基于Petri網(wǎng)模型的工作流引擎設(shè)計(jì)

摘 要：工作流引擎是工作流管理系統(tǒng)的核心部分。本文運(yùn)用Petri網(wǎng)理論來構(gòu)建一個(gè)基于活動的工作流引擎?；诨顒拥墓ぷ髁饕馕吨^程由一組需要完成的某些目標(biāo)活動組成。在本系統(tǒng)中它將嵌套在該牽引供電系統(tǒng)中，用于安全基礎(chǔ)問題庫系統(tǒng)中業(yè)務(wù)的處理。本文詳細(xì)介紹Petri網(wǎng)模型理論對工作流引擎設(shè)計(jì)，以供同行參考。

關(guān)鍵詞：管理信息系統(tǒng)；數(shù)據(jù)庫；工作流；Petri網(wǎng)

中圖分類號：TP301.1

1 Petri網(wǎng)模型工作流

Petri網(wǎng)是一種系統(tǒng)的數(shù)學(xué)和圖形描述與分析工具，Petri網(wǎng)分析方法和技術(shù)可用于靜態(tài)的結(jié)構(gòu)分析，又可用于動態(tài)行為分析，特別適用于具有并發(fā)、異步、分布、并行、不確定性的信息處理系統(tǒng)。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，Petri網(wǎng)理論得到了極大豐富，其應(yīng)用領(lǐng)域涉及計(jì)算科學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域，如線路設(shè)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、軟件工程、人工智能、形式語言、操作系統(tǒng)、并行管理、數(shù)據(jù)管理等。

Petri網(wǎng)理論對設(shè)計(jì)和模型化工作流過程提供了恰當(dāng)?shù)姆椒?。Petri網(wǎng)由庫所和變遷組成，用矩形表示變遷，圓圈表示庫所。變遷和庫所由有向弧相連接。從變遷到庫所，從庫所到變遷，相同兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間不允許相連接。

Petri網(wǎng)包含的幾個(gè)基礎(chǔ)對象：

（1）庫所（Places）：用來表示系統(tǒng)狀態(tài)，在Petri網(wǎng)中是被動因素，它們不能改變網(wǎng)的狀態(tài)。

（2）變遷（Transitions）：表示資源的消耗、使用及系統(tǒng)狀態(tài)產(chǎn)生的變化。通過變遷操作，實(shí)現(xiàn)過程從一個(gè)狀態(tài)到另一個(gè)狀態(tài)轉(zhuǎn)的變。

（3）向弧（Arcs）：庫所和變遷之間通過向弧連接。在Petri網(wǎng)圖示中以連接線表示。一個(gè)內(nèi)向向?。╥ nward arc）從一個(gè)庫所連到一個(gè)變遷，一個(gè)外向向?。╫utward arc）從一個(gè)變遷連接到一個(gè)庫所。

（4）令牌（Tokens）：令牌代表工作流過程當(dāng)前的狀態(tài)。這些對象遵循以下定義規(guī)則：庫所只擁有代表過程狀態(tài)的令牌，一個(gè)庫所可以用于0個(gè)或多個(gè)令牌。

一個(gè)向弧連接一個(gè)庫所到變遷。如果存在一個(gè)P指向T的向弧，則庫所P稱為變遷T的輸入庫所。如果存在一個(gè)T指向P的向弧，則庫所P稱為變遷T的輸出庫所。

當(dāng)一個(gè)變遷T被啟用激活后，它將令牌從它的輸入庫所轉(zhuǎn)移到它的輸出庫所。當(dāng)變遷發(fā)射時(shí)，它會從它的每個(gè)輸入庫所里消耗一個(gè)令牌，同時(shí)在它的輸出庫所中產(chǎn)生一個(gè)令牌。

每個(gè)工作流過程都有一個(gè)單一的開始庫所。它至少有一個(gè)指向變遷的內(nèi)向向弧，為了重啟流程，它也可以有一個(gè)來自變遷的外向向弧。

每個(gè)工作流過程都有一個(gè)單一的結(jié)束庫所。它至少有一個(gè)來自變遷的內(nèi)向向弧，但它不能有任何指向變遷的內(nèi)向向弧。

2 Petri網(wǎng)的觸發(fā)器

Petri網(wǎng)中的變遷是處于激發(fā)狀態(tài)的，一經(jīng)觸發(fā)，就會立刻執(zhí)行，每個(gè)就緒的變遷對應(yīng)一個(gè)工作項(xiàng)，其主要包括三種類型的觸發(fā)：用戶主導(dǎo)、外部消息事件、時(shí)間信號。

（1）用戶主導(dǎo)：工作任務(wù)實(shí)例由用戶進(jìn)行觸發(fā)。在工作流系統(tǒng)中一般都有用戶主導(dǎo)的工作任務(wù)實(shí)例。

（2）外部消息事件：任務(wù)實(shí)例是由外部的事件（如消息）進(jìn)行觸發(fā)啟用。這類消息包括Email、短信消息等。

（3）時(shí)間信號：啟用的任務(wù)由一個(gè)時(shí)鐘觸發(fā)。比如當(dāng)預(yù)定義的時(shí)間后，任務(wù)就被執(zhí)行。由于這類型的任務(wù)能被運(yùn)行在一個(gè)規(guī)劃的時(shí)間下的“后臺過程”觸發(fā)，它不能與用戶有任何的對話。

3 Petri網(wǎng)路由

在一個(gè)工作流過程內(nèi)，開始庫所與結(jié)束庫所之間的路由主要包括這幾種形式：順序路由、并行路由、條件路由、循環(huán)路由。

（1）順序路由：一個(gè)步驟完成后，無條件地流向固定的下一步驟。在Petri網(wǎng)中，通過在兩個(gè)任務(wù)間添加一個(gè)庫所進(jìn)行鏈接。

（2）并行路由：使用AND-SPLIT構(gòu)造塊和AND-JOIN構(gòu)造塊，一個(gè)步驟完成后，同時(shí)激活多個(gè)后繼步驟。添加的這個(gè)步驟需要分多個(gè)分支步驟來共同處理完成，只有任務(wù)都完成，變遷才能實(shí)施。

（3）條件路由：一個(gè)步驟完成后，按一定的條件流向不同的下一步驟。使用的是OR-SPLIT構(gòu)造塊和OR-JION構(gòu)造塊。

（5）循環(huán)路由：Petri網(wǎng)的循環(huán)路由根據(jù)C的執(zhí)行結(jié)果決定是否繼續(xù)往下執(zhí)行，若未通過，再次執(zhí)行B，若通過，增加一個(gè)變遷R來實(shí)現(xiàn)R和C之間有條件約束的條件路由關(guān)系。

4 工作流引擎流程處理

工作流引擎實(shí)現(xiàn)對用戶提交的工作項(xiàng)內(nèi)容的解釋，引擎除了完成基本的流程控制、數(shù)據(jù)傳遞外，還必須具有一定的靈活性，具體表現(xiàn)為：

（1）動態(tài)選擇：上一個(gè)活動的執(zhí)行者可以對下一個(gè)活動的執(zhí)行者進(jìn)行具體的指定，指定的用戶范圍可以參加該流程的所有用戶，或者從限定的用戶范圍內(nèi)進(jìn)行選擇。

（2）跳轉(zhuǎn)：一個(gè)活動執(zhí)行完畢后能動態(tài)的跳到一個(gè)指定的后續(xù)活動，繼續(xù)整個(gè)流程的執(zhí)行。

（3）多實(shí)例：支持一個(gè)活動到的多實(shí)例的split-join。

（4）能進(jìn)行消息通知：當(dāng)一個(gè)用戶完成他的工作后，可以通過即時(shí)消息功能將這個(gè)消息信息通知下一步工作的執(zhí)行者。

（5）委托：可以對活動的執(zhí)行者進(jìn)行逐過程、逐人的委托，也可以在得到一個(gè)任務(wù)時(shí)臨時(shí)指定另一個(gè)角色或人來執(zhí)行該任務(wù)。

工作流引擎的處理過程，具體處理過程包括流程的啟動，查找當(dāng)前節(jié)點(diǎn)和下一節(jié)點(diǎn)的聯(lián)系條件，如果存在這一條件，則實(shí)例化該節(jié)點(diǎn)，對該節(jié)點(diǎn)任務(wù)進(jìn)行處理，該節(jié)點(diǎn)處理完后，獲取下一節(jié)點(diǎn)，以此循環(huán)至結(jié)束。

5 工作流引擎數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

工作流管理系統(tǒng)的運(yùn)行需要數(shù)據(jù)庫的支持。結(jié)合上文提出的Petri網(wǎng)理論以及工作流引擎的處理過程，設(shè)計(jì)了該系統(tǒng)工作流引擎的數(shù)據(jù)庫，主要涉及到六張數(shù)據(jù)表，這些表是為定義工作流過程而設(shè)計(jì)的，通過邏輯設(shè)計(jì)，可以驅(qū)動業(yè)務(wù)流程的流轉(zhuǎn)運(yùn)行，對于流程處理的通用描述如下：

（1）流程第一步，打開某一流程已綁定好的一個(gè)URL鏈接地址。

（2）流程第二步，工作流處理程序，通過權(quán)限判斷，從p_wf_case表中找到該流程，創(chuàng)建該流程的實(shí)例。

（3）第三步，工作流引擎通過流程的pwf_id從p_wf_place表和p_wf_workitem表中取得流程的第一個(gè)節(jié)點(diǎn)信息。

（4）第四步，根據(jù)流程的結(jié)點(diǎn)創(chuàng)建一個(gè)任務(wù)實(shí)例。

（5）第五步，將結(jié)點(diǎn)任務(wù)分配給綁定好的執(zhí)行者完成。當(dāng)任務(wù)完成后，將信息反饋給工作流引擎服務(wù)器。未完成時(shí)，會給出相應(yīng)的提示信息。

（6）第六步，工作流引擎找出下一個(gè)流程的結(jié)點(diǎn)。如果沒有，則整個(gè)流程結(jié)束。

該系統(tǒng)檢測用戶是否有發(fā)起流程的權(quán)限，若存在該權(quán)限，則創(chuàng)建該流程實(shí)例，并在節(jié)點(diǎn)和關(guān)系表中找到任務(wù)節(jié)點(diǎn)，若存在該任務(wù)節(jié)點(diǎn)，繼續(xù)創(chuàng)建該節(jié)點(diǎn)的實(shí)例，執(zhí)行該節(jié)點(diǎn)的相關(guān)任務(wù)，當(dāng)該節(jié)點(diǎn)任務(wù)執(zhí)行完成后，繼續(xù)查找下一節(jié)點(diǎn)，以此循環(huán)至流程處理結(jié)束。根據(jù)以上介紹的工作流業(yè)務(wù)流轉(zhuǎn)過程以及設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)庫表。

6 結(jié)束語

本文主要描述了工作流引擎的設(shè)計(jì)。論文首先從Petri網(wǎng)模型工作流、觸發(fā)器、路由組成上對工作流引擎設(shè)計(jì)進(jìn)行了相關(guān)的理論描述，在此基礎(chǔ)上，對工作流引擎的流程處理過程，結(jié)合Petri網(wǎng)理論設(shè)計(jì)了工作流引擎的數(shù)據(jù)庫表。

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作者簡介：查文剛（1983.09-），男，江西星子人，助理工程師，碩士，研究方向：計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)。

作者單位：華東交通大學(xué)，南昌 330013