（信号与信息处理专业论文）基于native+xml数据库的工作流系统研究与应用.pdf

摘要 工作流技术成为当前企业信息化建设的一个重要的元素，它能调整企业的 业务过程，规范企业的经营管理，降低企业的经营成本，增强企业的竞争力。 不同的企业有不同的业务过程，其复杂度和应用范围有很大的差异，如何准确、 全面的设计工作流系统，使它能适应不同条件的需要，成为了工作流技术研究 的一个重点问题。 通过对工作流联盟提出的工作流系统规范，以及对国内外各种基于x m l 的 工作流平台和管理系统的研究，我们对工作流系统的模型和工作流引擎进行了 设计，并使用x m l 给出了定义。 本文分析了工作流模型中的各子模型，并将其中的必要元素抽取出来，使 用x m l s c h e m a 的形式给出了定义。使用雠语言实现了工作流引擎的各项功能， 工作流引擎通过解析工作流模型的x m l 定义以获得其中保存的相关信息，并根 据已定义好的管理方法对这些信息进行管理，以提供对实际系统的支撑。我们 使用n a t i v ex m l 数据库对x m l 信息进行存储和管理，既提高了系统的运行速 度，又充分利用了企业现有的资源。 本文采用模块化思想对工作流引擎进行设计，这不仅节省了成本，也使该 工作流模块有了二次开发的价值，有利于其产品化，也符合软件行业的发展模 式。 基于x m l 的工作流模型有效地描述了业务过程，同时通过对工作流引擎中 的过程解析、实例管理、资源管理、任务管理等功能的设计，实现了工作流系 统中的核心部分。随着n a t i v ex m l 数据库技术的不断完善，在工作流技术中引 入x m l 数据库技术，必为工作流技术的发展带来强劲的动力。目前已有的工作 流产品均将工作流引擎与数据库绑定在一起，不利于系统的移植，而本文将数 据表设计成x m ls c h e m a 格式，只要是支持n a t i v ex m l 数据库的数据库系统均 可使用，有效的节省了成本。 关键词：工作流系统，工作流引擎，n a t i v ex m l 数据库 a b s t r a c t w o r k f l o wt e c h n o l o g yi s b e c o m i n gac o r ee l e m e n to fb u s i n e s si n f b 册a t j o n i z a t i o n b u i l d i n g , v a l i d u s eo fw h i c h m a ya d j u s t t i m e l ye n t e r p r i s eb u s i n e s sp r o c e 鼹， s t a n d a r d i z em a n a g e m e n t ，r e d u c ec o s ta n de n h a n c ec o m p e t i t i o n b e c a u s eb u s i n e s s p r o c e s si nd i f f e r e n te n t e r p e i s e sh a sv a r i o u sd i f f e r e n c e si n u s i n ga p p t i c a t i o n s i t s c o m p l e x i t ya n da p p l i c a t i o na r e aa r ea l s od i f f e r e n t h o wt oe x a c t l ya n dc o m p l e t e l y b u i l dw o r k f l o ws y s t e ma n dm a k ei tc o u l da d a p th e t e r o g e n e o u se n v i r o n m e n ti sa l w a v s a l li m p o r t a n tr e s e a r c hc o n t e n to fw o r k f l o w t e c h n o l o g y w ed e s i g n e dt h ew o r k f l o wm o d e la n dw o r k f l o we n g i n ew i t hx m l t h r o u g l l r e s e a r c h i n g o nw o r l f l o w s y s t e m c r i t e r i o no f w f m c ( w o r k f l o wm a n a g e m e n t c o n f e d e r a t i o n ) a n dw o r k f l o wp l a t f o r m ，m a n a g e m e n ts y s t e mw h i c ha i e b a s e do n x m la th o m ea n da b r o a d i l a i sp a p e ra n a l y s e se v e r ym o d e lo fw o r k f l o wm o d e l ，a n d t a k e so u te v e r y e l e m e n t sd e s c r i b e db yx m l s c h e m af o r mw h i c ha r en e c e s s a r y , a n di m p l e m e n t e v e r y w o r k f l o we n g i n ef u n c t i o nw i t h 雠p r o g r a m w o r k f l o w e n g i n es u p p o r tr e a ls y s t e mb y o b t a i nr e l e v a n ti n f o r m a t i o nb y p a r s ex m ld e f i n i t i o no fw o r k f l o wm o d e l ，a n dm a n a g e t h i si n f o r m a t i o nb ym a n a g e m e n td e f i n e db e f o r e w es t o r ea n dm a n a g ex m l d a t a w i t hn a t i v ex m l d a t a b a s e ，t h i sc a l la c c e l e r a t es y s t e mr u n n i n g , a l s om a k et h em o s t u s eo fr e s o u r c eo f e n t e r p r i s e t h ew o r k f l o we n g i n ed e s i g n e du s e sm o d u l a r i z a t i o n c o n c e p t ，w h i c hc a ns a v e0 0 s t a n dh a v et h ew o r t ht ot a k es e c o n d a r yd e v e l o p m e n t ，a n di sb e n e f i c i a lt op r o d u c t f 0 珊a t a n d t h i sc a nb ea c c o r dw i t ht h em o d e lo fs o f t w a r ei n d u s t r y b u s i n e s sp r o c e s si sd e s c r i b e de f f e c t i v e l yb yw o r k f l o wm o d e lb a s e do nx m l m e s s a g et r a n s m i s s i o nm e c h a n i s m a tt h es a m et i m e ，w ea c h i e v et h eh a r dc o r e0 ft h e w o r k n o wb yd e s i g n i n gp r o c e s sp a r s e ，i n s t a n c em a n a g e m e n t ，r e s o u r c em a n a g e m e n t t a s km a n a g e m e n t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fn a t i v ex m l d a t a b a s e ，t h ei n t r o d u c t i o n o fn a t i v ex m ld a t a b a s e t e c h n o l o g y n o wa l lt h e i nw o r k f l o wm u s ta c c e l e r a t et h ed e v e l o p m e n to fw o r k f l o w w o r k f l o wp r o d u c t sc o m b i n e dw o r k f l o we n g i n ea n dt h e l l d a t a b a s e ，t h i sg o e sa g a i n s tt h es y s t e mm i g r a t i o n ，b u tt h i sp a p e rd e s i g nt h ed a t a t a b l e a sx m ls c h e m a , i tc a nb ea p p l i e db ya l lt h ed a t a b a s ew h i c hc a ns u p p o r tn a t i v ex m l d a t a b a s e ，w h i c hc a l ls a v ec o s ta v a i l a b l y k e y w o r d s ：w o r k f l o ws y s t e m ，w o r k f l o we n g i n e ，n a t i v ex m l d a t a b a s e i 独创性声明 本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学或其它教育 机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何 贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 关于论文使用授权的说明 期：丝堕! ! 三堑 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即学校有权 保留、送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部 或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 武汉理工大学硕十学位论文 第1 章绪论 本章将阐述论文研究的背景及意义，分析工作流技术的国内外研究现状， 给出论文主要的研究内容、所用的研究方法以及结构安排。 1 1 研究背景及意义 随着计算机技术和网络技术的发展，公司的组织和生产方式发生了很大的 变化【1 1 。产品的研发周期在缩短，产品的更新速度在加快，产品的销售方式呈现 多元化，产品的功能在增强，资金的周转速度在加快，不同企业之间的合作也 越来越紧密。这使得传统的组织生成和销售方式逐渐不能适应企业的需要。为 了在激烈的竞争环境中求得生存和发展，企业必须对自己的业务过程进行有效 管理，如业务过程的优化与重组等，以提高企业的效率，增强企业的竞争力。 业务过程重构( b p r ) 是对业务过程进行重新思考与设计，它的目标是产生 一个全新的业务过程，对原有的业务进行一次本质的更新和重构。这种业务重 构，可以带来企业成本、质量和服务等诸多内在方面的提高和根本改善，是提 高竞争力的一个重要手段。但是，由于目前对企业经营过程重组的研究尚处于 以概念、模型为主的框架性阶段，所以，人们在真正的重组实践中往往达不到 预期的目标。这一方面是由于有关b p r 的理论还不成熟，另一个重要的原因则 是人们在实施b p r 的过程中缺乏有效的支持工具和评价标准，无法对重组的经 营过程进行有效的仿真、定量的计算和分析，不能对重组后的结果进行合理、 准确的预测。工作流技术为减少这种重组的风险提供了一种非常合适的解决方 案，为b p r 的成功实施提供了有力的支持。 工作流技术作为一门对企业业务过程进行管理和监控的技术，起源于办公 自动化领域，但目前在工业领域中得到了广泛的应用。它把业务过程分解成定 义良好的任务、角色和规则，结合计算机和网络技术来实施流程分析、流程管 理、流程再造和流程监控，以达到提高效率、降低生成成本、提高企业生产经 营管理水平和企业竞争力的目的。 武汉理工大学硕士学位论文 工作流管理系统作为工作流运行的环境，不仅要集成企业的现有系统，还 要提供不同部门或不同企业之间的协作环境。这就要求信息能够在不同部门或 者不同企业之间进行高效地传递。由于信息需要一定的载体和方法才能够实现 有效的传递。如何选择信息的载体是一个很重要的问题。x m l ( e x t e n s i b l em a r k u p l a n g u a g e ，可扩展标记语言) 的出现为问题的解决提供了很好的帮助。x m l 作 为一种标准的、可扩展的、半结构化的标记语言正逐渐成为各种数据表示和交 换的新标准。它可以跨越不同的平台，适应异构环境，能够满足工作流运行环 境的需要。 工作流技术是实现企业业务过程设计、业务过程仿真分析、业务过程优化、 业务过程管理与集成，最终实现业务过程自动化的核心技术。对企业利用工作 流技术进行业务过程的设计和深入分析，不仅可以规范企业的业务流程，发现 业务流程中的不合理环节，进而对企业的业务流程进行优化和重组，而且还可 以最大程度地集成企业的现有信息资源，实现资源的充分利用。企业采用工作 流管理系统还可以更好的与上下游企业形成快速响应市场的供应链网络，缩短 业务过程的处理时间，降低管理成本以及提高工作效率。因此对工作流管理系 统的研究具有重要的理论意义和应用价值。 1 2 国内外研究现状 工作流的概念【3 l 可以追溯到2 0 世纪7 0 年代的“无纸化办公 。纸张作为传 统的信息载体在信息传递与信息处理上效率比较低，需要花费大量的人力、物 力来完成信息的处理、组织、存储以及检索，同时这种方式降低了对客户需求 的响应速度，给企业的生产经营带来了不利的影响。为了提高效率，建立无纸 化的办公环境，很多企业建立了表单传递应用系统来实现日常表单处理的电子 化与自动化，这些系统可以看成是工作流管理系统的雏形，只不过系统所适用 的环境比较简单，所提供的功能还不全面。 8 0 年代中期，f i l e n e t 和v i e w s t a r 等公司率先开拓了工作流产品市场，成为 最早的一批工作流产品供应商。它们把图像扫描、复合文档、结构化路由、实 例跟踪、关键字索引及光盘存储等功能结合在一起，形成了一种全面支持某些 业务流程的集成化的软件包，这便是早期的工作流管理系统。这个时期比较典 型的工作流管理系统有f i l e n e t 于1 9 8 4 年推出的w o r k f l o w 商用系统；v i e w s t a r 2 武汉理上大学硕十学位论文 于1 9 8 8 年推出的v i e w s t a r ；i b m 于1 9 8 8 年推出的l m a g e p l u s 。 进入2 0 世纪9 0 年代，随着计算机与网络技术的迅速发展，特别是在i n t e r a c t 应用同益普及的情况下，现代企业信息系统的分布性、异构性和自治性的特征 越来越显著，相应的企业信息资源也分布在异构的计算机环境中，信息源之间 的连接表现出松散耦合的特点。企业物理位置的分散性和决策制定过程的分散 性特征日益明显，对日常业务活动详细信息的需求日益提高，c l i e n t s e r v e r 体系 结构和分布式处理技术( c o r b a , w w w , o l e ，j a v a ) 的广泛应用，都说明了这 样一个事实：集中式信息处理的时代即将成为过去，取而代之的将是大规模的 异构分布式信息处理与应用执行环境。在这种大规模的分布式环境下高效运转 相互关联的任务，并且对执行的任务进行密切监控已经成为一种发展趋势。在 这种技术背景之下，工作流管理系统也由最初的创建无纸办公环境，转而成为 同化企业复杂信息环境，实现业务流程能够自动执行的必要工具。 目前，在全球范围内，对工作流的技术研究以及相关产品的开发进入了更 为繁荣的阶段，更多的新技术被集成进来，文件管理系统、数据库、电子邮件、 移动式计算、i n t e r n e t 服务等都已被容纳到工作流管理系统中。随着新技术的不 断融入，工作流产品的功能在不断的强大，技术在不断完善，如工作流模型的 描述能力更强，各个模型之间的集成更加有效，分布式坏境下资源的协调和任 务优化调度策略得到加强等。 随着工作流技术的发展，世界上出现了一些优秀的工作流管理系统产品。 这些产品中比较有代表性的产品有： ( 1 )i b m 的m q s e i r e sw o r k f l o w 工作流产品 i b m 推出的工作流产品m q s e i r e sw o r k f l o w 是i b m 的商业集成软件 m q s e i r e s 中的一部分。它将经营过程从应用逻辑中分离出来，可以帮助企业用 更少的时间、更快的速度集成非常复杂的应用与资源，实现降低成本、减少错 误、提高生产力，从而达到可以根据市场需求灵活地改变经营过程的目 的。m q s e i r e sw o r k f l o w 以i b m 公司的消息服务产品m q s e i r e s 为基础，可以将 分布在异构平台环境下的不同活动、系统和应用程序有机地集成起来，为在 i n t e r n e t 环境下实现电子商务提供了保障。 ( 2 ) a c t i o n 技术公司的m e t r o 工作流产品 a c t i o n 技术公司为知识工程师提供了一套基于w e b 的工作流管理软件 a c t i o nm e t r 0 4 0 。它不仅能够管理确定的过程，而且对过程中不可预见的问题和 3 武汉理工大学硕士学位论文 要求也可以进行控制。此外，还为用户提供了管理不确定型的协作和任务的工 具。用户可以用a c t i o n 技术公司提供的工具在整个企业，甚至企业间建立一个 基于w e b 或c s 的工作流管理环境。a c t i o n 技术公司的产品将i n t e r n e t 技术与 s q i ，的事务处理技术结合起来，提供了内置的安全措施，即使对于最复杂的、分 布式的和需求不断修改的工作流也能够保证经营过程的一致性。其产品能够运 行在多个服务器的分布式环境，并支持各种工业标准，具有良好的可扩展性和 灵活性，从而可以保证用户在1 1 r 方面的投资得到充分的利用。 ( 3 ) f i l e n e t 公司的v i s u a lw o r k f l o w 工作流产品 v i s u a lw o r k f l o w 是f i l e n e t 公司集成文档管理软件系列产品中的一部分，与 集成文档管理软件中的其它产品合作，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。它允许迅速地评价和改进机构工作方 式，可以随时查看过程中关键的细节，实时掌握过程的运行情况。它还能帮助 生成天、周、月、季度或者年的工作负载报告，以便改进过程模型。它还提供 w e b 服务，支持跨企业的经营过程集成。 ( 4 ) 佐治亚大学计算机系的m e t e o r 工作流产品 m e t e o r 是由佐治亚大学计算机系的l s d i s 实验室( 1 a r g es c a l ed i s t r i b u t e d i n f o r m a t i o ns y s t e ml a b ) 开发的一套具有自适应能力的工作流管理原型系统。 它能够支持大规模复杂应用，并保证这些应用在异构企业环境中能够正常运行。 该系统采用了完全分布式的体系结构，在系统中设计并实现了分布调度模块来 完成工作流任务的最优调度。它能够支持多种操作系统并采用了w e b 和c o r b a 等技术，为分布式环境下的互操作提供了良好的支持。m e t e r 对于各种异常情况 的处理方法和系统出现故障后的恢复方法也进行了研究，提出了一系列措施来 保证整个系统运行的安全性。 国内对工作流的研究【4 j 起步比较晚，但也取得了一定的成就。比较有代表性 的工作流产品有：清华大学采用c o r b a 和w e b 技术开发的c i m f i o w 工作流管 理系统；浙江大学中间件技术工程研究中心开发的钱塘工作流管理系统 ( j t a n g f l o w ) ，它以w f m c 的工作流参考模型为开发基础，是一套面向电子政 务、电子商务等行业的通用工作流管理平台；西安协同软件公司开发的协同工 作流管理系统( s y n c h r o f l o w ) 。 n a t i v ex m l 数据库【5 j 是专门为x m l 数据设计，也有一般数据库的特性，唯 一不同之处在于其内部存储模型是基于x m l 文档树形结构，而非关系模型，较 4 武汉理丁大学硕士学位论文 之一般的x m l 使能数据库，有以下优点：x m l 支持文档存取无需模式转换， 存取速度快；对格式复杂的x m l 文档支持较好；支持所有x m l 技术标准。 现在n a t i v ex m l 数据库已日趋成熟，其中i b md b 2v 9 已将其发展到了一 个新的高度。n a t i v ex m l 数据库的发展现状是： 1 ) d 3 支持： 2 ) 事务、并发控制，提供可靠的数据恢复机制； 3 ) 支持x p a t h 和x q u e r y 两种查询和i n m e m o r y 的高速索引； 4 ) 基于图形和命令行的用户界面，并提供了各种工具，如导入导出，备份 等； 5 ) 支持x m l 文档的多版本控制； 6 ) 支持d o m 、s o a p 、c o m 、e j b 和j a v a a p i 多种数据库访问协议和开发 接口； 7 ) 多种平台：w i n d o w s ，l i n u x 和s o l a r i s 。 现在几乎所有的n a t i v ex m l 数据库都为基于w e bs e r v i c e 等新技术的应用 提供了一整套完整的解决方案。n a t i v ex m l 数据库在处理x m l 数据拥有传统 数据库所不能比拟的天生优势，已促使越来越多的目光聚集到它上面，它现在 以每年2 0 0 的速度增长，成为数据库技术发展的趋势之一。 1 3 论文主要的研究方法和内容 对工作流管理系统的研究最重要的是对工作流模型1 3 j 的研究和对工作流执 行服务的研究。工作流模型是实际业务过程的一种抽象描述。在工作流模型中 给出了业务过程实例执行时所需的各种信息，如业务过程包含哪些活动、这些 活动之间的关系、每个活动要实现的功能、每个活动开始和结束的条件以及活 动之间发生转移的条件等信息。描述业务过程的信息也要容易被计算机所执行。 工作流执行服务吲就是为工作流实例的执行提供环境，以及管理和监控过程实例 的执行，包括工作流引擎的初始化、读取过程实例执行的参数、开启过程实例、 提供过程实例与外部应用交换信息的接口以及导航过程实例的执行等。 准确的描述业务过程中各种复杂的关系且描述语言既能够被人容易看懂又 能够被计算机容易处理是一件比较困难的事情。在建立工作流模型时，本文对 5 武汉理工大学硕士学位论文 业务过程进行抽象，从中抽象出一些基本元素。把总的工作流抽象为一个包， 把一个业务过程或一些相对独立的任务抽象为一个过程，把业务过程中一个具 体的任务或操作抽象为活动，把任务之间的关系抽象为过程控制，把每个过程 或活动需要的数据信息抽象为数据对象，把活动的执行者抽象为参与者，把过 程实例中调用的各种程序抽象为应用程序。对这些基本元素的内容信息进行了 详细的定义。任何业务过程都可以通过这些元素进行描述，通过修改这些元素 的内容可以建立不同的工作流模型。元素信息通过x m l 语言进行描述。x m l 语言具有很强的数据描述能力，可以采用嵌套的方式对数据进行描述。该语言 既容易被人读懂，又容易被计算机处理，是描述工作流模型的一种比较理想的 语言。 对工作流执行服务的设计，本文采用模块化设计方法。每个模块负责处理 一些专门事务，比如过程解析模块负责处理过程定义的解析，过程导航模块负 责处理过程实例间的导航。模块之间留有专用的接口，负责各个模块之间的通 信。不同的模块被任务管理器统一调用。对工作流执行服务采用模块化设计， 有利于工作流管理系统的扩展，以及对工作流管理系统进行定制。 工作流系统是一个大系统，涉及到的组件比较多，包括工作流设计工具、 工作流引擎、客户端应用程序以及应用程序管理等组件。工作流系统涉及到的 知识面也比较宽，本文主要对工作流系统中的以下内容进行了重点研究： 1 ) 工作流设计【7 l 【8 l ，对业务过程进行研究，从业务过程中抽象出一些通用的 元素，用这些元素对业务过程进行描述。定义了每个元素所包含的信息。 2 工作流管理系统的体系结构1 9 l ，采用三层结构对工作流管理系统进行设 计，分析了该体系结构的优点。采用w e b 技术，以b s 结构对工作流管理系统 的客户应用程序进行设计。 3 ) 工作流引擎1 1 0 l ，分析了工作流引擎应具有的功能，设计了工作流引擎包 含的模块，给出了模块的程序实现以及数据库实现。 4 ) x m l 数据库【5 1 ，研究了x m l 数据库的分类，分析了各种x m l 数据库的 特点，给出了关系数据如何在x m l 数据库中的存储，说明了系统采用的x m l 数据库的优点。 5 ) 过程模型斟9 1 ，建立了各个模型在数据库中的存储表，设计了各个表的 字段以及字段的类型，建立了系统的过程模型。 6 武汉理 ：大学硕士学位论文 1 4 论文结构 论文共五章，各章节安排如下： 第1 章阐述了论文的选题背景及意义，工作流技术的国内外发展现状、论 文研究的内容及方法。 第2 章对论文中用到的知识进行了简单研究，包括工作流技术的基本知识， 工作流管理系统；x m l 技术的一些知识，以及n a t i v ex m l 数据库的知识：w e b 技术以及w e b 应用的一般体系结构。 第3 章设计了工作流管理系统，包括对工作流模型的内容，各个模型的功 能及基本元素的内容进行设计；对工作流引擎应具有的功能，各个模块的功能 以及工作流引擎的体系结构进行设计。 第4 章给出了工作流管理系统的实现。包括工作流模型中各个基本元素内 容的实现，工作流引擎各个模块功能的实现，以及各个模块的数据库实现，并 给出了该工作流管理系统在现实系统中的应用。 第5 章为全文的总结。总结了本文的工作，同时给出了系统存在的不足以 及对未来的展望。 7 武汉理工大学硕士学位论文 第2 章相关技术 本章将对论文中用到的技术做简单研究。首先研究工作流以及工作流管理 系统的基本知识，阐述工作流管理联盟给出的工作流参考模型。随后分析x m l 相关技术，包括x m l 数据库。最后给出w e b 技术的概念以及w e b 应用程序的 体系结构。 2 1 工作流技术 工作流技术是本文研究的重点内容。本节对工作流的基础知识作简要介绍， 包括工作流的概念，工作流管理系统以及工作流参考模型的一些基础知识。通 过对这些基础知识的研究，为后续工作流模型和工作流引擎的研究做个铺垫。 2 1 1 工作流概述 工作流的概念起源于生产组织和办公自动化领域，它是针对日常工作中具 有固定程序的活动而提出的一个概念。目的是通过将工作分解成定义良好的任 务、角色，按照一定的规则和过程来执行这些任务并对它们进行监控，达到提 高办事效率、降低生产成本、提高企业生产管理水平和企业竞争力的效果。随 着工作流技术的发展和计算机网络技术的不断进步，工作流管理系统的功能越 来越强大，应用范围也越来越广。工作流管理系统把企业的各种应用系统连接 起来，在它的控制下，各个系统能够协调工作。工作流管理系统可以看作企业 的业务操作系统，控制着各个应用系统的运行，充分发挥它们的功能，为企业 提供高效的管理和监控工具，提高企业的效率。 工作流至今没有统一的定义。不同的研究者和工作流产品的供应商从不同 的角度给出了工作流的定义。 g e o r g a k o p o u l o s 给出的工作流的定义是：工作流是将一组任务( t a s k ) 组织 起来完成某个经营过程。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 8 武汉理工大学硕士学位论文 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( 数据流) 的传递。 p e o p l e s o f t 公司给出的工作流定义为：工作流是一个用来实施经营过程实践 的机制。 i b ma l m a d e n 研究中心给出的工作流的定义为：工作流是经营过程的一种 计算机化的表示模型，定义了完成整个过程所需用的各种参数。这些参数包括 对过程中每一个步骤的定义、步骤间的执行顺序、条件以及数据流的建立、每 一步骤由谁负责以及每个活动所需要的应用程序。 1 9 9 3 年工作流管理联盟( w o r k f l o wm a n a g e m e n tc o a l i t i o n ，w f m c ) 的成立 标志着工作流技术开始进入相对成熟的阶段。w f m c 是由世界上一些大的工作 流产品厂家组成的为制定工作流技术标准而成立的一个联盟。w f m c 在工作流 管理系统的相关术语、体系结构以及编程接口( w a p i ) 等方面制定了一系列的 标准，以实现不同产品之间能够互操作。 工作流管理联盟给出的工作流的定义为：工作流是一类能够完全或者部分 自动执行的经营过程，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。 2 1 2 工作流管理系统 工作流管理系统就是为工作流的执行提供运行环境，根据过程定义监控和 控制过程实例的执行，完成与执行者和应用程序的交互，实现系统所定义的功 能。工作流管理联盟给出的工作流管理系统的定义为：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。 工作流管理系统根据所实现的业务过程、底层实现技术以及任务项传递机 制等可以对工作流管理系统进行不同的分类、但从总体上来看，所有这些工作 流管理系统都提供如下3 种基本功能： ( 1 ) 过程设计功能：工作流管理系统的部署可以分为两个阶段：建立阶段 与运行阶段。建立阶段主要完成业务过程的设计，即把实际的业务过程转换成 计算机的定义。这要对实际的业务过程进行设计，分析工作流过程和相关活动 之间的关系，设计系统的模型，并把模型生成过程定义。 9 武汉理工大学硕十学位论文 ( 2 ) 运行阶段的控制功能：在一定的运行环境下，解析过程定义，初始化 过程模型，生成过程实例。根据模型定义的运行条件和工作流相关数据，启动 过程实例，执行工作流过程。控制过程实例的运转，完成工作流模型中定义的 各个活动的功能。 ( 3 ) 运行阶段的人机交互功能：当活动实例的执行需要人或应用程序参与 时，工作流管理系统提供人机交换接口，建立工作流实例和人员之问的连接， 响应用户的请求，对人员做出的各个动作进行相应的处理，保存人员对工作项 的执行结果及提交的相关数据。 工作流管理系统三个主要功能之间的关系如图2 1 所示。 过程设计与定义 建立阶段 运行阶段 过程实例化与控制 人机交互 图2 - 1 工作流管理系统各组件关系图 为了规范工作流管理系统，使不同的公司在开发工作流产品时有开发依据， 工作流管理联盟在对工作流管理系统进行总结和抽象的基础上给出了工作流参 考模型。工作流参考模型给出了一个工作流管理系统的基本组成，并定义了工 作流管理系统中各个组成部分之间的接口，其结构如图2 2 所示。 从图2 2 可以看出，一个工作流管理系统主要由五个部分组成，并定义了五 个接口。这五个模块分别为：过程定义工具、工作流客户应用、工作流引擎【2 1 , 2 2 1 调用应用程序、工作流执行服务和工作流管理工具。各个模块的主要功能如下 所述： ( 1 ) 过程定义工具：即设计工具，完成对业务过程的设计。业务过程在进 1 0 武汉理工大学硕士学位论文 行计算机表示以前，首先要用设计工具对业务过程进行设计，分析各个过程和 活动的开始执行条件，定义各个活动之间的关系，活动转移发生的条件以及各 个活动要完成的任务等。然后把这些工作流模型生成过程定义以供计算机执行。 图2 2 工作流参考模型 ( 2 ) 工作流客户应用：主要是对工作项进行管理的客户应用程序。当活动 实例的执行需要生成工作项时，该应用程序要对工作项进行管理。包括对用户 的操作进行响应，修改工作项的状态，向工作流引擎提交数据等。该应用程序 可以基于w e b 浏览器，也可以是专门开发的客户应用程序。 ( 3 ) 工作流引擎调用的应用程序：该应用程序主要用来实现活动实例要实 现的功能。它被工作流引擎调用，接收工作流引擎传递的参数，并把执行结果 返回给工作流引擎。 ( 4 ) 工作流执行服务：该部分是工作流管理系统中最重要的部分。它要提 供工作流实例的运行环境，包括提供对工作流引擎的初始化、解析过程定义、 调用工作流模型、初始化过程实例、控制工作流实例的运转、修改过程实例的 状态、完成与用户和应用程序的交换、维护工作流控制数据和工作流相关数据 等服务。 ( 5 ) 工作流管理工具：主要为管理员提供一个管理接口。该管理工具要为 管理员提供对过程实例的查询、启动一个工作流实例、改变过程实例的状态、 武汉理工大学硕士学位论文 删除过程实例等操作。 2 2x m l 数据库 x m l 技术【1 3 1 1 1 q 【1 7 】【1 8 l 是本文中用到的一项重要技术。工作流的设计、工作流 引擎之间的通信以及数据的管理都要用到x m l 技术。x m l 技术是一个技术群， x m l 数据库就是随着x m l 技术的发展在关系数据库上发展起来的一项新技术。 本节将对论文中用到的x m l 相关技术进行研究。 2 2 1x m l 概述 x m l 是由万维网联盟开发的一种描述数据的技术。它是一种可根据应用程 序以不同的方式来描述各种不同类型文件和数据的逻辑结构的元语言( m e t a l a n g u a g e ) 。这种通用的、弹性的、可扩展的方法，具有广泛的应用范围，从文 字处理、电子商务到数据备份储存，x m l 的影响力几乎可以与s q l 相提并论。 这个标准同样地也提供了一个坚定的共同平台，让不同平台或受系统限制的软 件能够彼此相互沟通。x m l 并不是单独存在的，因为x m l 不只是用于一种数 据格式的使用，它需要与多种相关的技术相互作用。x m l 的标准体系由一连串 不同的“子标准 组成，它们共同定义和描述了文件表现与使用的各个层面。 x m l 的特点决定了其卓越的性能表现。x m l 作为一种标记语言，有许多特 点。简单：x m l 经过精心设计，整个规范简单明了，它由若干规则组成，这些 规则可用于创建标记语言，并能用解析器处理所有新创建的标记语言；开放： x m l 在市场上有许多成熟的软件可用来帮助编写、管理等，开放式标准x m l 的基础是经过验证的标准技术，并针对网络做最佳化；高效且可扩充：支持复 用文档片断，使用者可以创建和使用自己的标签，也可与他人共享，可延伸性 大，在x m l 中，可以定义无限量的一组标注；国际化：标准国际化，且支持世 界上大多数文字。 正是由于以上的特点，x m l 给基于w e b 应用软件赋予了强大的功能和灵活 性，因此它给开发者和用户带来了许多好处。x m l 技术的使用前景是非常广泛， 主要有以下几点： 商务的自动化处理：x m l 的丰富标签完全可以描述不同类型的单据，例如 1 2 武汉理t 大学硕士学位论文 信用卡、保险单、索赔单以及各种发票等。结构化的x m l 文档发送至w e b 的 数据可以被加密，并且很容易附加上数字签名。因此，x m l 有希望推动电子数 据交换( e d i ：e l e c t r o n i cd a t ai n t e r c h a n g e ) 技术在电子商务领域的大规模应用。 信息发布：信息发布在企业的竞争发展中起着重要作用。服务器只需发出 一份x m l 文件，客户可根据自己的需求选择和制作不同的应用程序以处理数据。 加上x s l ( e x t e n s i b l es t y l es h e e tl a n g u a g e ) 的帮助，使广泛、通用的分布式计 算成为可能。 智能化的w e b 应用程序和数据继承：x m l 能够更准确地表达信息的真实内 容，其严格的语法降低了应用程序的负担，也使智能工具的开发更为便捷。来 自不同应用程序的数据也能够转化到x m l 这个统一的框架中，进行交互、转化 和进一步的加工。 正是由于x m l 具有如此多的优点，本文采用x m l 对工作流模型进行描述， 并把它作为工作流引擎间信息交换的载体。 2 2 2n a tiv ex m l 数据库 随着x m l 文档的逐渐增多，如何有效地存储和管理x m l 数据【5 】1 1 1 】【1 4 】是目 前急需解决的问题，也是当前研究的一个热点。x m l 数据库技术正是为解决以 上问题而出现的一门新技术，x m l 数据库的定义为：一个x m l 数据库是x m l 文档及其部件的集合，并通过一个具有能力管理和控制这个文档集合本身及其 所表示信息的系统来维护。 x m l 数据库的创始者定义了三种x m l 数据库系统【1 1 l ：纯x m l 数据库【2 5 】 ( n a t i v ex m ld a t a b a s e ) 、x m l 使能数据库( x m le n a b l e dd a t a b a s e ) 和混合 x m l 数据库。纯x m l 数据库是专门设计用于存储和管理x m l 文档的数据库， 它以x m l 文档作为数据库的存储单元进行操作和管理。x m l 使能数据库则是 在传统数据库的基础上增加对x m l 的支持，以便保存和输出x m l 形式的文档， 通过适当的x m l a p i 对x m l 文档进行查询和修改。混合x m l 数据库则是通过 x m l 和其它的访问接口对x m l 文档进行管理和操作。 n a t i v ex m l 数据库是专门为存储x m l 文档设计，也兼有一般数据库的特 性，例如支持事务，并发控制，查询语言，安全机制，二次开发接口等。与使 能数据库或混合x m l 数据库唯一的不同之处在于其内部存储模型是基于x m l 1 3 武汉理工大学硕士学位论文 文档树形结构，而非关系模型。n a t i v ex m l 数据库提供传统数据库绝大部分功 能，而且支持x m l 的最新标准，非常方便x m l 开发人员进行开发。 由于本文所依托的项目中如果x m l 文档格式复杂，数据本身就有层次性关 系，所以本文采用n a t i v ex m l 数据库，它能提供更好的性能，对x m l 标准有 更完备的支持。 我们选用i b m 公司最新推出的d b 2v 9 2 6 1 1 3 0 l 作为本系统使用的n a t i v ex m l 数据库产品。d b 2v 9 是目前流行的大型数据库之一，用户可以用结构化的查询 语言( s o l ) 对数据库对性进行创建、更新及控制。它将传统的静态数据库转变 为交互式的动态数据服务器。使用户能更好的管理所有类型的数据( 如：文本、 声音、图像、视频等) ，它率先实现了可扩展标记语言( x m l ) 和关系数据库之 间无缝交互，而无需考虑数据的格式、平台或位置。d b 2v 9 中n a t i v ex m l 的 特剧2 9 】有： 1 ) 对标准的支持：x m l 、x q u e r y 、s q i j x m l 、x m l s c h e m a 等等； 2 ) 与d b 21 0 0 集成，对x m l 的处理可充分利用d b 2 性能、扩展性、可 靠性、可用性等等； 3 ) 与s o l1 0 0 集成，将x m l 定义为一种新数据类型，同一语句可以同时 方位关系型数据和x m l 数据； 4 ) 最大限度的体现x m l 的灵活性，任何文档、任何s c h e m a 都可以存储， 支持x m l 索引，对x q u e r y 广泛的支持等等。 2 3w e b 技术 w e b 技术是随着i n t e m e t 的发展而出现的一项新技术。基于w e b 的应用程序 有很多优点，如稳定性比较高、可扩展性比较强以及部署比较容易等。本文基 于w e b 技术构建了工作流管理系统的体系结构。本节对w e b 技术的基本知识以 及w e b 应用程序的一般结构进行了研究。 2 3 1w e b 技术 w e b 技术是指与互联网上浏览器、搜索引擎和门户网站等相关的技术，它 是i n t e r n e t 上发展最迅速的技术之一。w e b 技术的出现，改变了人们的生活方式 1 4 武汉理工大学硕士学位论文 和企业的经营模式。人们通过浏览器可以浏览很多信息，通过搜索引擎可以获 取自己想要的信息，通过网络可以进行网上办公和远程教育。人们获取知识的 途径更多，获取知识的速度更快。企业可以通过w e b 技术发布自己的企业信息， 销售自己的产品以及网上支付等。借助w e b 技术，企业的效率得到很大的提高。 随着w e b 技术的发展，在工作流管理系统中引入w e b 技术成为工作流技术 发展的一个趋势