一種基于關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的工作流管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

吳潔明 王吉棟

摘要： 論述了一種基于關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的工作流管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。該工作流管理系統(tǒng)不僅擁有工作流管理系統(tǒng)應(yīng)有的前向調(diào)度、回退調(diào)度、用戶任務(wù)列表的展示等功能，還有效地利用了關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的成熟技術(shù)，節(jié)省了工作流管理系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)成本。

關(guān)鍵詞： 關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)； 工作流引擎； 流程定義； 流程實(shí)例

中圖分類號(hào)：TP311.5文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8228（2012）04-32-03

Design and implementation of workflow management system based on relational database

Wu Jieming, Wang Jidong

（College of Information Engineering, North China University of Technology, Beijing 100144, China）

Abstract： The authors describe in this paper a workflow management system which is based on relational database. The wokflow management system not only has forward and backward scheduling and task list which is necessary to a complete workflow management system, but also uses the mature technology of relational database which can save its development cost.

Key words： relational database； workflow engine； process definition； process instance

0 引言

目前，市面上有很多開(kāi)源工作流軟件，最常用的有Shark、Osworkflow和Jbpm。其中Shark的流程定義語(yǔ)言采用XPDL，Osworkflow依賴于有限狀態(tài)機(jī)，Jbpm綜合運(yùn)用了狀態(tài)圖、活動(dòng)圖和PetriNet。

各大廠商開(kāi)發(fā)的工作流產(chǎn)品側(cè)重于流程管理的通用性，導(dǎo)致系統(tǒng)非常復(fù)雜，再加上軟件設(shè)計(jì)文檔的缺乏，對(duì)于中小型項(xiàng)目來(lái)說(shuō)，使用門(mén)檻比較高，因此很多公司選擇開(kāi)發(fā)適合本公司的工作流組件。但開(kāi)發(fā)一個(gè)運(yùn)行穩(wěn)定、有數(shù)據(jù)備份和恢復(fù)功能、支持并發(fā)、支持事務(wù)的工作流引擎，成本非常高?，F(xiàn)在的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)在數(shù)據(jù)備份、恢復(fù)、并發(fā)、事務(wù)處理等方面已經(jīng)做的非常成熟，如果把工作流和關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)合起來(lái)，工作流開(kāi)發(fā)人員就可以直接利用這些數(shù)據(jù)庫(kù)的成熟技術(shù)，把精力放在工作流引擎的架構(gòu)和調(diào)度策略的研究上，以降低開(kāi)發(fā)成本。

1 工作流管理系統(tǒng)模型

根據(jù)“工作流管理聯(lián)盟”(Workflow Management Coliation, WfMC)的定義，工作流所要解決的主要問(wèn)題是：使在多個(gè)參與者之間按照某種預(yù)定義的規(guī)則傳遞文檔、信息或任務(wù)的過(guò)程自動(dòng)進(jìn)行，從而實(shí)現(xiàn)某個(gè)預(yù)期的業(yè)務(wù)目標(biāo)，或者是促使此目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)[1]。

工作流管理系統(tǒng)是一個(gè)軟件系統(tǒng)，它完成工作流的定義和管理，并按照在計(jì)算機(jī)中預(yù)先定義好的工作流邏輯推進(jìn)工作流實(shí)例的執(zhí)行[1]。一個(gè)完整的工作流管理系統(tǒng)要包含業(yè)務(wù)流程定義模塊、工作流引擎模塊、用戶任務(wù)列表模塊和工作流監(jiān)管模塊。本文所述的基于關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的工作流管理系統(tǒng)，是要充分利用關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的特點(diǎn)，把業(yè)務(wù)流程的定義，流程的運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)所需的業(yè)務(wù)人員的信息，權(quán)限管理等都存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中，完成業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的流轉(zhuǎn)。工作流管理系統(tǒng)的架構(gòu)如圖1所示。

[客戶端][業(yè)務(wù)邏輯層][工作流引擎][流程定義模塊][數(shù)據(jù)訪問(wèn)層][業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)][組織機(jī)構(gòu)][流程實(shí)例][工作流定義]

圖1工作流管理系統(tǒng)的架構(gòu)圖

1.1 流程定義和活動(dòng)

業(yè)務(wù)流程，為完成某一預(yù)定目標(biāo)而定義是的一系列的工作步驟。業(yè)務(wù)流程中的每一個(gè)步驟是一個(gè)活動(dòng)[2]?；顒?dòng)是業(yè)務(wù)流程的最小工作單元。活動(dòng)可以包含很多屬性，如活動(dòng)類型，執(zhí)行者等。工作流管理系統(tǒng)要處理用戶的業(yè)務(wù)流程，應(yīng)該先把業(yè)務(wù)流程抽象成計(jì)算機(jī)可以識(shí)別的流程定義，而流程定義是由一系列的活動(dòng)組成的。

1.2 流程實(shí)例和任務(wù)

流程實(shí)例是業(yè)務(wù)流程的一次具體執(zhí)行。工作流引擎執(zhí)行的是流程實(shí)例，流程實(shí)例是由一系列任務(wù)組成的，任務(wù)是業(yè)務(wù)流程中活動(dòng)的實(shí)例化[1]。工作流引擎調(diào)度的是流程實(shí)例的任務(wù)，當(dāng)用戶調(diào)用工作流引擎提供的接口創(chuàng)建一個(gè)流程實(shí)例后，引擎就根據(jù)流程定義依次生成活動(dòng)對(duì)應(yīng)的任務(wù)。并提供給不同的用戶對(duì)任務(wù)進(jìn)行操作。

本文所述的工作流管理系統(tǒng)就是要借助流程定義、活動(dòng)、流程實(shí)例、任務(wù)等，來(lái)完成業(yè)務(wù)表單在用戶之間的流轉(zhuǎn)。系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)表之間的關(guān)系如圖2所示。

圖2數(shù)據(jù)庫(kù)各表之間的關(guān)系

業(yè)務(wù)流程表和活動(dòng)表用來(lái)存儲(chǔ)業(yè)務(wù)流程定義，流程實(shí)例表和任務(wù)表存儲(chǔ)運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)，歷史流程實(shí)例表和歷史任務(wù)表存放已經(jīng)執(zhí)行完的流程實(shí)例，用戶表和角色表保存用戶的基本信息。每一個(gè)業(yè)務(wù)流程都是由一系列活動(dòng)組成的，活動(dòng)之間的前驅(qū)和后繼關(guān)系由前驅(qū)活動(dòng)Ids和后繼活動(dòng)Ids決定。每個(gè)活動(dòng)的類型由分支類型字段和匯聚類型字段決定，分支類型的取值有：“順序類型”、“與分支類型”和“或分支類型”；匯聚類型的取值有：“順序類型”、“與匯聚類型”和“或匯聚類型”。

2 流程設(shè)計(jì)器

流程設(shè)計(jì)器的作用是提供一種描述工作流程的軟件，它把實(shí)際的過(guò)程步驟用圖視化的方法或簡(jiǎn)單的文本描述出來(lái)并產(chǎn)生或轉(zhuǎn)化成規(guī)范的工作流定義語(yǔ)言格式[3]。

本文所述的工作流管理系統(tǒng)把業(yè)務(wù)流程拆分成活動(dòng)存儲(chǔ)在活動(dòng)表中，供工作流引擎使用。流程設(shè)計(jì)器提供有一張畫(huà)板和多種類型的活動(dòng)。當(dāng)需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)新的業(yè)務(wù)流程時(shí)，用戶需要先指定要?jiǎng)?chuàng)建的業(yè)務(wù)流程的名稱、該流程關(guān)聯(lián)的業(yè)務(wù)表單的名稱和業(yè)務(wù)表單的主鍵，然后把組成該業(yè)務(wù)流程的所有活動(dòng)拖動(dòng)到畫(huà)板上，設(shè)定活動(dòng)之間的先后關(guān)系，最后給每個(gè)活動(dòng)指定分支類型和匯聚類型并且指定哪個(gè)角色有權(quán)限執(zhí)行此活動(dòng)。流程設(shè)計(jì)器會(huì)按規(guī)則檢查用戶繪制的流程圖的正確性；點(diǎn)擊保存按鈕后，流程設(shè)計(jì)器會(huì)先把這個(gè)業(yè)務(wù)流程圖保存到業(yè)務(wù)流程表和活動(dòng)表中。

3 工作流引擎

工作流引擎的作用是對(duì)流程定義進(jìn)行解釋，創(chuàng)建可以運(yùn)行的流程實(shí)例、控制流程實(shí)例的執(zhí)行。工作流管理系統(tǒng)對(duì)流程實(shí)例的操作是通過(guò)用戶調(diào)用工作流引擎提供的接口來(lái)進(jìn)行的。當(dāng)用戶調(diào)用啟動(dòng)業(yè)務(wù)流程的接口時(shí)，引擎會(huì)創(chuàng)建新的流程實(shí)例和流程實(shí)例的首任務(wù)；當(dāng)用戶調(diào)用完成任務(wù)接口時(shí)，引擎會(huì)生成下一步的任務(wù)；當(dāng)用戶調(diào)用回退接口時(shí)，引擎會(huì)把流程實(shí)例回退到之前的任務(wù)實(shí)例重新執(zhí)行。

3.1 流程的前向調(diào)度

任務(wù)執(zhí)行時(shí)重點(diǎn)是要區(qū)分任務(wù)節(jié)點(diǎn)的分支類型是“順序類型”、“與分支類型”還是“或分支類型”。任務(wù)節(jié)點(diǎn)的分支類型和其對(duì)應(yīng)的活動(dòng)的分支類型相同，活動(dòng)的分支類型由活動(dòng)表的分支類型字段決定。

如果當(dāng)前任務(wù)的分支類型是“與分支類型”，當(dāng)用戶結(jié)束此任務(wù)時(shí)，工作流引擎會(huì)創(chuàng)建當(dāng)前任務(wù)的所有后繼任務(wù)實(shí)例；如果當(dāng)前任務(wù)的分支類型是“或分支類型”，當(dāng)用戶結(jié)束此任務(wù)時(shí)，工作流引擎要查詢其所有的后繼活動(dòng)，顯示給用戶，供用戶選擇，用戶選擇完成后，工作流引擎會(huì)根據(jù)用戶選擇的活動(dòng)，創(chuàng)建一個(gè)相應(yīng)的任務(wù)實(shí)例；如果當(dāng)前任務(wù)的分支類型是“順序類型”，當(dāng)用戶結(jié)束此任務(wù)時(shí)，工作流引擎會(huì)查詢其后繼活動(dòng)，如果其后繼活動(dòng)的匯聚類型為“與匯聚類型”，則還要判斷這個(gè)活動(dòng)的前驅(qū)任務(wù)是否已全部完成，如果已經(jīng)全部完成，則創(chuàng)建此活動(dòng)對(duì)應(yīng)的任務(wù)，否則不創(chuàng)建活動(dòng)對(duì)應(yīng)的任務(wù)。前向調(diào)度程序流程圖如圖3所示。

圖3 前向調(diào)度的程序流程圖

3.2 流程的回退調(diào)度

一個(gè)功能完整的工作流管理系統(tǒng)還應(yīng)該支持流程回退。工作流的回退功能是把流程回退到已經(jīng)執(zhí)行過(guò)的前驅(qū)節(jié)點(diǎn)，以滿足用戶輸入錯(cuò)誤需要修改的需求。

當(dāng)用戶進(jìn)行流程回退操作時(shí)，工作流引擎會(huì)查詢出所有可以回退到的任務(wù)供用戶選擇；用戶選擇完成后，引擎把當(dāng)前任務(wù)置為“completed”狀態(tài)，把選擇的目標(biāo)任務(wù)置為“running”狀態(tài)?；赝四繕?biāo)任務(wù)執(zhí)行完后，引擎要根據(jù)目標(biāo)任務(wù)的分支類型做進(jìn)一步的處理：如果任務(wù)的分支類型是“或分支類型”，引擎要判斷用戶選擇的后繼任務(wù)是否為原來(lái)的執(zhí)行路徑，如果不是，則刪除此任務(wù)的所有后繼任務(wù)實(shí)例，按照用戶的選擇創(chuàng)建相應(yīng)的任務(wù)實(shí)例；如果任務(wù)的分支類型不是“或分支類型”，則任務(wù)執(zhí)行完成后，修改其狀態(tài)為“completed”，修改其直接后繼任務(wù)的狀態(tài)為“running”。

4 用戶任務(wù)列表

工作流引擎提供用戶接口讓用戶查詢自己的任務(wù)列表。當(dāng)用戶登錄系統(tǒng)后，應(yīng)用程序調(diào)用工作流引擎提供的接口，查詢出用戶可以執(zhí)行的任務(wù)實(shí)例并將其顯示在用戶界面上。本文用基于角色的訪問(wèn)控制機(jī)制來(lái)設(shè)計(jì)此功能：首先根據(jù)崗位創(chuàng)建相應(yīng)的角色，然后根據(jù)用戶的職責(zé)授予相應(yīng)的角色，最后在定義流程的時(shí)候，為每個(gè)活動(dòng)選擇一個(gè)角色。當(dāng)用戶登錄以后，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)其角色顯示其可以執(zhí)行的任務(wù)列表，如果用戶選擇了某個(gè)任務(wù)，工作流引擎就會(huì)把該用戶的Id保存到這個(gè)任務(wù)的用戶Id字段，并修改這個(gè)任務(wù)實(shí)例的狀態(tài)為“running”，其他擁有相同角色的用戶不能再選擇這個(gè)任務(wù)。用戶任務(wù)列表可實(shí)現(xiàn)以下幾個(gè)功能：

⑴ 啟動(dòng)流程列表工作流引擎根據(jù)用戶角色查詢活動(dòng)表，把與角色匹配的起始活動(dòng)對(duì)應(yīng)的流程名稱顯示在用戶的“啟動(dòng)任務(wù)列表”中，用戶點(diǎn)擊啟動(dòng)流程按鈕，工作流引擎就會(huì)生成新的流程實(shí)例和初始任務(wù)。

⑵ 新生成的任務(wù)列表中新生成的任務(wù)實(shí)例的狀態(tài)為“ready”，用戶Id字段為空，工作流引擎根據(jù)這兩個(gè)條件和用戶的角色，查詢出當(dāng)前用戶可以處理的新生成的任務(wù)列表。

⑶ 回退的任務(wù)列表中回退的任務(wù)實(shí)例的狀態(tài)為“running”，用戶Id為當(dāng)前用戶的Id，后繼任務(wù)Ids不為空，工作流引擎根據(jù)任務(wù)這三個(gè)條件可以查詢出回退的任務(wù)實(shí)例列表。

5 工作流監(jiān)管

工作流監(jiān)管的作用是管理用戶和角色信息、掛起和恢復(fù)流程實(shí)例、停止和刪除工作流實(shí)例、查看工作流的運(yùn)行狀態(tài)、查詢歷史流程實(shí)例的流轉(zhuǎn)日志等[3]。

工作流管理系統(tǒng)提供正在執(zhí)行的工作流實(shí)例列表和歷史工作流實(shí)例列表。當(dāng)用戶需要掛起、恢復(fù)、停止、刪除工作流實(shí)例或者查看工作流實(shí)例的運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，可以進(jìn)入正在執(zhí)行的工作流實(shí)例列表，選擇相關(guān)的操作按鈕。每執(zhí)行完一個(gè)工作流實(shí)例，工作流引擎就會(huì)把當(dāng)前完成的流程實(shí)例及其所有的任務(wù)實(shí)例轉(zhuǎn)入到歷史流程實(shí)例和歷史任務(wù)表，當(dāng)用戶需要查詢歷史流程實(shí)例時(shí)，可以進(jìn)入歷史流程實(shí)例列表選擇相關(guān)的操作按鈕。

6 結(jié)束語(yǔ)

本文所述的基于關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的工作流管理系統(tǒng)不僅可以滿足用戶的業(yè)務(wù)需求，而且利用了大型關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中的成熟技術(shù)，例如：工作流引擎控制業(yè)務(wù)流程的調(diào)度時(shí)用到了數(shù)據(jù)庫(kù)的事務(wù)處理；用戶選擇處理任務(wù)時(shí)用到了數(shù)據(jù)庫(kù)的并發(fā)處理技術(shù)；備份和恢復(fù)工作流實(shí)例的歷史數(shù)據(jù)用到了數(shù)據(jù)庫(kù)的備份和恢復(fù)功能。將工作流與關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)合，降低了工作流管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜度，從而節(jié)省了開(kāi)發(fā)成本。

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