論文關(guān)鍵詞:工作流　并發(fā)控制　SQL　數(shù)據(jù)約束　任務(wù)約束
　　論文摘要:工作流技術(shù)在信息系統(tǒng)的應用中，并發(fā)控制機制的設(shè)計是經(jīng)常要面臨的問題。給出一種基于將工作流中數(shù)據(jù)和任務(wù)分離的工作流并發(fā)控制機制，在保證工作流正確性的前提下，引入“數(shù)據(jù)約束”和“任務(wù)約束”的概念來提高工作流的工作性能和降低工作流設(shè)計的復雜性，并用數(shù)據(jù)庫中sQL語言強有力的約束控制加以實現(xiàn)。
　　1引言
　　工作流是針對工作中具有固定程序的常規(guī)活動而提出的一個概念。通過將工作活動分解成定義良好的任務(wù)、角色、規(guī)則和過程來進行執(zhí)行和監(jiān)控，達到提高生產(chǎn)組織水平和工作效率的目的。一個工作流包括一組活動及它們的相互順序關(guān)系，還包括過程及活動的啟動和終止條件，以及對每個活動的描述川。工作流模型建立的目的是為了實現(xiàn)業(yè)務(wù)過程自動化和用計算機來執(zhí)行，這就要求工作流模型不僅能夠描述活動及其他們之間的相互連接關(guān)系，而且需要定義其他許多的信息，如組織、數(shù)據(jù)、資源等，同時對工作流模型的準確性有很高的要求。
　　目前的工作流業(yè)務(wù)系統(tǒng)對系統(tǒng)運行過程中出現(xiàn)的并發(fā)訪問和異常錯誤的解決還存在一定的缺陷。工作流實例在運行過程中，有可能出現(xiàn)多個活動同時訪問共享資源的情況，多個活動在數(shù)據(jù)操作上會相互重疊。為了保證系統(tǒng)能夠正常運行，必須進行并發(fā)控制(ConcurreneyControl)，防止出現(xiàn)“臟數(shù)據(jù)”，等現(xiàn)象。
　　在本文中，我們將主要討論如何用SQL來實現(xiàn)工作流的并發(fā)控制，防止出現(xiàn)“臟數(shù)據(jù)”等現(xiàn)象。解決這個問題的核心是如何讓這些獨立的活動能夠擁有自己獨立的數(shù)據(jù)，而在某個活動需要訪問共享資源而又正被其他活動所擁有時，讓其等待。并發(fā)控制的實現(xiàn)必須有兩個最基本的條件限制:①每個活動擁有共享資源的時間應該最短;②每個活動應該擁有盡可能少的共享資源[4l。同時，我們在尋找解決方法時還應考慮以下兩個方面:①不能過多地增加工作流設(shè)計的難度;②盡可能地利用現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)所提供的服務(wù)功能來實現(xiàn)。
　　為了達到以上的要求，我們引入類似傳統(tǒng)“鎖”機制的“約束”機制來實現(xiàn)。這里的“約束”是一種臨時的、強加在數(shù)據(jù)項(數(shù)據(jù)約束)或者任務(wù)狀態(tài)信息(任務(wù)約束)上的一致性限制。數(shù)據(jù)約束主要控制數(shù)據(jù)項的修改，而任務(wù)約束主要控制任務(wù)中各個活動間的執(zhí)行順序，因而工作流中各活動間的相互關(guān)系可以通過控制對數(shù)據(jù)庫的訪問和限制各個活動的執(zhí)行順序來體現(xiàn)，而這兩者的限制均能通過數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(DBMs)中的SQL查詢語言來實現(xiàn)。
　　2一個工作流實例
　　工作流根據(jù)所實現(xiàn)的業(yè)務(wù)過程可以分為管理型工作流(AdillinistrativeW rkflow)、設(shè)定型工作流(AdhoeWOrkflow)、協(xié)作型工作流(CollaborativeW6rkflow)和生產(chǎn)型工作流(ProduetionWbrkflow)!，，。在本文中，我們所討論的工作流是基于生產(chǎn)型工作流，它應用在一個大規(guī)模、復雜和異構(gòu)的環(huán)境下，包括一個周期重復的、可預測的復雜過程，同時，它還要接受和處理來自各個層次和各個方面的數(shù)據(jù)。下面我們簡單介紹一下這一工作流的情況。
　　在圖1中所示的工作流是基于一個供電系統(tǒng)內(nèi)部的物資領(lǐng)料過程。當一份領(lǐng)料單到來時，這一工作流開始啟動。領(lǐng)料開票人將領(lǐng)料單中信息輸入電子表格同時產(chǎn)生一條新的紀錄，接著兩個并行任務(wù)將被執(zhí)行:庫存檢查—檢查庫中物資種類和數(shù)量是否能夠滿足需要;計劃審批驗證—驗證該張領(lǐng)料單是否經(jīng)過相關(guān)部門審批。如果上述兩個驗證均能通過，則確認領(lǐng)料、產(chǎn)生銷售清單、結(jié)賬，最后從倉庫中發(fā)料。其中每個任務(wù)都要涉及到對數(shù)據(jù)庫的讀和寫操作。
　　
　　3工作流分解—數(shù)據(jù)和任務(wù)的分離
　　在圖1中所提到的領(lǐng)料工作流中，有兩種典型的情況必須加以說明:①在物資管理系統(tǒng)中經(jīng)常出現(xiàn)多個工作流同時啟動，因而開票員將信息輸入電子表格的同時必須為每條紀錄提供一個唯一且沒有沖突的領(lǐng)料編號，但是在這個任務(wù)沒有結(jié)束前，開票員可能會取消操作或者出現(xiàn)其他異常情況，導致工作流沒法正常結(jié)束。為了保證其領(lǐng)料編號的唯一且不沖突只能采用串行化操作;②假定一領(lǐng)料單己經(jīng)執(zhí)行庫存檢查和計劃審批驗證兩個任務(wù)，而且己經(jīng)完成結(jié)賬，但是單子中的物資還沒有從庫中領(lǐng)走，而此時有另一單子也要求領(lǐng)與上一單子相同的物資，但是庫中的物資數(shù)量只能滿足一張單子的要求，如何解決他們兩者之間的沖突，從而不至于違反數(shù)據(jù)庫的一致性約束，又不得不要求工作流只能采用串行化操作。
　　如果不能有效地解決以上的問題，那這一工作流的系統(tǒng)性能將大打折扣，而且根本沒法滿足現(xiàn)代業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)的要求。典型的解決方法有ATM(AdvancedTransaetionModel)方法、TransaetionalTaskInte腳tion、語義鎖(SemantieLoeking)和沖突說明(ConflietSPeeifieation)，但是工作流的形式過于多種多樣，單一的一種解決方法沒法滿足具體的某一工作流的需要，因而我們在項目開發(fā)的實際過程中采用了一種基于將數(shù)據(jù)和任務(wù)分開的方法，類似于操作系統(tǒng)中進程主體與系統(tǒng)資源分開，而進程主體應獲得其最小資源的思想。它綜合考慮了以下3個因素:①工作流執(zhí)行的正確性;②工作流的系統(tǒng)性能;③一工作流模型建立和管理的復雜度。
　　我們分析前面兩種需要串行化操作才能完成的情況，整個過程基本上都是通過不停地訪問數(shù)據(jù)庫來實現(xiàn)的，其中最主要的就是對數(shù)據(jù)庫的讀寫操作。我們把一組不可分割的數(shù)據(jù)庫操作視為一個原子操作，同時我們把任務(wù)或活動主體完成這一操作需要訪問的共享資源視為臨界資源。多個任務(wù)訪問和擁有這些資源必須滿足“空閑占有，忙則等待”的原則。
　　為了將數(shù)據(jù)和任務(wù)分開，同時能保證數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的正確性、有效性和一致性，并且能滿足數(shù)據(jù)庫中自定義的各種完整性約束規(guī)則，我們引入了“數(shù)據(jù)約束”和“任務(wù)約束”。我們的思想是運用類似于典型的并發(fā)控制中的“鎖”約束來實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的完整性和一致性約束，但是它又不同于“鎖”約束。我們引入的“數(shù)據(jù)約束”和“任務(wù)約束”是一個短時間的約束控制，他們隨著工作流實例的啟動而創(chuàng)建，隨著工作流的結(jié)束而撤銷。另一方面，“數(shù)據(jù)約束”隨工作流或者任務(wù)實例的輸入?yún)?shù)的不同而不同，不同的實例將建立不同的“數(shù)據(jù)約束”和“任務(wù)約束”?！皵?shù)據(jù)約束”主要是為了保證正確的數(shù)據(jù)輸入能夠得到正確的數(shù)據(jù)輸出，同時實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫中的各種靜態(tài)約束、動態(tài)約束和自定義約束，而“任務(wù)約束”是為了保證工作流中各個任務(wù)能夠按照他們之間的相互關(guān)系、前后順序正確地執(zhí)行。在上述工作流中，我們將實現(xiàn)某一活動執(zhí)行的正確性和控制多個活動間的執(zhí)行順序作為兩個目標來分開處理。譬如在庫存檢查中，“數(shù)據(jù)約束”是為了保證滿足庫中的物資數(shù)量不能低于最低數(shù)量的限制，而“任務(wù)約束”是為了保證領(lǐng)料單只有在執(zhí)行完庫存檢查和計劃審批驗證后才能執(zhí)行領(lǐng)料操作。
　　“數(shù)據(jù)約束”和“任務(wù)約束”都在工作流模型設(shè)計說明中指定。一個工作流實例通過設(shè)定約束和撤銷約束來合理調(diào)度并發(fā)事務(wù)，避免并發(fā)事務(wù)之間的互相干擾造成數(shù)據(jù)的不一致性，從而提高系統(tǒng)的性能。
　　4并發(fā)控制的實現(xiàn)
　　4.1數(shù)據(jù)約束的實現(xiàn)
　　SQL查詢語言作為數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)中的一個重要組成部分，它提供了極其強大的約束限制實現(xiàn)功能，其中包括關(guān)鍵值約束、域約束、實體完整性約束和參照完整性約束以及各種用戶自定義的約束。數(shù)據(jù)庫中的存儲過程是經(jīng)預編譯和優(yōu)化后的SQL語句和流程控制語句的集合。利用它以下的幾個特點可以用來實現(xiàn)復雜的業(yè)務(wù)邏輯:①接受輸入的參數(shù)后返回結(jié)果給調(diào)用的過程;②可以調(diào)用其他的過程;③可以返回一個狀態(tài)字，指出調(diào)用的成果與失敗;④比一般的SQL程序運行速度更快、更簡單，使得存儲過程更快、更可行。
　　觸發(fā)器是一種特殊的存儲過程，只要表格的數(shù)據(jù)改變，它會在任何時刻自動調(diào)用。其作用體現(xiàn)在以下3個方面:①觸發(fā)器可以不允許違反參考完整性的操作，這樣可取消企圖修改數(shù)據(jù)的事務(wù);②觸發(fā)器可以執(zhí)行比用CHECK定義復雜的約束;③觸發(fā)器可發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)改變前后的不同，然后基于這個不同進行動作。正是因為存儲過程和觸發(fā)器能夠提供這么強大的功能，我們在實現(xiàn)“數(shù)據(jù)約束”和“任務(wù)約束”的過程中使用了比較多的存儲過程和觸發(fā)器?，F(xiàn)在我們考慮解決圖l中兩張領(lǐng)料單領(lǐng)用相同物資的問題。
　　在圖2中當領(lǐng)料單輸入時開始整個任務(wù)過程，根據(jù)領(lǐng)料單中的信息建立相關(guān)的約束，保證下面活動能夠進行串行化操作，接著檢查種類和數(shù)量，確認能夠滿足需要時從倉庫里發(fā)料，減掉相應的數(shù)量，最后撤銷約束，允許其他任務(wù)繼續(xù)執(zhí)行。圖2中設(shè)定領(lǐng)料約束的實現(xiàn)如下:
　　
　　CREAT JEPROCEDURESetReeeiveCheck
　　@P一ReeeiveNumberChar(10)，
　　@P一MaterialNumberChar(10)
　　AS
　　Begin
　　Deelare
　　@P一Amountint
　　Seleet@p一Amount=Count(*)
　　FrornAetiveReee計e WhereMateria Numbe二@P一Materia1Number
　　ff@P一Alnotlnt==0
　　Begin
　　InsertIntoAetiveReeeive
　　Values(@P一ReeeiveNumber，@P一MaterialNumber
　　Efid
　　Else
　　Return(l)
　　End

　　存儲過程一開始，在表l中查找是否存在@P一MaterialNumber所對應的領(lǐng)料單編號，如果對應的某一領(lǐng)料單編號己經(jīng)在表中存在，則存儲過程返回1—表示該領(lǐng)料單中的這一物資已經(jīng)被另一領(lǐng)料單鎖定，此次鎖定操作失敗。如果表中還沒有存在所對應的領(lǐng)料單編號，則向表中插入一紀錄，表示該物資將被這一領(lǐng)料單鎖定。一張領(lǐng)料單中可能存在多種物資，當所有物資均能被鎖定時，整個領(lǐng)料約束完成，可以進入下一步。如果在設(shè)定過程中有一物資不能被鎖定，則解除對所有領(lǐng)料物資的鎖定，這一領(lǐng)料單必須等待。當然在整個并發(fā)控制過程中我們也同時引入了任務(wù)調(diào)度機制，從而保證每個任務(wù)都能順利完成。
　　
　　撤銷約束的實現(xiàn)如下:
　　CRE戶L1，EPROCEDUREUnsetReeeiveCheek
　　@P一ReeeiveNumberChar(lo)
　　AS
　　Begin
　　DelCteFromAetiveReeeive
　　WllereReceiv Number @P一ReceiveNumber
　　End
　　設(shè)定約束和撤銷約束保證了這一任務(wù)能夠正確地執(zhí)行，而檢查種類和數(shù)量這一過程執(zhí)行的時間很短，它的串行化操作對系統(tǒng)的性能影響不大，從而能提高整個工作流的性能。
　　4.2任務(wù)約束的實現(xiàn)
　　“任務(wù)約束”是為了保證整個工作流中各個任務(wù)的正確執(zhí)行，它依照工作流中各個任務(wù)之間存在的任務(wù)關(guān)聯(lián)來設(shè)定，而任務(wù)關(guān)聯(lián)是根據(jù)工作流面向的相關(guān)物理模型來抽取的。
　　在圖3中我們抽取了一個典型的工作流模型，它描述了各個任務(wù)之間的前趨關(guān)系。任務(wù)TZ、T3必須在任務(wù)Tl完成的前提下才能執(zhí)行，而T4、TS只能在T3完成的前提下才能執(zhí)行，最后任務(wù)T6在TZ、T4、TS全部完成的情況下才能啟動。為了保證上述任務(wù)能夠正確地按序執(zhí)行，我們在每個任務(wù)啟動前加上一定的約束條件，只有當這些條件滿足時任務(wù)才能執(zhí)行，而在條件未滿足前必須等待。這些約束包括靜態(tài)約束和動態(tài)約束。靜態(tài)約束是在工作流設(shè)計階段，設(shè)計者根據(jù)各個任務(wù)間存在的關(guān)聯(lián)制定的，而動態(tài)約束則是工作流在運行時，根據(jù)任務(wù)內(nèi)部數(shù)據(jù)間存在的邏輯性而動態(tài)設(shè)定和撤銷。
　　 
　　在圖4中我們抽取了計劃單審批過程中的一個工作流模型，對于一計劃單，由于它所屬計劃的類別和其他一些特殊因素，對不同的計劃單可能會采取不同的審批流程，因而我們采取動態(tài)約束來實現(xiàn)對它的任務(wù)約束。不管靜態(tài)約束還是動態(tài)約束，它們均能通過存儲過程和觸發(fā)器來實現(xiàn)。其具體的實現(xiàn)過程類似上節(jié)所述數(shù)據(jù)約束的實現(xiàn)。
　　5結(jié)束語
　　工作流的并發(fā)控制主要應該考慮3個方面的因素:①正確性:并發(fā)執(zhí)行的任務(wù)之間不能互相干擾:②性能:并發(fā)執(zhí)行的各個任務(wù)應占用最少的系統(tǒng)資源;③復雜性:工作流的建立和管理必須簡單易行。我們正是從以上3個方面考慮，引入了“數(shù)據(jù)約束”和“任務(wù)約束”來提高工作流的性能和保證工作流的正確執(zhí)行，同時利用數(shù)據(jù)庫中SQL語言強有力的約束控制實現(xiàn)能力，使得我們的解決方法更加簡單和高效。
　　參考文獻:
　　[1]范玉順，等.工作流管理技術(shù)基礎(chǔ)LM].北京:清華大學出版社，2001.
　　[2]BernsteinPHadZilaeosGoodmanVConeurreneyControlandReeoinDatabaseSystems[M].Addison一slev，On-tario，Canada，1987.
　　[3]JuhaPuustjarvi.WOrkflowConeurreneyContr01[J].TheComPuterJournal，2001，44(l).
　　[4]AViSilbersehatPeterBaerGalvinGregGagne.OPeratingsystemConeePtSixthEditiontMI.Johnwil&Sons，2001.
　　[5]BobakAR.DistributedandMulli一databaseSystems[M]J.teehHouse，199622.

該文章在 2011/3/3 16:37:32 編輯過