面向軟件業(yè)務(wù)邏輯的工作流引擎（ToLWE）的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘 要：傳統(tǒng)的工作流系統(tǒng)通過(guò)管理和控制業(yè)務(wù)流程來(lái)提高企業(yè)運(yùn)行的靈活性和適應(yīng)性。本文面向軟件業(yè)務(wù)邏輯的定制和執(zhí)行實(shí)現(xiàn)了一個(gè)基于令牌協(xié)議的輕量級(jí)工作流引擎，將工作流的優(yōu)點(diǎn)引入軟件開(kāi)發(fā)領(lǐng)域，同時(shí)為其提供基于GME（通用建模環(huán)境）的可視化流程定義工具。ToLWE通過(guò)將工作流的概念引入軟件開(kāi)發(fā)中，不僅加快了軟件的開(kāi)發(fā)速度，而且提高了軟件業(yè)務(wù)邏輯的靈活性和可定制性。

關(guān)鍵字：軟件設(shè)計(jì)；工作流；工作流引擎

中圖分類(lèi)號(hào)：TP309

從1993年工作流管理聯(lián)盟（WfMC）成立起[1]，工作流技術(shù)被廣泛接受并得到了極大的發(fā)展。工作流是一類(lèi)能夠完全或者部分自動(dòng)執(zhí)行的經(jīng)營(yíng)過(guò)程，根據(jù)一系列過(guò)程規(guī)則，文檔、信息或任務(wù)在不同的執(zhí)行者之間傳遞與執(zhí)行[2]。普通軟件通過(guò)提高個(gè)人的工作效率和資源的利用率達(dá)到提高整體工作效率的目的。而工作流軟件則是通過(guò)壓縮規(guī)范工作的環(huán)節(jié)，并在各個(gè)環(huán)節(jié)之間實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化提高整個(gè)業(yè)務(wù)的完成效率。

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，信息系統(tǒng)越來(lái)越復(fù)雜，更新?lián)Q代的速度也越來(lái)越快。如何快速的開(kāi)發(fā)出復(fù)雜的信息系統(tǒng)已經(jīng)成為了IT設(shè)計(jì)人員的一個(gè)挑戰(zhàn)。本文將軟件開(kāi)發(fā)抽象成具體業(yè)務(wù)，將相對(duì)成熟的工作流設(shè)計(jì)理念引入到了軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一款基于令牌協(xié)議的輕量級(jí)工作流引擎，并實(shí)現(xiàn)了基于GME（通用建模環(huán)境）[3]的可視化的流程定義工具，提高了軟件設(shè)計(jì)中業(yè)務(wù)邏輯的靈活性和可定制性，提高了軟件的開(kāi)發(fā)速度。

1 ToLWE引擎的工作原理

ToLWE工作流引擎的核心思想是：將軟件的業(yè)務(wù)邏輯抽象為多個(gè)相對(duì)獨(dú)立的過(guò)程（Process），每個(gè)過(guò)程進(jìn)一步抽象為能夠完成具體行為的活動(dòng)（Activity）的集合，活動(dòng)之間連接成為一個(gè)有向圖。ToLWE工作流引擎是一款基于令牌協(xié)議的輕量級(jí)工作流引擎（ToLWE），在軟件運(yùn)行時(shí)活動(dòng)向工作流引擎申請(qǐng)令牌（Token），流程中持有令牌的活動(dòng)將被運(yùn)行的線程執(zhí)行，引擎通過(guò)控制令牌的申請(qǐng)、轉(zhuǎn)交、分裂和歸還等操作實(shí)現(xiàn)控制活動(dòng)的執(zhí)行順序最終完成軟件開(kāi)發(fā)。ToLWE工作流引擎采用了線程數(shù)可控的多線程技術(shù)提高軟件的性能。同時(shí)為了提高軟件的靈活性，支持軟件的高級(jí)用戶(hù)參與軟件流程的設(shè)計(jì)，流程通過(guò)滿足特定規(guī)范的xml語(yǔ)言定義，并提供了可視化的流程定義工具。

圖1 ToLWE工作流引擎工作原理示意圖

圖1簡(jiǎn)要的描述了ToLWE引擎的工作原理，該引擎中用到的基本概念的簡(jiǎn)單定義如下。

1.1 執(zhí)行器（Performer）

在執(zhí)行器中定義可以執(zhí)行的基本操作，例如讀寫(xiě)存儲(chǔ)器模型，打開(kāi)界面等。執(zhí)行器負(fù)責(zé)業(yè)務(wù)（軟件設(shè)計(jì)）邏輯的直接體現(xiàn)，是最小的業(yè)務(wù)邏輯分解單元。

1.2 活動(dòng)（Activity）

是本文設(shè)計(jì)的工作流引擎的基本單元，該引擎中通過(guò)“活動(dòng)”的傳遞來(lái)實(shí)現(xiàn)軟件設(shè)計(jì)的流動(dòng)，從而完成軟件設(shè)計(jì)。活動(dòng)是流程（Process）的基本組成部分，定義了允許的流程流向。同時(shí)活動(dòng)封裝了動(dòng)作行為實(shí)際執(zhí)行的執(zhí)行器。

1.3 流程（Process）

流程是活動(dòng)實(shí)例的集合，并負(fù)責(zé)活動(dòng)和上下文實(shí)例的“構(gòu)造”，一個(gè)流程可以有兩種啟動(dòng)方式：自啟動(dòng)，在初始化時(shí)，直接由某個(gè)（活動(dòng)）向引擎申請(qǐng)令牌；它啟動(dòng)，通過(guò)引擎調(diào)用自己的“流程調(diào)用方法”（startProcess（IContext））來(lái)啟動(dòng)。

1.4 上下文（Context）

描述了工作流程在執(zhí)行時(shí)所處的“環(huán)境信息”，它是初始設(shè)定、各（活動(dòng)）作用的載體和結(jié)果。

如圖1所示，ToLWE引擎邏輯上可以分為四個(gè)部分，Performers，Process，Token隊(duì)列和WFEngine。其中Performers是實(shí)現(xiàn)的Performer集合，主要負(fù)責(zé)基本的業(yè)務(wù)操作。Process是用戶(hù)設(shè)計(jì)的軟件“活動(dòng)”流程。Token隊(duì)列負(fù)責(zé)保存已經(jīng)分配的令牌（Token）。WFEngine是ToLWE的核心模塊，該模塊主要負(fù)責(zé)完成兩項(xiàng)工作，Token的管理和執(zhí)行Activity。Token的管理模塊負(fù)責(zé)受理Token的申請(qǐng)，為申請(qǐng)的Activity分配Token，同時(shí)支持Token的轉(zhuǎn)交，分裂和歸還等操作。Token的轉(zhuǎn)交是指將一個(gè)Token傳遞給指定的activity（或Process），指定的activity（或Process）或的Token后將會(huì)被工作流調(diào)度執(zhí)行。Token的分裂是指將一個(gè)Token分裂成多個(gè)，分別傳遞給指定的Activities。Token的歸還是指將一個(gè)Token歸還給系統(tǒng)。ToLWE工作流引擎通過(guò)對(duì)Token的管理完成任務(wù)調(diào)度，實(shí)現(xiàn)預(yù)定功能。在WFEngine模塊中定義實(shí)現(xiàn)了多個(gè)TokenThread線程，這些線程負(fù)責(zé)執(zhí)行Process中獲得Token的Activity。引擎啟動(dòng)后，這些線程開(kāi)始工作，每個(gè)線程不停的詢(xún)問(wèn)Token隊(duì)列，根據(jù)Token隊(duì)列中Token找到擁有該Token的Activity，執(zhí)行該Activity。

ToLWE引擎的基本工作過(guò)程為首先Process中的Activity向WFEngine模塊申請(qǐng)Token，WFEngine模塊為其分配Token，并將該Token添加打Token隊(duì)列中。WFEngine模塊中的TokenThread線程到Token隊(duì)列中獲取Token，根據(jù)Token找到擁有該Token的Activity，執(zhí)行該Activity，在執(zhí)行過(guò)程中可能需要調(diào)用執(zhí)行器中的Performer進(jìn)行業(yè)務(wù)操作。執(zhí)行Activity完畢后，調(diào)用WFEngine模塊，完成Token的轉(zhuǎn)交或歸還。需要注意的一點(diǎn)為了便于描述，該過(guò)程是引擎工作過(guò)程中的一段相對(duì)理想化的過(guò)程，實(shí)際的工作過(guò)程相對(duì)復(fù)雜，還包含流程的加載啟動(dòng)等操作，系統(tǒng)中同時(shí)存在多個(gè)流程，引擎啟動(dòng)多個(gè)線程進(jìn)行執(zhí)行獲得令牌的Activity。

2 基于GME的圖形化流程建模工具

GME（Generic Modeling Environment，通用建模環(huán)境）是范德堡大學(xué)的軟件集成系統(tǒng)學(xué)會(huì)于2001年設(shè)計(jì)完成的，是一個(gè)優(yōu)秀的可配置的流程建模環(huán)境[3]。GME通過(guò)使用系統(tǒng)內(nèi)的元數(shù)據(jù)模型來(lái)描述特定應(yīng)用程序域的模型范例來(lái)實(shí)現(xiàn)針對(duì)特定程序域的配置。模型范例是創(chuàng)建的模型的集合。模型范例包括語(yǔ)義，語(yǔ)法和表現(xiàn)形式等概念，這些概念用于構(gòu)建模型。用戶(hù)根據(jù)這些創(chuàng)建好的模型對(duì)業(yè)務(wù)邏輯進(jìn)行可視化建模。GME建模環(huán)境包含解釋器解釋執(zhí)行建模結(jié)果。

圖2 GME建模環(huán)境的體系結(jié)構(gòu)[3]

圖2描述了GME建模環(huán)境的體系結(jié)構(gòu)，用戶(hù)通過(guò)GUI根據(jù)創(chuàng)建的模型進(jìn)行業(yè)務(wù)邏輯建模，最終可以將建模的結(jié)果輸出到xml。GME支持對(duì)元模型（meta-model）進(jìn)行建模，通過(guò)對(duì)元模型進(jìn)行建模可以定制自己的GME的建模環(huán)境。本文針對(duì)ToLWE引擎的需要在GME基礎(chǔ)上定義開(kāi)發(fā)了Start、CronTimer、IfThen 、Switch、Case、Fork、Join、ProcessInc、ProcessRef以及用于復(fù)合的For、While等活動(dòng)（元模型），并針對(duì)這些活動(dòng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)應(yīng)ToLWE解釋器，為T(mén)oLWE引擎定制了圖形化的流程定義工具，如圖3所示。該流程建模工具根據(jù)已經(jīng)定義好的活動(dòng)對(duì)軟件的業(yè)務(wù)邏輯行為進(jìn)行可視化建模，通過(guò)ToLWE解釋器生成xml格式的Process描述文件。ToLWE引擎加載該xml文件執(zhí)行定義的Process，實(shí)現(xiàn)預(yù)定的軟件功能。圖3展示了流程定義工具的操作界面，左側(cè)列出了本文定義的活動(dòng)（元模型），中間是根據(jù)這些活動(dòng)對(duì)流程進(jìn)行可視化建模，最終將定義的流程輸出為xml文件。

圖3 ToLWE圖形化建模環(huán)境

3 基于ToLWE引擎軟件實(shí)現(xiàn)

本文基于該引擎實(shí)現(xiàn)了PC機(jī)和Andriod平板電腦之間的簡(jiǎn)單的文件同步系統(tǒng)，該系統(tǒng)要求實(shí)現(xiàn)將服務(wù)端（PC端）的文件和目錄同步到客戶(hù)端（Andriod平板）。圖4是通過(guò)建模環(huán)境設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的同步軟件服務(wù)端（Sync_Server）主流程（Process），該主流程除了流程入口和出口外包括兩個(gè)子流程——加載WDMVC基礎(chǔ)設(shè)施（Load wdmvc infrastructure，如圖5所示）和服務(wù)端的業(yè)務(wù)流程（Start app Process，如圖6所示）。加載WDMVC基礎(chǔ)設(shè)施流程加載引擎工作需要的資源完成引擎的準(zhǔn)備工作，是基于該引擎設(shè)計(jì)軟件的必要環(huán)節(jié)。服務(wù)端業(yè)務(wù)流程相對(duì)簡(jiǎn)單，包含了兩個(gè)活動(dòng)，LoadServerObjs活動(dòng)加載服務(wù)器端對(duì)象SyncServer，以便后續(xù)程序和客戶(hù)端能夠通過(guò)對(duì)象管理器（ObjectHome）訪問(wèn)；StartServerMainUI活動(dòng)啟動(dòng)服務(wù)器端的UI界面。通過(guò)我們的流程定義工具將主流程（bootprocess）生成bootprocess.xml，在軟件運(yùn)行時(shí)以bootprocess.xml作為情動(dòng)流程，啟動(dòng)軟件界面如圖7所示。

圖4 同步軟件服務(wù)端主bootprocess

圖5 加載WDMVC基礎(chǔ)設(shè)施流程

圖6 服務(wù)端的業(yè)務(wù)流程

圖7 服務(wù)端的啟動(dòng)界面

客戶(hù)端的設(shè)計(jì)也十分簡(jiǎn)單，只需要使用本文設(shè)計(jì)的流程定義工具定義客戶(hù)端啟動(dòng)流程bootprocess_client，生成對(duì)應(yīng)的bootprocess_client.xml流程定義文件，在軟件選擇bootprocess_client.xml啟動(dòng)即可。bootprocess_client與bootprocess的區(qū)別在于前者最后啟動(dòng)的流程是sync_client活動(dòng)而不是sync_server活動(dòng)。sync_client活動(dòng)同樣先加載遠(yuǎn)程服務(wù)器端對(duì)象SyncServer和本地客戶(hù)端對(duì)象SyncClient，然后啟動(dòng)客戶(hù)端的UI界面。

經(jīng)過(guò)實(shí)際驗(yàn)證基于ToLWE引擎設(shè)計(jì)的文件同步系統(tǒng)成功的PC端的文件，目錄同步到平板電腦中，軟件的工作正常。分析可以得出基于ToLWE引擎進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)具有3個(gè)明顯優(yōu)勢(shì)。首先，引入工作流的思想后使得軟件開(kāi)發(fā)的流程更加清晰規(guī)范，便于團(tuán)隊(duì)協(xié)作，軟件設(shè)計(jì)工作按流程設(shè)計(jì)，Activity實(shí)現(xiàn)進(jìn)行分工，而Activity之間的開(kāi)發(fā)也是獨(dú)立完成的。其次，實(shí)現(xiàn)了一次開(kāi)發(fā)代碼永久使用的增量開(kāi)發(fā)，如元數(shù)據(jù)模型（活動(dòng)）的擴(kuò)展是針對(duì)于引擎而獨(dú)立于具體軟件，其他軟件產(chǎn)品可以直接使用，極大的提高了代碼的利用率，如客戶(hù)端和服務(wù)端中共同使用了加載基礎(chǔ)設(shè)施和加載對(duì)象等活動(dòng)。最后，支持軟件高級(jí)使用者參與軟件設(shè)計(jì)，理想情況下使用者可以直接使用本文設(shè)計(jì)的流程定義工具定義軟件業(yè)務(wù)邏輯流程，通過(guò)引擎加載完成軟件設(shè)計(jì)，極大的提高了軟件靈活性和可定制性。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文將工作流的理念引入到了軟件設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一款基于令牌協(xié)議的輕量級(jí)工作流引擎，和配套的可視化流程定義工具。通過(guò)文件同步系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)可以看出基于ToLWE工作流引擎進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)可以明顯的提高軟件開(kāi)發(fā)速度，并支持軟件的高級(jí)用戶(hù)進(jìn)行軟件自定義，極大的降低了軟件開(kāi)發(fā)的技術(shù)門(mén)檻，提高了軟件開(kāi)發(fā)的靈活性和可定制性。

TolWE工作流引擎目前尚處在起步階段，需要根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行進(jìn)一步完善和改進(jìn)。ToLWE工作流引擎作為軟件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)設(shè)施支持持續(xù)的擴(kuò)展和完善，如執(zhí)行器，和活動(dòng)等方面的豐富。如目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的timer、fork等活動(dòng)還需要進(jìn)一步完善。另外流程定義工具尚只支持流程的定義，還不能將生成好的xml文件還原成可視化的流程圖。

參考文獻(xiàn)：

[1]http：//zh.wikipedia.org/wiki/%E5%B7%A5%E4%BD%9C%E6%B5%81.

[2]趙貴根.工作流系統(tǒng)框架研究[A].第六屆全國(guó)計(jì)算機(jī)應(yīng)用聯(lián)合學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C].第六屆全國(guó)計(jì)算機(jī)應(yīng)用聯(lián)合學(xué)術(shù)會(huì)議，2002：1650-1656.

[3]Akos Ledeczi，Miklos Maroti.The Generic Modeling Environment.Copyright 2001 IEEE.

作者簡(jiǎn)介：鄭超（1987-），男，吉林伊通人，碩士研究生，助教，研究方向：體系結(jié)構(gòu)、干部工作信息化、信息安全。

作者單位：南京政治學(xué)院上海校區(qū)軍事信息管理系，上海 200433；國(guó)防科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)學(xué)院，長(zhǎng)沙 410073