揭秘jbpm流程引擎内核设计思想及构架

揭秘jbpm流程引擎内核设计思想及构架------作者胡长城前言流程引擎内核仅是“满足Process基本运行”的最微小结构，而整个引擎则要复杂很多，包括“状态存储”、“事件处理”、“组织适配”、“时间调度”、“消息服务”等等外围的服务性功能。引擎内核，仅包含最基本的对象和服务，以及用于解决流程运行问题的调度机制和执行机制。如果，你掌握了一个流程引擎的灵魂，你才有能力理解它的全部。否则，一个引擎对你来说，可能只是一个复杂的结构，丰富多彩API、令人眼花缭乱的“功能”和“服务”而已。本身工作流这个领域就是一个很“狭窄”的领域，国内的厂商也不是很多，其中有部分实现技术并不弱。但可能涉于安全等因素，并没有多少技术人员探讨“深度的工作流技术实现问题”。而广大的开发爱好者却还在花费大量的时间在摸索“如何理解工作流、如何应用工作流”。所以在此之前，国内尚未有一篇技术文章探讨工作流引擎内核的实现，当然也没有探讨jBpm引擎内核的文章了。在www.javaeye.com技术站点和我的blog（http://blog.csdn.net/james999）上有几篇专门探讨jbpm应用的文章，对于初步想了解如何使用jbpm的读者来说，值得看看。对于这方面的技术分享，开源是个不错的突破口。本篇就是以jBpm为实例，来诠释工作流引擎的内核设计思路和结构。但是这仅仅是从jBpm的实现角度来辅助大家理解，因为工作流引擎内核的设计、实现是有很多方式：这会因所选的模型、调度算法、推进机制、状态变迁机制、执行机制等多方面的不一样，而会差别很大。比如基于ActivityDiagram模型的jBpm和基于FSM模型的OSWorkflow引擎内核之间就有很大的差别。相比较而言，jBpm的模型比较复杂，而引擎内核实现的比较“精简”，非常便于大家“由浅入深的理解”。2.1概念的基础本文的读者群主要是面向有一定工作流基本概念的开发人员。所以本文认为你已经具备了如下基本工作流知识：（1）初步了解工作流系统结构。比如理解工作流引擎在工作流系统中所处的位置和作用（2）对流程定义（ProcessDefinition）和流程实例（ProcessInstance）相关对象有所了解。比如理解ProcessInstance代表什么，工作项（WorkItem）代表什么。2.2环境的基础在阅读本篇的时候，如果你已经搭建了一套jbpm的开发环境，那么将有助于你更容易理解本篇的很多内容，也便于实际体验代码。从www.jbpm.org官方网站下载jbpm-starters-kit开发包，按照其参考手册，可以很容易在eclipse开发环境中建立项目，效果图类似如下：3什么是流程引擎内核？我比较推崇“微内核的流程引擎构架”，并在最近两三年内写了两篇探讨此方面的文章：第一篇是写于05年7月份的《微内核流程引擎架构体系》，第二篇是07年7月份的《微内核过程引擎的设计思路和构架》（受普元《银弹》杂志约稿所写，尚未对外公开）。但至今对外阐述引擎内核到底是什么。正如上面的两张图所示，我们可以通过“微内核”的构架来使得流程引擎的结构更加“清晰”。而能否实现“微内核”的根本，则是看你是否能够设计并抽象出“良好的引擎内核结构”。很显然，要想设计出一套结构优良的引擎内核，首要条件就是：明白什么是引擎内核。首先我们需要明白引擎是什么，引擎可以做什么。这在WfMC的《工作流参考模型》中已经有很详细的解答，本文不再重复。知道这个仅仅是不够的，你还需要很清晰的明白如何去“为流程建模”，而这则在Aalst大师所著的《工作流管理——模型、方法、系统》一书有细致阐述，本文也不再重复。但很可惜，至今尚未有一本专门的书籍来论述“过程建模方法”的，或者说如何利用这些既有的“过程建模方法（诸如FSM、PetriNet、EPC、ActivityDiagram等等）”来解决流程问题。这个只能分别查阅相关资料，此处也不叙述。因为文本只讲“引擎内核”。如果我们暂且把那复杂的流程业务性问题，诸如“组织模型分配”、“分支条件计算”、“事件处理”、“消息调度”、“工作项处理”、“存储”、“应用处理”、以及那些“变态的诸如会签、回退之类的模型”都统统的抛弃，只留下“最单纯的过程性问题”，也就是“解决一个过程运行问题，按秩序的从一个节点到另一个节点的执行”。——这就是引擎内核所关注的根本问题。上面这句话，估计会引起很多人“拍砖”。在很多人看来，工作流之所以看起来很“难”，就是因为这些复杂多变的“业务性问题”都统统绑在一个“引擎”上造成的。其实，这是两个“维度”的问题，也就是“引擎的抽象”和“引擎的应用”这两个不同维度，不同层面的问题。但这绝不是两个独立的问题，“引擎的抽象”的好与坏，直接影响到“引擎的应用”的可复杂度和可支持度，当然我们也不能否认，“引擎的应用”问题也是一个很复杂的问题。但本文是站在“引擎的抽象”这个维度来阐述问题的。对于“引擎的应用”问题，可参考我的前作：2003年11月份的《工作流模型分析》、2003年12月份的《工作流授权控制模型》、2004年7月份的《工作流系统中组织模型应用解决方案》。也就是说，本文不是指导大家如何去“使用jbpm”，而是阐述“jbpm的引擎的内核部分是如何构建的”。但本文的主旨不是告诉大家“jBpm是如何设计引擎内核的”，而是以jBpm为例，来介绍“引擎内核”。4擎内核所关注的四个主要问题引擎内核所关注的是一个非常“抽象”层面的问题，而不同引擎关注的“一套完整的执行环境”。或者我们可以这么来说，引擎内核的职责是非常“精简”的：确保流程按照既有的定义，从一个节点运行到另一个节点，并正确执行当前节点。总的来说，引擎内核主要关注四个方面的问题：（1）流程定义问题：不是说如何图形化的定义流程，而是如何用一套定义对象，来诠释所定义的流程。（2）流程调度问题：提供什么的机制，可以确保流程能够处理复杂的“流程图结构”，诸如串行、并行、分支、聚合等等，并在这复杂结构中确保流程从一个节点运行到另一个节点。（3）流程执行问题：当流程运行到某个节点的时候，需要一套机制来解决：是否执行此节点，并如何执行此节点的问题，并维持节点状态生命周期。（4）流程实例对象：需要一整套流程实例对象来描述流程实例运行的状态和结果。4.1模型与定义对象工作流引擎本身就是一种“baseonmodel”的组件，流程实例的执行都是依赖于所定义的“流程定义”，而工作流引擎则是提供了这样一种环境，来维持流程实例的运行。所以引擎内核，必须提供一套定义对象来描述“流程定义”，并且这些定义对象必须反映出一种“模型”。比如jBpm的定义对象，是与其所基于的ActivityDiagram模型相对应的。4.2调度机制与算法引擎内核的另一个重要功能，就是保证流程实例准确的从一个节点运行到另一个节点，而这则需要依赖于一套调度机制。引擎的调度机制有很多种实现方法，有的甚至是与“所依赖的模型有关”。但普遍来讲，很多引擎都受到PetriNet的影响，而采用token来调度。jBpm本身就吸纳的token这套机制，当然，与PetriNet的调度机制还是有所区别。我们将在下面的章节详细介绍。4.3执行机制与状态经过引擎的调度，实例运行到某个节点了，此时必须必须提供一套机制，来判断当前节点是否可执行，如果可执行，那么需要提供一套runtimeenvrioment来执行节点——这就是引擎的执行机制。复杂的流程引擎会依赖于“流程实例状态”或“活动实例状态”的约束和变迁来进行处理。之所有有时候我们会把一个流程引擎也叫做“状态机”，很大程度上也是这个原因。4.4实例对象与执行环境每个一个流程实例，必须维护一套属于自己的“运行环境和数据”，而这则是实例对象的责任了。基本上实例对象会包含如下信息：（1）与流程实例的状态或控制信息（2）与活动实例的状态或控制信息。如果某些引擎不支持活动实例，那么必然会有某些其他实例信息，可以当前节点的状或控制信息。（3）一些临时的“执行”信息，便于引擎针对某种情况进行处jbpm，“精简”的开源流程引擎.好的开源工作流引擎不多，jbpm和osworkflow算是其中两个有特色而且比较容易实际应用的。目前一些国内的中小型流程应用项目，就是在jbpm或osworkflow的基础上扩展实现。jBpm采用了ActivityDiagram的模型，而osworkflow则是FSM的模型。当然，这仅仅是jbpm3之后的事情。自从被Jboss收购之后，jbpm对早先的2.0构架进行了重组，整个结构完全本着“微内核”的思想进行设计。现在这里从技术角度来分析jbpm3的优点，简单罗列几个大家都容易看见的：（1）jbpm的模型是采用UMLActivityDiagram的语义，所以便于开发人员理解流程。（2）jbpm提供了可扩展的Event-Action机制，来辅助活动的扩展处理。（3）jbpm提供了灵活的条件表达式机制，来辅助条件解析、脚本计算的处理。（4）jbpm提供了可扩展的Task及分配机制，来满足复杂人工活动的处理。（5）借助hibernate的ORM的优势，jbpm能够很容易支持多种数据库。当然，还有一些优点，是很多开发人员并不太注意的，比如：（1）jbpm的Node机制非常灵活，开发人员可以很容易定制“业务化语义的节点”，并满足运行时候处理的需要。有很多灵活的优点，当然也少不了存在一些“局限”。（1）很显然，只能有一个start-state。（2）jbpm依靠Token来调度和计算，在同一个时刻中，一个ProcessInstance只允许一个Token对象只存在一个Node中（分支当然用ChildToken对象处理）。所以本质上就不支持“multi-instance”模式。（3）jbpm作为一款开源的工作流引擎，其更多的是关注“如何辅助你更容易的让流程运行完成”，但是并不记录“流程运行的历史和轨迹”。这一点可能是东西方文化的差异性所在，因为国内的流程应用，比较关注“运行轨迹”。至于其他的一些局限，比如不支持“回退”、“跳转”等操作，这也是因为东西方文化的差异所在。西方人认为“往回流转的情况肯定也是一种业务规则所定义，那么肯定可以通过分支或条件来解决”，而东方则把“回退作为一个人性化管理和处理的潜在特点”。所以诸如此类的一些“特定需求”，估计只能通过扩展jbpm来实现了，甚至有时候，简单的扩展是无法解决问题的——正如上一节所说的那样，“引擎的抽象”会影响“引擎的应用”的复杂度支持。但是，当你试图修改jbpm代码的时候，你会顾虑jbpm的LGPL协议吗？（很多国内企业从来不考虑这个协议问题，寒）。6JBpm流程模型与定义对象6.1首先解决如何形式化描述一个流程的问题这里说的“定义流程”并不是说jbpm3中那个基于eclipseplugin的图形化建模工具。而是如何去解决“形式化的描述一个流程”的问题。形式化的描述流程并不是一个简单的问题，从上世纪七十开始，人们就在探索用各种各样多的模型来描绘流程：PetriNet,FSM,EPC,ActivityDiagram,以及近来的XPDLMetaModel等等，延伸到如今的BPEL,BPMN,BPMD等等。jBpm采用了ActivityDiagram的模型语义：其将用StartState、State、ActionState（TaskNode）、EndState、Fork、Join、Decision、Merge、ProcessState这几个“元素”的组合来描述任何一个流程。其中ActionState是ActivityDiagram中的标准语义，在jBpm为了便于大家理解和使用，jBpm采用了TaskNode这个语义。在WfMC的WorkflowReferenceModel中，对流程引擎的功能描述，其中就包含一项：解析流程定义。如果想满足这这功能，前提条件就必须有最基本的两个：（1）有一套形式化的描述语言（通常为xml格式）。利用这个描述语言可以描述一个流程的定义。比如WfMC所提出的XPDL这个描述语言。当然，jBpm也有自己的一套，名