工作流管理系统

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3.0 李琳琳 2024-10-14 10 4 6.97MB 59 页 15积分

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摘要

工作流管理系统是实现计算机辅助协同工作的工具，能实现工作流程的全部或部分自动

管理功能。依据特定的规范，定制工作流程，实现计算机的辅助控制。不仅便于工作的规范

化，而且便于人员、资源的合理配置、工作流程的监督、审查并提高工作效率。

工作流引擎是工作流管理系统的核心软件组件。它的功能包括：解释过程定义、创建过

程实例并控制其执行、调度各项活动、为用户工作表添加工作项、通过应用程序接口调用应用

程序、提供监督和管理功能等。分布式工作流采用分布式策略将工作流系统功能离散化或模

块化，通过各个模块间的相互协作，实现预定的功能。引擎的分布是分布式工作流的一个重

要研究方向，它通过一组分布在不同节点上的引擎之间的协作来完成过程实例的执行。各个

引擎负责执行过程实例的不同部分，引擎之间通过可靠的通信机制实现协作。

论文首先对分布式工作流技术理论和国内外相关科研成果进行研究，同时将当前主流的

几种工作流技术进行分析比较，探讨了分布式工作流的实现技术，并比较几种分布式工作流

的技术，提出了 J2EE 工作流引擎的体系结构。然后在详细分析本课题的研究项目的基础上提

出了基于多任务域结构的分布式工作流系统解决方案，对系统架构、运行策略、通信机制和

数据存储策略等进行了深入的分析。之后，本文设计并实现了分布式工作流引擎原型 DWF-

Engine 的核心部分。设计了基于“NEA”思想的“节点-事件-动作”模型，使引擎执行的灵

活性大为增强，同时还设计了任务的柔性分配模型。引擎间的通信采用基于 JMS 的消息机制

引擎数据的持久化采用了基于对象关系映射的方法。论文还针对引擎原型实现过程中涉及的

引擎任务管理、数据持久化管理和引擎部署进行深入的研究。

论文首先研究分布式工作流技术理论和实现技术，研究分布式工作流系统体系

结构简介和 J2EE 工作流引擎的体系结构。然后对分布式工作流引擎框架和系统

进行研究，特别对分布式工作流引擎架构设计。分布式引擎通信机制过程模型

的分析与定义，工作流数据分布策略进行深入分析，之后对本课题的研究项目

进行简介，提出该课题的设计原则和方法。之后，设计并实现本课题的分布式

工作流引擎，从分布式工作流引擎体系结构设计出发，到流程的解析与部署，

流程的调度与执行，引擎消息服务和引擎任务管理器，到最后数据的持久化管

理和引擎的部署逐一进行设计。

文章的第三部分是对整个项目的实现，提出了工作流技术的软件构架和整个模型的实现

的技术方案。最后是整个系统的性能测评和开发效率的评估，可以得出本文所研究基于 J2EE

的分布式工作流引擎 DWF-Engine 与其他同类引擎相比，具有更好的灵活性和可扩展性。

关键字：分布式工作流引擎；工作流管理系统；流程调度；NEA 模型；J2EE

上海交通大学硕士学位论文

Abstract

Workflow management system is a tool to realize Computer Support Collaboration Work; it

can realize the management of workflow entirely or partially automatically. It can make workflow

by specification, to realize computer assistant control. Not only to benefit the standardization of

work, but also convenient for the reasonable disposition of personnel and resource, the supervision,

examination of workflow to improve working efficiency.

Workflow engine is the kernel of the WfMS. It interprets the process description and controls

the instantiation of processes and sequencing of activities, adding work items to the user work lists

and invoking application tools as necessary. Workflow enactment service include one or more

workflow engines, they work together to execute workflows. The modules of WFMS can work

cooperatively and interactively each other to achieve the goal. Distribution of workflow engines is

an important research direction of DWFMS.A workflow process can be executed successfully by

the cooperative work of engines on different nodes. Different engines are responsible to different

parts of the process, and they work cooperatively through reliable communication mechanism.

The thesis first shows the research on theory of DWFMS, and also on domestic and foreign

scientific research achievements. Simultaneously, it carries on the analysis and comparisons of

several main kinds of workflow technologies, discusses the implenments of distributes workflow

technologies, and compares with the different distributes workflow technologies, puts forward the

architecture of J2EE-Based engine DWF-Engine. Second, with deeply investigation of this project

background, a preliminary solution of DWFMS based on multi-duties is given. It analyzes the

system's architecture, executing strategy, data storage and so on. With deep research on technology

of WFMS and J2EE, and also with absorbing of other’s achievements, a prototype and J2EE-Based

engine DWF-Engine is designed. Later a model named "Node-Event-Action" and based on theory

of "ECA" is given, and a flexible task assignment model is also given. The models greatly

strengthen the engine’s execution flexibility. The communication of engines is based on JMS

mechanism and ORM tool is used into data storage. Some essential technologies are also

introduced in this paper. Lastly, the application of DWF-Engine is analyzed. Simultaneously, a

process example is given to show the usage and accuracy of the engine’s core. By the comparisons

with other similar workflow engines, DWF-Engine has the advantages of flexibility and

expansibility. It also studies the engines task management, data serial storage management and

engines deploy.

The third part in this disseration is the realization department. It puts forward the soft

architecture of workflow engines technology and technologies schema of the whole project. Finally,

it elevates the significance testing and develepment efficency. By the comparisons with other

similar workflow engines DWF-Engine has the advantages of flexibility and expansibility.

Key Word: Distributed Workflow Engine; Workflow Management System; Process Control;

NEA Model; J2EE

上海交通大学硕士学位论文
目录
摘要............................................................................................................................................................................IV
Abstract........................................................................................................................................................................V
第一章 绪论.................................................................................................................................................................1
1 课题的研究背景...........................................................................................................................................1
2 国内外研究状况...........................................................................................................................................2
3 课题的研究意义...........................................................................................................................................4
4 论文研究内容...............................................................................................................................................4
第二章 分布式工作流及其相关技术研究................................................................................................................5
1 分布式工作流技术.......................................................................................................................................5
1.1 工作流互操作模型...........................................................................................................................5
1.2 分布式工作流执行服务...................................................................................................................7
2 分布式工作流管理系统的分布层次...........................................................................................................8
2.1 工作流系统体系结构的分布...........................................................................................................8
2.2 工作流引擎的分布式执行...............................................................................................................8
2.3 工作流模型的分布式定义与柔性执行...........................................................................................9
3 分布式工作流的实现技术...........................................................................................................................9
4.1 几种实现技术的分析比较.......................................................................................................................9
4 分布式工作流系统体系结构简介.............................................................................................................13
5 基于 J2EE 的工作流引擎体系结构............................................................................................................15
第三章 分布式工作流引擎的框架和系统分析.......................................................................................................17
1 分布式工作流引擎架构设计...................................................................................................................17
1.1 引擎体系结构的分析与设计.........................................................................................................17
1.2 系统运行策略分析.........................................................................................................................19
2 分布式引擎通信机制.................................................................................................................................21
2.1 通信机制的比较和选择.................................................................................................................21
2.2 分布式引擎的注册机制.................................................................................................................22
3 过程模型的分析与定义.............................................................................................................................24
3.1 过程模型的分析.............................................................................................................................24
3.2 过程模型的定义.............................................................................................................................25
4 工作流数据分布策略.................................................................................................................................26
4.1 几种数据分布策略的比较.............................................................................................................26
4.2 工作流数据的存储策略.................................................................................................................27
5 税务申报系统总体分析.............................................................................................................................28
5.1 新版电子申报系统简介.................................................................................................................28
5.2 企业任务域分析.............................................................................................................................29
5.3 系统设计准则.................................................................................................................................30
第四章 分布式工作流引擎的设计与实现...............................................................................................................32
1 分布式工作流引擎体系结构设计.............................................................................................................32
2 流程的解析与部署...................................................................................................................................33
3 流程的调度与执行.....................................................................................................................................35
4.1 流程调度模型 NEA..........................................................................................................................35
III

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4.2 流程执行器的设计.........................................................................................................................36
4.3 调度与执行服务的实现.................................................................................................................37
5 引擎消息服务.............................................................................................................................................41
5.1 传递信息分析.................................................................................................................................41
5.2 消息机制的设计...........................................................................................................................41
5.3 消息服务的实现.............................................................................................................................42
6 引擎任务管理器.........................................................................................................................................45
6.1 任务管理器与用户的交互.............................................................................................................46
6.2 任务管理器的实现.........................................................................................................................46
7 数据的持久化管理.....................................................................................................................................48
8 引擎的部署.................................................................................................................................................50
第五章 系统实现与结果分析...................................................................................................................................52
1 工作流模型的软件架构............................................................................................................................52
2 分布式工作流模型实现的技术方案........................................................................................................53
2.1 表示层的具体实现.........................................................................................................................54
2.2 业务层的具体实现.........................................................................................................................54
2.3 数据访问层的具体实现.................................................................................................................56
3 分布式工作流模型的性能评估................................................................................................................56
4 小结..............................................................................................................................................................61
第六章 结论与展望...................................................................................................................................................62
1 全文总结......................................................................................................................................................62
2 课题展望......................................................................................................................................................62
参考文献....................................................................................................................................................................63
致谢.............................................................................................................................................................................65
攻读学位期间发表的学术论文目录........................................................................................................................66
IV

第一章绪论

1.1 课题的研究背景

随着计算机网络及通信技术的发展，各种软件新技术被应用于信息系统的开发中，工作

流技术以其良好的适应性和灵活性而受到广泛关注，让我们从繁琐的业务过程逻辑处理中找

出一种统一的解决途径。工作流管理系统逐渐从信息系统中抽象出来，作为一种新型的信息

系统开发技术和通用的信息系统开发支撑平台，为信息系统的开发提供了一种全新的、更加

方便的模式，很好的解决了传统信息系统中存在的不足。

工作流管理系统与专门应用系统（如办公自动化系统、项目管理系统、供应链管理系统

等）相比，是不必事先知道问题域的相关信息，只需将业务流程描述作为输入并管理流程实

例的执行即可，而专门应用系统都包含它们所支持业务流程的领域知识，很多业务流程硬编

码在软件中，是固定的自动化业务流程，所以，工作流系统比专门应用系统更灵活 [1]。可以

将工作流系统和专门应用系统相互补充，用工作流系统来管理全局的业务流程，结合所有的

专门应用系统，构建一个企业应用系统集成（ EAI ，Enterprise Application

Integration）。

工作流管理技术作为一种过程建模和过程管理的核心技术，它的出现和迅速发展，很好

的解决了传统信息系统的不足之处，满足了企业组织结构重组与先进制造战略实施的客观需

求。它的出现也促进了企业的计算机应用水平上升到一个新的阶段，即从支持企业功能实现

的事务处理系统发展到支持企业实现经营目标的业务处理系统 [2] 。所以， Thomas

Kouropoulos 预言工作流系统将最终成为覆盖于各类台式机与网络操作系统（如 Windows，

Unix， Linux）之上的业务操作系统 BOS（Business Operating System），它将带来操作

系统的一次革命。

传统的工作流产品多采用集中式的方式，虽然易于实现、维护和管理，却存在着系统可

扩展性（Scalability）差、产品可靠性（Reliability）和可用性（Availability）不高，

与应用系统的集成性（Integration）差，安全性能（Security）不高等显著缺陷。工作流管

理系统从支持单个工作组环境开始，现在逐步提高到企业级的功能需求。这样，单个工作流

程就要允许跨越广域网上的多个服务器和客户端，通过并行计算、资源共享、分布操作使其

可扩展性、可管理性得以充分体现。基于这种现状，工作流学者提出了分布式工作流的概念。

分布式工作流采用分布式策略将工作流系统功能离散化或模块化，这些模块既可以在同一机

器上运行，也可以通过网络连接起来的几台不同机器上运行，通过各个模块间的相互协调工

作，实现预定的功能。

随着分布式技术的发展，各种各样的分布式工作流系统解决方案也不断的涌现出来。基

于CORBA， DCOM 以及 JAVA RMI 技术的分布式工作流系统都有出现，以及随着 J2EE 的推广

也相应的应用到了分布式工作流系统上[3]。

此外，还有一些其他的方式实现分布式，例如 IBM Almaden 研究中心所进行的研究项目

Exotica 在工作流分布执行方面提出了一种能够完全分布式执行模型，它是通过永久消息

（Persistent Messages）的方式来保存工作流相关执行信息，使得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个节点为中心，实现了完全的分布式，这样大大提高了

系统的可扩展性、柔性和可靠性。Exotica 是建立在底层的消息传递系统之上的，例如 IBM 的

MQSeries，这种面向消息的中间件（MOM）产品非常的适合用于连接分布式应用，实现工作

流管理的功能。

本文就是根据***公司的税务纳税平台开发软件项目中的纳税申报平台模块，利用分布

式工作流引擎技术在 J2EE 上进行开发的。

1.2 国内外研究状况

WIDE （Workflow on Intelligent and Distributed Database Environment）是由来

自西班牙、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，将分布式数据库和主

动数据库技术应用于工作流管理系统，为工作流的实现方法提供先进的、面向应用的技术支

持，提供了功能强大的组织模型，并对可以灵活地实现对不同类型异常情况的处理[2]。

目前，除了WIMC，还有 OMG（Object Management Group ），BPMI（Business Process

Management Initiative）、OASIS （Organization for the Advancement of Structured

Information Standards）等组织也对工作流技术标准制定了规范[4]。

1993年8月，工作流技术标准化的工业组织-工作流管理联盟WfMC 成立。该联盟是一个

非赢利性组织，由国际著名的公司、研究机构，高等院校等约300 家成员构成，该组织为了

实现不同工作流产品之间的互操作，对工作流管理系统的相关术语、体系结构及应用编程接

口等方面制定了一系列标准，并在 1994年11 月29 日，发布了工作流管理系统的参考模型。

该参考模型提出了五类接口，有关过程模型的定义则构成了接口的核心内容。接口早期的标

准为WPDL（Workflow Process Definition Language），后来，这一接口的规范变更为

XPDL（XML Process Definition Language ）。XPDL 是至今工作流领域最为重要的一个标准

目前大多数工作流引擎是依据该标准设计开发的[5]。该模型的引入为人们讨论工作流技术提

供了一个规范的术语表，为在一般意思上讨论工作流系统的体系结构提供了基础。

2001年，近百家 IT 企业组织成立了BPMI 组织，并于 I1 月13 日发布 BPML（Business

Process Modeling Language） 1.0规范，BPML 是一种业务过程模型描述语言，在基于事务

有限状态机概念的基础上，提出了一个对协作事务的业务过程的抽象可执行模型。在 2002年

6月26 日，WfMC 和BPMI 宣布合作制定业务流程和工作流标准，即采用 BPML 来描述工作流过

程，同时采用 XPDL 所定义的工作流模型。

2002年8月 9 日，BEA ， Microsoft 和IBM 共同发布了一个新的规范

BPEL4WS（Business Process Execution Language for Web Services），并提交到OASIS

组织。该规范为指定基于 Web 服务的业务流程行为定义了一种表示法。这种表示法被称为Web

服务的业务流程执行语言。BPEL4WS 中的处理以独占的方式用 Web 服务接口输出和输入功能。

由此可见，与其它信息技术相比，工作流技术属于较新的一个，它现在仍处于标准的制

定阶段，目前己有的标准按采用的技术分为：基于纯 XML 技术（如：XPDL，BPML）和基于

Web Service 技术（如：BPEL4 WS）。随着社会的发展，Web 服务将越来越流行，现在，

Microsoft， IBM，BEA 等软件行业巨头越来越主推 BPEL4WS 标准，并且已经发布基于

BPEL4WS 标准的系列产品。

目前，大约有几百种工作流产品在互相竞争，其中比较著名的有：FileNet 公司的

Visual Workflo，它是 FileNet 公司集成文档管理软件系列产品中的一部分，与系列中的其

它产品合作，为工作量大、性能要求高的经营过程提供了一个全新的可扩展的过程改进方案；

IBM 公司的MQ/Series，它重点考虑流程管理和强大的组织模型，而活动节点的实现留给了

开发者来完成，并且紧密集成Lotus Notes；Staffware 公司的Staffware，它的活动节点可

以通过表单定义或脚本语言来实现，支持分布式配置和处理，具有面向对象的开发工具箱，

提供了强大的 RAD 集成开发环境[4][5]。

工作流技术的研究与应用在我国起步较晚，现在正处于迅速发展阶段，虽然已经有了不

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摘要：

摘要工作流管理系统是实现计算机辅助协同工作的工具，能实现工作流程的全部或部分自动管理功能。依据特定的规范，定制工作流程，实现计算机的辅助控制。不仅便于工作的规范化，而且便于人员、资源的合理配置、工作流程的监督、审查并提高工作效率。工作流引擎是工作流管理系统的核心软件组件。它的功能包括：解释过程定义、创建过程实例并控制其执行、调度各项活动、为用户工作表添加工作项、通过应用程序接口调用应用程序、提供监督和管理功能等。分布式工作流采用分布式策略将工作流系统功能离散化或模块化，通过各个模块间的相互协作，实现预定的功能。引擎的分布是分布式工作流的一个重要研究方向，它通过一组分布在不同节点上的引擎之间的协...

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