王 暢

(江蘇教育學院 運河分院，江蘇 邳州 221300)

?

基于SOA的工作流管理系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)研究

王 暢

(江蘇教育學院 運河分院，江蘇 邳州 221300)

針對傳統(tǒng)的工作流技術(shù)無法滿足在信息技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)飛速發(fā)展的背景下對跨企業(yè)、跨地域合作的需求這一缺點，提出了一種基于SOA的體系結(jié)構(gòu).SOA具備柔性好、互操作性強、松散耦合、可重用性高、支持異構(gòu)環(huán)境等優(yōu)勢，基于這些優(yōu)勢，研究了Web Service、XML、SOAP、WSDL和BPEL的改進版本W(wǎng)S-BPEL五種關(guān)鍵技術(shù)，為基于SOA架構(gòu)下的WfMS的設(shè)計與實現(xiàn)提供了理論支撐和技術(shù)支持.

工作流；SOA；管理系統(tǒng)

工作流技術(shù)的提出和引入源于辦公自動化(OA)領(lǐng)域，其核心理念是將企業(yè)中一些固有的或固定的活動按照約定的規(guī)則或順序來執(zhí)行、管理和監(jiān)控，實現(xiàn)業(yè)務(wù)活動自動化或半自動化運行.有了工作流技術(shù)的加入，企業(yè)大大地提高了辦公效率、縮減了生產(chǎn)與管理的成本、增強了自身的業(yè)務(wù)能力水平、提高了企業(yè)的競爭力.

從20世紀80年代以來，一部分工作流產(chǎn)品供應(yīng)商為了開拓市場，相繼推出了自己的工作流產(chǎn)品，例如ViewStar等.這些工作流產(chǎn)品對某些業(yè)務(wù)流程的簡化和重組提供了一定程度的支持，但是受限于當時的計算機發(fā)展水平，它也只能夠?qū)崿F(xiàn)簡單的業(yè)務(wù)流程執(zhí)行或部分集成.

進入20世紀90年代，為了實現(xiàn)系統(tǒng)必要的交互和協(xié)作，一門新興的技術(shù)工作流管理系統(tǒng)(workflow management system，WfMS)受到了多方的關(guān)注.為了保證用戶和開發(fā)者都能夠擁有一個共同的標準，工作流管理聯(lián)盟(workflow management coalition，WfMC)給出了WfMS參考模型，在一定程度上增強了系統(tǒng)的可用性，提高了系統(tǒng)的靈活性，但其在很多技術(shù)細節(jié)上仍然無法滿足系統(tǒng)的可重用性、互操作性等.隨著計算機技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的普及和發(fā)展，現(xiàn)代企業(yè)內(nèi)部甚至是企業(yè)間的組織結(jié)構(gòu)和業(yè)務(wù)流程已經(jīng)日趨復雜，企業(yè)的管理和聯(lián)系呈現(xiàn)出一種分布、異構(gòu)的特點，這就要求各自的工作流管理系統(tǒng)能夠支持在分布異構(gòu)的環(huán)境下實現(xiàn)業(yè)務(wù)流程的協(xié)作[1].此外，一個完整的業(yè)務(wù)流程很有可能會涉及到跨多個地域、多個企業(yè)，并且基于不同的軟件系統(tǒng)和編程語言等因素，所以要想實現(xiàn)分布異構(gòu)環(huán)境下的大規(guī)模的業(yè)務(wù)流程協(xié)作，必須要有一種基于Internet管理、能夠?qū)Ψ植籍悩?gòu)的環(huán)境提供支持的工作流管理系統(tǒng)，而傳統(tǒng)的工作流技術(shù)在互操作的支持上欠佳，并不能解決諸如企業(yè)間電子商務(wù)動態(tài)連接、跨平臺跨地域合作等迫在眉睫的問題.

于是，在這樣的背景下提出了一種面向服務(wù)的架構(gòu)[2](service oriented architecture，SOA)，能夠有效地解決此類問題.

1 SOA的概念和體系結(jié)構(gòu)

1.1 SOA基本概念

SOA[3]，面向服務(wù)的體系架構(gòu)，是一類組件模型，所有的功能通過服務(wù)實現(xiàn)，服務(wù)與服務(wù)之間的聯(lián)系和調(diào)用，均通過良好的接口和契約來完成，且這種聯(lián)系和調(diào)用無需考慮服務(wù)自身的軟硬件環(huán)境，具備跨平臺實現(xiàn)的特性.

不少研究機構(gòu)和專家對SOA都有各自的見解，其中比較權(quán)威的是Gartner對SOA下的定義：面向服務(wù)的架構(gòu)是一種C/S軟件設(shè)計方法，由軟件服務(wù)和軟件服務(wù)請求者組成.SOA與大部分C/S模型的不同之處在于，它更強調(diào)的是軟件之間的松散耦合和使用獨立的標準接口.

總之，SOA可以支持不斷動態(tài)變化的信息或環(huán)境，例如業(yè)務(wù)范圍的更改、角色權(quán)限的變化、業(yè)務(wù)伙伴的增減等.在分布、異構(gòu)環(huán)境已經(jīng)成為企業(yè)間建立聯(lián)系所不可避免的前提下，SOA能夠有效地支持企業(yè)與企業(yè)之間點到點的業(yè)務(wù)集成，在異構(gòu)的環(huán)境中實現(xiàn)業(yè)務(wù)協(xié)作.

1.2 SOA特點

由于傳統(tǒng)的工作流技術(shù)無法滿足在信息技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)飛速發(fā)展的背景下對跨企業(yè)、跨地域合作的需求，而SOA的技術(shù)基礎(chǔ)是Web Service，通過Web Service技術(shù)打破由于體系結(jié)構(gòu)不同、語言不同和平臺不同而導致的異構(gòu)環(huán)境下無法集成和連接的局面.在工作流技術(shù)中引入Web Service，將各種應(yīng)用程序封裝成Web Service，借助SOA的思想，對外公布和提供其標準的接口，支持和實現(xiàn)企業(yè)間跨平臺地工作流連接和互訪.因此，將SOA與工作流相結(jié)合是完全可行的，其優(yōu)越性主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

1)柔性好.因為在SOA架構(gòu)下，被調(diào)用的應(yīng)用程序被封裝為獨立的服務(wù)，從服務(wù)能力的角度來看，當流程定義、系統(tǒng)權(quán)限、資源信息等發(fā)生變化的時候，業(yè)務(wù)流程可以根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)外部環(huán)境的變化作出快速地反應(yīng)并按照新的業(yè)務(wù)順序和規(guī)則加以重組，避免系統(tǒng)內(nèi)部牽一發(fā)而動全身的狀況發(fā)生.從可擴展性的角度來看，能夠依據(jù)企業(yè)增加的需求調(diào)用相應(yīng)的服務(wù)而動態(tài)實現(xiàn)功能的擴展，而不必考慮重新建模等問題，大大地削減了維護成本.

2)軟件組件松散耦合(Loosely Coupled)[4].松散耦合是指組件對為其提供服務(wù)的另一個組件的依賴性不強，它具備語言獨立性和平臺獨立性.當某一個Web服務(wù)進行變更的時候，對于調(diào)用者來講，是不會發(fā)現(xiàn)其內(nèi)部變更的，換句話說，Web服務(wù)的任何變更對調(diào)用者來講都是透明的.對于松散耦合來說，采用XML/SOAP這樣的適合互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境的消息交換協(xié)議，能夠很好地實現(xiàn)Web服務(wù)的發(fā)布和調(diào)用.

3)更高的可重用性.正是由于SOA的架構(gòu)具備松散耦合的特性，服務(wù)請求者無需知道服務(wù)提供者的任何實現(xiàn)細節(jié)，是一種面向?qū)ο蟮膶崿F(xiàn)機制，這就使服務(wù)提供者可以靈活、自由地在分布異構(gòu)的環(huán)境中部署，大大地提高了系統(tǒng)的可重用性.

4)增強了互操作性.當一個大型的工作流需要由多個工作流管理系統(tǒng)協(xié)作互連，進行傳遞工作項、執(zhí)行控制等操作時，傳統(tǒng)的工作流管理系統(tǒng)由于在這方面功能的欠缺，很難勝任.而SOA的架構(gòu)將負責對過程定義進行解釋并控制實例執(zhí)行的工作流引擎封裝為Web Service，將這些功能的具體實現(xiàn)方法隱藏起來，對外提供諸如工作列表、管理監(jiān)控工具、應(yīng)用程序或服務(wù)調(diào)用等統(tǒng)一標準的接口，實現(xiàn)了異質(zhì)工作流引擎的協(xié)作，加強了工作流管理系統(tǒng)之間的交互，從而推動了大型工作流的順利運行.

圖1 SOA體系結(jié)構(gòu)Fig.1 The SOA architecture

5)對分布異構(gòu)環(huán)境提供了支持.企業(yè)間跨地域、跨平臺的業(yè)務(wù)合作關(guān)系已經(jīng)成為了當前和未來的發(fā)展趨勢，而這種趨勢必然要求工作流管理系統(tǒng)可以在分布異構(gòu)的環(huán)境中實現(xiàn)分工、協(xié)作和業(yè)務(wù)集成.將業(yè)務(wù)活動封裝為Web，可以不受系統(tǒng)實現(xiàn)的軟硬件環(huán)境的限制、跨出局域網(wǎng)的地域范圍，實現(xiàn)了工作流在分布異構(gòu)的環(huán)境下可以正常運轉(zhuǎn)，從而保證了企業(yè)間更為復雜的業(yè)務(wù)關(guān)系的往來.

1.3 SOA體系結(jié)構(gòu)

SOA的體系結(jié)構(gòu)如圖1所示.結(jié)合圖1可以發(fā)現(xiàn)，SOA的體系結(jié)構(gòu)由以下4個參與者[5]組成，它們分別是：

1)服務(wù)提供者.服務(wù)提供者一方面可以直接響應(yīng)來自服務(wù)請求者的服務(wù)請求[6]，另一方面可以將符合標準的服務(wù)在注冊中心發(fā)布、注冊，以便服務(wù)消費者向注冊中心查找和請求服務(wù).

2)服務(wù)消費者.服務(wù)消費者也被稱作服務(wù)請求者，它主要是指需要請求、調(diào)用相關(guān)服務(wù)的應(yīng)用程序或服務(wù).服務(wù)消費者可以在注冊中心查找、發(fā)現(xiàn)所需服務(wù)，并調(diào)用，也可以通過SOAP綁定并執(zhí)行服務(wù).

3)服務(wù)契約.服務(wù)契約在此主要是指服務(wù)消費者與服務(wù)提供者之間發(fā)生交互所必須要共同遵循的統(tǒng)一標準或格式規(guī)范，只有在統(tǒng)一的服務(wù)契約下這樣才能有效保證交互的暢通.

4)注冊中心.注冊中心可以被看做是一個服務(wù)庫，這種服務(wù)庫為服務(wù)消費者和服務(wù)提供者保存所有符合標準的服務(wù)信息，滿足服務(wù)提供者的發(fā)布需求、服務(wù)消費者的查找發(fā)現(xiàn)需求.當然，注冊中心還存儲服務(wù)契約，使服務(wù)提供者和服務(wù)消費者在統(tǒng)一標準的環(huán)境下，實現(xiàn)跨平臺地服務(wù)調(diào)用.

2 關(guān)鍵技術(shù)研究

2.1 Web Service技術(shù)

Web Service工作流技術(shù)是SOA架構(gòu)下的一種分布式技術(shù)[7]，在Web Service技術(shù)下，需要建立通信的軟件必須都要包含標準的Web服務(wù)接口[8]，具備與編程語言無關(guān)、與實現(xiàn)平臺無關(guān)的特性，在互聯(lián)網(wǎng)的環(huán)境下實現(xiàn)不同的應(yīng)用程序的相互調(diào)用.

Web Service體現(xiàn)了一種新型的面向服務(wù)的理念[9]，由于Web Service保留了面向?qū)ο笙到y(tǒng)中的封裝、繼承、多態(tài)和綁定等特征，因此可以將Web Service看作是面向?qū)ο笤O(shè)計的一種演進與發(fā)展，它依賴用戶普遍使用的傳輸技術(shù)和底層標準，并且在此基礎(chǔ)之上保證任何計算機程序都可以訪問發(fā)布在互聯(lián)網(wǎng)中的其他應(yīng)用程序，而不必考慮這些應(yīng)用程序到底是如何編寫、如何運行的.當然，Web服務(wù)可以是相互獨立的，也可以是相互連接的，這樣可以向外界輸送更多、更強、更為復雜的服務(wù)功能.

例如某系統(tǒng)中的信息處理程序?qū)ν馓峁┮粋€個的Web服務(wù)，其他的應(yīng)用程序如果需要訪問其中的一個或多個Web服務(wù)，則只需要通過標準的Web服務(wù)接口進行訪問并建立彼此之間的通信.如圖2所示，將信息處理程序分為數(shù)據(jù)處理服務(wù)、會員信息處理服務(wù)、交易處理服務(wù)、格式報表處理服務(wù)等四個可用的服務(wù)，方便了系統(tǒng)內(nèi)外的業(yè)務(wù)修改，保證了信息的兼容性和正確率.

圖3描述了Web Service協(xié)議棧[10]，與網(wǎng)絡(luò)七層結(jié)構(gòu)類似，它也呈現(xiàn)出一種層次結(jié)構(gòu)，并且每一層都有所用的標準和協(xié)議規(guī)范.

Web Service協(xié)議?？梢苑譃槿缦滤膶樱?/p>

1)網(wǎng)絡(luò)傳輸層.網(wǎng)絡(luò)傳輸層位于Web Service的底層，是基礎(chǔ)層，它所支持的協(xié)議規(guī)范為HTTP，SMTP，F(xiàn)TP等，實現(xiàn)消息傳輸?shù)墓δ?

2)XML消息層.在XML消息層指出了所有應(yīng)用程序之間的通信是采用基于XML編碼的SOAP協(xié)議規(guī)范，易擴展，保證了跨平臺的數(shù)據(jù)交換.

3)WSDL服務(wù)消息層.在WSDL服務(wù)消息層以XML的格式對Web服務(wù)進行描述.WSDL用type、message、binding等元素將Web服務(wù)定義為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的集合.

4)UDDI服務(wù)發(fā)布與服務(wù)發(fā)現(xiàn)層.UDDI服務(wù)發(fā)布與服務(wù)發(fā)現(xiàn)層是一套遵循Web的、具備分布式特點的標準規(guī)范，其實現(xiàn)功能是Web服務(wù)發(fā)布與發(fā)現(xiàn).

2.2 XML技術(shù)

XML(Extensible Markup Language)，意為可擴展標記語言，它是基于文本的、與運行平臺無關(guān)的標記語言.正是由于XML具備這些特性，所以可以借助手動編碼編寫和生成XML文檔，借助XML文檔實現(xiàn)不同的應(yīng)用程序在不同的平臺之間互訪數(shù)據(jù)，保證了本地計算機程序與其他計算機程序之間良好的通信.早在1998年就由W3C發(fā)布了利于簡化Internet文檔信息傳送的XML1.0規(guī)范，近20年來，XML技術(shù)得到了迅速發(fā)展和應(yīng)用，為結(jié)構(gòu)化文檔信息[11]的處理提供了強有力的支持.

XML具有如下特點：

1)簡單易用.XML是基于文本的，并且以Unicode編碼為基礎(chǔ)，支持絕大多數(shù)的語言，易于讀寫和調(diào)試，正是由于這種簡單易用的特性，所以幾乎任何應(yīng)用程序都支持XML，這將促使XML成為數(shù)據(jù)交換的公共語言，更加容易地實現(xiàn)數(shù)據(jù)或程序在不同的操作系統(tǒng)平臺下的信息集成.

2)可擴展性.作為可擴展標記語言，XML可以用來描述、接收或處理來自不同程序的數(shù)據(jù).此外，XML可以加入DTD(Document Type Definition，文檔類型定義)來保證XML文檔的格式正確，促使XML文檔成為一種數(shù)據(jù)之間交換的標準，并對XML模式加以驗證，以確保網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)的共享和交互，而且在模式驗證、建立標準或附加標準的基礎(chǔ)之上，擴展了XML的功能模塊集.

3)自描述性.XML文檔具有自描述性，因為XML文檔中通常會包括對文檔類型的聲明，不管是人還是計算機都能夠讀懂XML文檔，使XML文檔實現(xiàn)了數(shù)據(jù)獨立于操作系統(tǒng)，借助DTD對另一個XML文檔中的數(shù)據(jù)進行解析.

4)互操作性、靈活性.由于可以借助多種工具對XML加以解釋，并且由于XML文檔采用結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)表示，所以這種解釋所耗費的代價非常低，更為重要的是易于實現(xiàn)在不同的平臺間讀寫數(shù)據(jù)，使用戶前臺與結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)相互分離.此外，將樣式表加入XML文檔也是可行的，如果需要建立超鏈接，也可以得到MLink的支持，這些因素都保證了XML具有較好的互操作性和靈活性.

下面結(jié)合一個借助AJAX(Asynchronous Javascript And XML，異步JavaScript和XML)技術(shù)與XML技術(shù)相結(jié)合實現(xiàn)客戶端與服務(wù)器通信的實例簡單了解XML的工作原理.下面的幾段XML代碼可以理解為通過一個用戶注冊程序完成新用戶的注冊：

201506

用戶注冊程序可以讀取以上XML代碼，并對其進行解析，然后作出判斷這是一段.表示當前用戶注冊的用戶名，在此代碼中用戶名為Mike；代表用戶登錄密碼，當前密碼設(shè)置為201506；為用戶的性別；代表用戶的電子郵箱；