一种轻型工作流引擎的研究设计与实现

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3.0 陈辉 2024-11-19 4 4 845.42KB 66 页 15积分
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一种轻型工作流引擎的研究设计与实现
摘 要
工作流管理系统是支持企业经营过程高效执行并监控其执行过程的计算机软
件系统。它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、审查并能够提高工作效率。
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（API）调用应用程序、提供监督和管理功能等等。
本文参考工作流管理联盟（Workflow Management Coalition，简称 WfMC）
制定的规范，根据中小型企业业务对工作流软件的需求情况和工作流产品现状，
本着简单实用的原则，设计开发了一种面向中小型企业业务应用的轻型工作流引
擎。文章中设计了工作流引擎的机构管理模型，信息管理模型和控制管理模型；
实现是基于关系数据库的，并采用了 J2EE 体系结构；其中详细分析了对面向对
象的关系数据库设计，数据持久化的解决方案；实现了过程定义管理，过程实例
管理，工作项管理，组织管理及控制中心管理等工作流引擎的主要功能模块，提
供了一系列比较完备的 APIs；通过测试用例找出系统不足，并做出优化；给出了
一个工作流流程分析过程，以此验证该工作流引擎的功能；最后总结全文并指出
可以进一步研究的方向。
通过理论分析和实践研究，本论文所开发的轻型工作流引擎为将来进一步发
展和完善基于轻型工作流引擎的工作流管理系统，提供了一定的思路和有益的尝
试。
关键词：轻型工作流引擎 工作流管理系统 中小型企业 J2EE 数据持
久化
ABSTRACT
The workflow management system is a software system to support enterprise
manages process high-effect implementation and monitors its implementation process.
It is convenient to distribute the personnel and resource rationally, supervise and
examine the workflow process, raise working efficiency.
Workflow engine is the systematic core software module of the workflow
management system. Its functions are included: explain process definition, create the
process instances and control its execution, managethe various activities, add work
items to work list, call application by application programming interface (API) and
provide the supervise management functions and so on.
According to the Workflow Management Coalition standard, based on the
actuality about workflow management product in the software market and the demand
for workflow software of medium and small enterprises business and according to the
simple but practicality principle, this paper design and develop the light weight
workflow engine. In this paper, we design the organize module, information module
and control module; developed a workflow engine based on relation database; by J2EE
system structure; analyzed the solution about OORDBS, data persistence; realized
process definition management, process instances management, work items
management , organizes management and control center, providing a series
comparatively completely APIs; Use test examples to find out system deficiency by
testing , make an optimization out; Have given a workflow process analysis process to
verify the function in this workflow engine ; Sum up full paper finally and point out
the direction being able to study further.
By the fact that theoretical analysis and practice study, simple light weight
workflow engine in this paper has provided the certain train of thought and beneficial
trial for developing and improving workflow manages system going a step further in
the future.
Key Word ：light weight workflow engine, workflow management
system, medium and small enterprises, J2EE, data persistence
一种轻型工作流引擎的研究设计与实现
目 录
中文摘要
ABSTRACT
第一章 绪 论 ...........................................................................................................1
§1.1 研究背景 ..................................................................................................1
§1.2 本文工作 ..................................................................................................2
§1.3 本文的组织结构 ......................................................................................2
第二章 工作流技术及发展状况 .............................................................................3
§2.1 工作流管理系统概念 ..............................................................................3
§2.1.1 工作流管理系统的功能 ...............................................................3
§2.1.2 工作流管理系统的体系结构 .......................................................4
§2.1.3 工作流管理系统的参考模型 .......................................................7
§2.2 国内外研究与应用现状 ..........................................................................9
§2.3 适用于中小型企业的工作流引擎 ........................................................11
第三章 工作流引擎的分析与设计 .......................................................................13
§3.1 引擎设计原则 ........................................................................................13
§3.2 工作流引擎模型设计 ............................................................................14
§3.2.1 信息模型 .....................................................................................14
§3.2.2 机构模型 .....................................................................................19
§3.2.3 控制模型 .....................................................................................21
§3.3 引擎功能设计与整体结构 ....................................................................24
§3.3.1 组织管理 .....................................................................................24
§3.3.2 过程定义 .....................................................................................24
§3.3.3 过程实例 .....................................................................................25
§3.3.4 活动实例 .....................................................................................26
§3.3.5 工作项管理 .................................................................................27
§3.3.6 控制转移 .....................................................................................28
§3.3.7 控制过程管理 .............................................................................28
§3.3.8 整体结构 .....................................................................................29
第四章 工作流引擎的实现 ...................................................................................32
§4.1 系统开发技术 ........................................................................................32
§4.1.1 Java 简介 ..................................................................................... 32
§4.1.2 J2EE 架构 .................................................................................... 32
§4.1.3 EJB 体系结构 ..............................................................................34
§4.2 数据持久层设计 ....................................................................................36
§4.2.1 面向对象的关系数据库设计 .....................................................36
§4.2.2 数据持久化管理 .........................................................................39
§4.3 轻型工作流引擎的实现 ........................................................................41
§4.3.1 过程定义模块管理 .....................................................................41
§4.3.2 过程实例管理 ..............................................................................42
§4.3.3 活动实例管理 ..............................................................................43
§4.3.4 工作项管理 ..................................................................................45
§4.3.5 组织管理 .....................................................................................46
§4.3.6 控制中心 .....................................................................................47
§4.3.7 功能测试 ......................................................................................51
§4.3.8 优化策略 .....................................................................................54
第五章 实际应用 ...................................................................................................57
§5.1 轻型工作流引擎在某公司中的应用 ....................................................57
§5.2 一个工作流实例的分析及实现 ............................................................57
第六章 总结与展望 ...............................................................................................59
§6.1 全文总结 ................................................................................................59
§6.2 进一步的研究工作 ................................................................................59
参考文献 .................................................................................................................61
在读期间公开发表的论文和承担科研项目及取得成果 .....................................63
致 谢 .......................................................................................................................64
第一章 绪 论
1
第一章 绪 论
§1.1 研究背景
全球性的网络化、信息化进程正改变着人们的生活方式，各企事业单位都在
积极推进信息化建设。信息传递和信息处理是现代企事业单位业务工作的主要内
容之一，是进行业务处理和经营、管理决策的基础。在信息传递和信息处理结果
的基础上，再进行相应的决策活动。这些决策活动决定了企事业单位业务的开展
方式和经营战略，也决定了它们的服务质量和管理水平。如何方便地在不同的业
务部门、业务人员之间高效地进行信息传递是企事业单位、业务人员十分关心的
问题。以传统的纸张为载体的信息传递与处理方式效率很低，需要花费相当的人
力、物力来完成信息的处理、组织、存储以及查询检索；同时这种方式也降低了
对客户需求的响应速度，给企事业单位的生产经营、服务和决策带来不利的影响。
在计算机广泛普及和企事业单位的计算机应用水平日益提高的情况下，企事业单
位业务人员希望能够以一种无纸化的、基于信息系统的工作环境来开展其日常的
业务工作[1]。
工作流技术就是为满足这种需求而产生的。
工作流是一类能够完全或者部分自动执行的业务过程，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。换一个角度
看，工作流是将一组任务组织起来共同完成某个业务过程。在工作流中定义了任
务的触发顺序和触发条件，每个任务可以由一个或多个软件系统完成，也可以由
一个或一组人完成，还可以由一个或多个人与软件系统协作完成。任务的触发顺
序和触发条件用来定义并实现任务的触发、任务的同步和信息流的传递。 传统的
手工传递纸张表单的审批方式，工作效率低，且不能实现统计报表功能。采用工
作流管理软件，表单填好后，会自动按照定义好的流程一级级进行审批，并可以
根据需要进行修改、跟踪、管理、查询、统计、打印等，可以大大提高办公效率，
增强公司的核心竞争力。
工作流引擎是工作流管理软件核心部件，它负责解释工作流流程定义，创建
并初始化流程实例，控制流程流动的路径，记录流程运行状态，挂起或唤醒流程，
终止正在运行的流程，与其它引擎之间通讯等等工作。可以说工作流引擎设计与
实现的好坏直接影响到一个工作流管理系统能不能健康高效地工作。所以，研究
工作流引擎的设计与实现，具有重要的理论及实践意义，它决定着工作流管理软
件研发的成败。
一种轻型工作流引擎的研究设计与实现
2
§1.2 本文工作
本论文工作流平台主要是面向中小型企业业务应用的。它针对中小型企业业
务应用的特点，采用了状态图模型来描述工作流程，使用 J2EE 技术和关系数据
库技术来实现。设计实现了工作流的流程定义、修改、及运行控制和监控等重要
模块。本文简述了工作流技术的概念和发展状况，介绍了工作流引擎的设计和实
现技术，以及在对本工作流引擎测试后作出的优化改进等。
本文的主要工作在以下几个方面：
1．综述工作流管理技术的相关概念及其关系、研究发展状况、工作流参考模
型、分析研究背景提出实现目标；
2．基于 WfMC 规范和 J2EE 技术实现了一个适合于中小企业业务应用的轻型
工作流引擎；
3．介绍了本文轻型工作流引擎的结构设计和具体实现；
4．分析了工作流引擎中数据持久化技术的应用；
5．通过优化 EJB 的性能，合适调整应用服务器和数据库服务器的配置参数
等技术方法来提高工作流引擎的性能。
§1.3 本文的组织结构
本论文分为以下几个章节：
第一章为绪论，简明介绍了研究背景和意义，研究内容以及论文结构；
第二章介绍了工作流技术及发展状况，其中包括工作流管理系统概念，国内
外研究与应用现状以及适合于中小企业的轻型工作流引擎；
第三章主要为轻型工作流引擎的分析与设计；
第四章为轻型工作流引擎的实现，其中有系统开发技术，数据持久层设计，
轻型工作流引擎的具体实现方案；
第五章给出了一个实际的工作流流程应用，验证了轻型工作流引擎的基本功
能。
第六章总结了本论文的研究成果和内容，提出了一些需要改进的地方。
第二章 工作流技术及发展状况
3
第二章 工作流技术及发展状况
§2.1 工作流管理系统概念
工作流管理联盟（Workflow Management Coalition，WfMC）给出的关于工作
流管理系统的定义是[2]：工作流管理系统是一个软件系统，它完成工作流的定义
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[4]。
§2.1.1 工作流管理系统的功能
工作流管理需要一个过程定义工具、一个过程执行引擎、用户和应用接口用
来访问和激活工作请求、监控和管理工具以及审计功能。有的系统还提供了适配
集成工具，加强了业务过程中工作流集成的灵活性。所有的工作流管理系统都会
展现一些共有的特性，这为不同产品间的集成和互操作提供了一个基础。虽然不
同的管理系统具有不同的应用范围和不同的实施方式，但它们还是具有许多共同
的特征。从比较高的层次上来抽象地考察工作流管理系统，可以发现所有工作流
管理系统都提供了三种功能[1][2][3]：
1．建立阶段功能：主要考虑工作流过程和相关活动的定义以及建模功能。
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 IT 应用工具
之间的交互。
工作流管理系统建立阶段的主要功能是完成业务过程的计算机化的定义。在
这个阶段，利用一个或多个建模技术与工具，完成实际的业务过程到计算机可处
理的形式化定义的转化，所得到的定义通常可称为过程模板或过程定义。在 WfMC
定义的工作流管理系统中，将过程建模得到的结果统称为过程定义。
在完成了过程模型的定义后，所生成的工作流模型将由工作流引擎进行实例
创建并控制其执行过程。工作流引擎对使用工作流模型描述的过程进行初始化，
调度和监控过程中每个活动的执行。
在整个工作流执行过程中，不同的操作人员需要完成的人机交互工作大约可
分为以下几种：
1．模型定义：创建，修改和发布企业的业务过程模型。
2．人机交互：按照工作流任务管理器提供的工作项，完成具体业务的处理工
摘要：

一种轻型工作流引擎的研究设计与实现摘要工作流管理系统是支持企业经营过程高效执行并监控其执行过程的计算机软件系统。它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、审查并能够提高工作效率。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（API）调用应用程序、提供监督和管理功能等等。本文参考工作流管理联盟（WorkflowManagementCoalition，简称WfMC）制定的规范，根据中小型企业业务对工作流软件的需求情况和工作流产品现状，本着简单实用的原则，设计开发了一...

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