 Shark、 jBPM 和 OSWorkflow 等。后者的主要代表有國 內(nèi) 的 西安協(xié)同、中唐、有生博大、東方易維等 。 分析現(xiàn)在的工作流引擎主要存在 如下四點問題 。 (1)沒有通用的工作流引擎 現(xiàn)今的工作流引擎產(chǎn)品大多數(shù)都限定在一個具體的領域 ，沒有一個適合所有領域的產(chǎn)品。 哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文 5 (2)所支持的工作流模型種類繁多 由于工作流模型沒有統(tǒng)一的標準，盡管WfMC 制定了統(tǒng)一的 XPDL 規(guī)范，但仍有很大數(shù)量的工作流引擎所執(zhí)行的工作流模型不是符合 XPDL 規(guī)范的，比如支持 Petri 網(wǎng)等。 (3)內(nèi)部執(zhí)行機制各不相同 由于工作流引擎輸入的模型不盡相同，也導致了各種工作流引擎的內(nèi)部 執(zhí)行機制各不一樣，有的采用 Petri 網(wǎng)的令牌機制，有的則采用了有限狀態(tài)機的執(zhí)行方法。 (4)可集成程度差 工作流引擎不可避免得需要與外部應用程序進行交互。當工作流引擎作為嵌入式工作時，使得工作流引擎與所嵌入的系統(tǒng)是緊耦合的 。 而如果作為獨立式工作時，工作流引擎與原先的企業(yè)業(yè)務系統(tǒng)的集成是一個很大的挑戰(zhàn)。 MDA 的發(fā)展 OMG 在 20xx 年 初宣告了模型驅動構架 (Model Driven Architecture, MDA)為它的戰(zhàn)略方向 。 MDA 以計算機可以理解的模型為中心，把軟件開發(fā)提升到更高一級的抽象級別 —— 模型級別 ， 從而達到分離問題與業(yè)務邏輯和具體實現(xiàn)平臺的目的，保護 開發(fā)者 已建立的“業(yè)務邏輯”安然無恙，避免了“平臺易變性”的風險 [22]。在基于 MDA 的開發(fā)過程中，開發(fā)人員把注意力轉移到開發(fā)模型上， 將 更多的 精力用到 功能性需求的分析和設計，而不是過早的陷入具體的實現(xiàn)細節(jié)當中。 MDA 最主要的 特點 [23,24]就是軟件開發(fā)的重點 是各種模型，而 不再是程序和輸出， 軟件 開發(fā)人員的 關鍵 工作是不斷拓展各種模型，只有到了最后階段才會考慮其實現(xiàn)。 MDA 把建模語言當作是編程語言 來用， 而不 致使當作 設計語言 來用。它 能夠創(chuàng)造出機器可讀以 及高度抽象的模型，這些模型獨立于實現(xiàn)的技術，以標準化的方式存儲。 MDA 以一種全新的方式將 IT 技術的一系列新的趨勢性技術整合在一起，這些技術包括基于組件的軟件開發(fā) (ComponentBased Software Development, CBSD)、設計模式、中間件、說明性規(guī)約、多層系統(tǒng)、企業(yè)應用集成以及契約式設計等等 [25]?？傊?， MDA 為企業(yè)應用在不同生命周期階段的集成提供了完備的解決方案，它提倡使用形式化的系統(tǒng)模型作為解決企業(yè)應用系統(tǒng)集成的核心，通過使用軟件工程方法和工具去理解、設計、操作、發(fā)展企業(yè) 軟件系統(tǒng)的所有方面，為提高軟件開發(fā)效率、增強軟件的可移植性、互操作性、可維護性和文檔的可編制性提供了統(tǒng)一的途徑 。 哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文 6 國 內(nèi) 外對于 MDA 的研究主要集中在兩方面。一方面是研究如何提供模型定義和轉換的高自動化工具，通常是針對特定領域的，其復雜的轉換規(guī)則是可以預定義的。另外一方面是開發(fā)各種 MDA 的通用工具，它可以通過配置第三方的插件或者擴展來支持 MDA 的實現(xiàn)，針對廣闊的應用領域實現(xiàn) MDA 的解決方案。 工作流與 MDA 的結合 通過以上的分析， 傳統(tǒng)的工作流模型都有一個共有的缺點：直觀性和形式化不可兼而有之 。 有的模型是直觀的、 容易被人理解的， 例如活動圖等； 而有的模型 是 形式化 的，很容易被計算機所理解， Petri 網(wǎng)是一個典型的代表。此外，傳統(tǒng)的工作流模型由于追求通用性， 因而 沒有特殊考慮企業(yè)應用中業(yè)務流程 的 持久化數(shù)據(jù)多、多用戶、業(yè)務邏輯復雜 等專有的特點 。針對上述缺點分析，可采用 MDA 的開發(fā)方法處理， 平臺無關模型 (Platform Independent Model, PIM)層的 工作流模型 追求模型的直觀性，采用圖形化表述， 平臺相關模型(Platform Specific Model, PSM)層的 工作流模型面向平臺，采用 XML 文件形式描述，最后在 代碼 (code)層 實現(xiàn)一個工作流引擎解釋執(zhí)行模型。 工作流建模技術在 MDA 領域的應用，使得 軟件 開發(fā)者在業(yè)務流程的建模、映射和代碼生成的時候，不必關注業(yè)務建模中的一些細節(jié)，擺脫了很多在構建業(yè)務邏輯流程時技術細節(jié)的困擾 [26]。這樣大大減少了程序員在進行業(yè)務邏輯編程時的工作量。在使用了這種方法后 ， 可以實現(xiàn)基于工作流技術，從 PIM自動生成相應的 PSM 可執(zhí)行工作流模型定義 。 本碩士論文的研究 內(nèi)容 本論文的主要工作是采用 ICEMDA 的方法對工作流建模，并設計實現(xiàn)一個工作流引擎對其提供執(zhí)行服務，主要的工作如 下所述： (1)ICEMDA 的工作流建模 在 ICEMDA 的環(huán)境下， 建立 ICEPIM 層工作流模型 ，它采用了 UML+的圖形對企業(yè)的業(yè)務流程建立模型；而后通過擴展XPDL 定義了 PSM 層可執(zhí)行工作流模型；最后在兩層工作流模型的基礎上，定義了一系列的自動映射規(guī)則實現(xiàn)轉換。 (2)支持 ICEMDA 的工作流引擎研究 工作流引擎以可執(zhí)行工作流模型為輸入，對模型定義進行解釋執(zhí)行。重點研究了工作流引擎中的路由算法和條件判斷策略 。同時，定義了工作流引擎與框架和業(yè)務構件之間的交互模式，對三哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文 7 者之間的交互數(shù)據(jù)、交互格式以及交互過 程做了詳細描述。 (3)設計實現(xiàn)支持 ICEMDA 的工作流引擎 首先總體設計了工作流引擎的體系結構，對工作流引擎進行了模塊劃分，方便以后的擴