流程引擎的架构设计

时间:2022-10-14 13:58:18

1 什么是流程引擎

流程引擎是一个底层支撑平台,是为提供流程处理而开发设计的。流程引擎和流程应用,以及应用程序的关系如下图所示。

流程引擎的架构设计

常见的支撑场景有:Workflow、BPM、流程编排等。本次分享,主要从BPM流程引擎切入,介绍流程引擎的架构设计方法。

1.1 什么是流程

简单来说,流程就是一系列活动的组合。比如,用于企业办公的OA系统中,就存在大量的申请审批类的流程。在生产制造业,有大量的从销售端的订单,到生产制造,再到签收回款的生产销售流程。在机器学习领域,有亚马逊AWS Sagemaker的大数据处理、机器学习的应用。综上,流程是一个概念,在和具体实现结合时,就产生了不同的流程产品,如DevOps、Spring Data Stream等。
在流程实现方面,主要可以分为2种实现方式,一种是用代码实现,比如:用代码实现一个加班申请,那么就要自己对接SSO进行单点登录,通过接口拿到发起人和审批人的信息,同时保存表单数据。另一种方式是使用流程引擎来实现,流程引擎对接应用场景所需数据,如加班申请,流程引擎对接SSO、OU、审批人配置、权限等,实现这样一个流程,只需要关心流程配置、流程节点和流程表单即可,流程流转以及流程的数据处理,都通过流程引擎来完成。
流程引擎可以快速落地流程实现,这也是流程引擎存在的价值。

1.2 什么是引擎

一般而言,引擎是一个程序或一套系统的支持部分。常见的程序引擎有游戏引擎、搜索引擎、杀毒引擎等。引擎是脱离具体业务场景的某一类业务场景的高度抽象和封装。
比如,某OA公司,封装了一套审批用的workflow,实施人员只需要配置流程和表单即可交付项目。再比如,美国某公司做了一个AI引擎做NBA(Next Best Action)推荐,封装了推荐领域的常用算法,在不同的场景自动选择和组合多种算法,进行智能推荐。

1.3 流程设计器

流程设计器是流程和引擎的连接方,用户通过流程设计器,将某种layout和rule固化成某种流程,然后通过数据和数据上下文,使用流程引擎自动按照某种固化的流程进行执行。
我将目前见到的流程设计器的理论基础,分为以下三类:1,自定义系;2,UML中的活动图系;3,BPMN系。

1.3.1 自定义系

用于Sagemaker等场景的AWS Step Function(自定义流程节点)

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1.3.2 UML Activity Diagram

Flowportal BPM的流程设计器

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1.3.3 BPMN系

activiti的流程设计器

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炎黄盈动的流程设计器

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题外话:炎黄盈动的流程设计器,和processon中的流程设计器界面几乎一样,因为本质上是一家的。

2 流程引擎的应用

2.1 Workflow

工作流管理联盟(Workflow Management Coalition,WfMC)作为工作流管理的标准化组织而成立。
WfMC对工作流给出定义为:工作流是指一类能够完全自动执行的经营过程,根据一系列过程规则,将文档、信息或任务在不同的执行者之间进行传递与执行。

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在workflow中,流程引擎主要用于支撑流程审批和数据流转,应用场景非常广泛。
国外产品(开源或商用)通常需求和操作比较简单,不会有国内的需求那么复杂。国内的产品,经历了众多客户的锤炼,功能目前都比较强大。
一般而言,workflow使用场景最多的是OA产品。在OA办公中,包含了企业办公中的大量元素,这些元素足够形成特定的产品,比如门户系统、移动办公。在OA的项目落地过程中,结合行业、业务侧重点又可以形成行业解决方案和专题方案。
以下是某OA公司产品和解决方案。

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2.2 BPM(Business Process Management)

Workflow主要是解决审批和数据流转,而BPM主要是解决端到端、信息孤岛等问题而存在的。大多数用BPM产品的客户,都是在BPM基础上进行系统搭建,比如在BPM上面搭建OA、CRM、HR等系统。
BPM的使用场景,比Workflow更广泛,BPM产品中包含大量的和第三方系统交互的组件和自定义SQL、代码组件。比如,BPM系统中的文件触发器,可以在海关等交互场景下,通过监控FTP服务器中的文件,自动触发流程实例;可以通过定时器Timer,自动每日执行数据同步,并通过Mail节点将同步结果通知到相关运营成员等。

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BPM的应用,可以按照执行前、执行中和执行后来划分。

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2.3 流程编排

流程编排是脱离流程业务领域的更高一层抽象,使用方可以通过流程编排系统,结合自己的业务场景进行业务定制。比如,可以将相关业务代码,封装成function,然后通过云厂商平台的FAAS平台,将不同业务的function进行关联和调度,从而完成某项任务。

3 流程引擎的架构设计

鉴于一些朋友可能没有使用和接触过流程引擎,先介绍流程引擎的组成单元,再介绍基于某个BPM产品的项目是如何进行开发的。我们通过BPM项目开发,对流程引擎的作用有个初步的认识。

3.1 BPM流程引擎的组成单元

  1. 组织、角色、用户、成员的组织架构托管;
  2. 流程资源文件的配置、校验、存储和执行,对不同的流程节点,流程引擎自动结合配置、数据处理其对应的业务逻辑,流程数据自动处理;
  3. 表单配置、数据绑定,表单数据的根据流程配置自动处理;
  4. 通用的数据接口;
3.1.1 组织架构的设计

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3.1.2 流程设计器

流程设计器包含左侧的分组节点列表,和右侧的画布。左侧的节点可以如下进行设计。

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问题:对于一个XML或JSON格式的流程图,如何进行解析?
不同的节点,按照不同的业务场景,配置不同的配置项。比如,对于Human Node需要配置审批人,配置审批环节的展示表单,审批环节能够修改哪些字段,哪些字段的修改要进行留痕等。


3.1.3 表单设计器

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这种是按照表单相关数据表,生成出一个表单,然后对表单字段进行配置和数据绑定。

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这种是Drag&Drop控件,然后配置控件的属性,如绑定字段等。

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这种是Drag&Drop控件,无需关联数据库表字段的表单

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数据表生成表单的概要流程如下图所示。

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拖拽控件绑定数据表字段的概要流程如下。

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拖拽控件无需绑定数据表字段的概要流程。使用NoSQL的Document记录或使用RDS提供的JSON类型进行保存会比较方便。

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3.1.4 接口设计

结合Activity的接口设计,如下图所示

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一些系统在创建一个流程任务的时候,要先按照流程模板先创建一个应用示例,再关联发起人和备注,调用RuntimeService,执行到StartNode,这类设计因人而异,这么做略显繁琐。

3.2 基于流程引擎的项目开发实践

3.2.1 流程项目实践流程
  1. 确定组织架构
  2. 确定流程,包括流程布局、审批人设置、权限
  3. 确定表单信息(字段、类型、数据源、校验规则)和表单样式
  4. 确定页面布局、样式、数据字段、搜索、导入、导出
  5. 报表
3.2.2 组织架构

组织架构实现,有两种方法,一种是按照维度进行数据管理,另一种是在同一棵组织架构树下进行管理。
按照集团、公司、部门、用户等不同维度,进行数据管理,比较常见,这里不做讨论。下图为按维度维护数据的示例。

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按照同一棵组织架构树进行数据维护,界面一般显示为左树右表。大多数商业化产品,都会将此组织架构树进行内存缓存,以方便审批人查找、开窗选择OrgUnit、Role、User、Member等场景。Member的引入是为了解决一人多职等场景。一般发起流程的时候,需要带出发起人拥有的Member列表,从而后续节点取合适的审批人。

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对于组织架构而言,需要考虑,系统本身要具备OU存储的能力,对于没有组织架构的用户,可以直接在系统的组织架构中新建组织架构。同时,对于已有系统的客户,可以通过组织架构数据同步来进行数据自动维护。对于用AD域内部管控的客户来说,需要具备AD域身份认证的能力。对于复杂场景,比如用户是SaaS化等复杂场景,组织架构也需要在系统内部,支持使用API的方式来获取组织信息。
所以在组织架构设计的时候,要使用插件的方式来做,具体使用哪种插件,可以在配置文件中进行配置。以下为一个商业产品的组织架构操作界面示例。

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常见的组织架构操作还有组织架构同步,比如流程系统同步微信企业号、钉钉等,这里不再展开。

3.2.3 流程设计

我们想象的流程,可能是向下面的这种简单流程。

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而实际项目,碰到的流程,一般是如下图所示的情景。

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初步看几个流程的模型文件是什么样的,先有个印象。

流程引擎的架构设计

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8" ?>
<definitions
targetNamespace="http://activiti.org/bpmn20"
xmlns="http://www.omg.org/spec/BPMN/20100524/MODEL"
xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
xmlns:activiti="http://activiti.org/bpmn">

<process name="Vacation request">
<startEvent activiti:initiator="employeeName">
<extensionElements>
<activiti:formProperty name="Number of days" type="long" value="1" required="true"/>
<activiti:formProperty name="First day of holiday (dd-MM-yyy)" datePattern="dd-MM-yyyy hh:mm" type="date" required="true" />
<activiti:formProperty name="Motivation" type="string" />
</extensionElements>
</startEvent>
<sequenceFlow sourceRef="request" targetRef="handleRequest" />
<userTask name="Handle vacation request" >
<documentation>
${employeeName} would like to take ${numberOfDays} day(s) of vacation (Motivation: ${vacationMotivation}).
</documentation>
<extensionElements>
<activiti:formProperty name="Do you approve this vacation" type="enum" required="true">
<activiti:value name="Approve" />
<activiti:value name="Reject" />
</activiti:formProperty>
<activiti:formProperty name="Motivation" type="string" />
</extensionElements>
<potentialOwner>
<resourceAssignmentExpression>
<formalExpression>management</formalExpression>
</resourceAssignmentExpression>
</potentialOwner>
</userTask>
<sequenceFlow sourceRef="handleRequest" targetRef="requestApprovedDecision" />
<exclusiveGateway name="Request approved?" />
<sequenceFlow sourceRef="requestApprovedDecision" targetRef="sendApprovalMail">
<conditionExpression xsi:type="tFormalExpression">${vacationApproved == 'true'}</conditionExpression>
</sequenceFlow>
<task name="Send confirmation e-mail" />
<sequenceFlow sourceRef="sendApprovalMail" targetRef="theEnd1" />
<endEvent />
<sequenceFlow sourceRef="requestApprovedDecision" targetRef="adjustVacationRequestTask">
<conditionExpression xsi:type="tFormalExpression">${vacationApproved == 'false'}</conditionExpression>
</sequenceFlow>
<userTask name="Adjust vacation request">
<documentation>
Your manager has disapproved your vacation request for ${numberOfDays} days.
Reason: ${managerMotivation}
</documentation>
<extensionElements>
<activiti:formProperty name="Number of days" value="${numberOfDays}" type="long" required="true"/>
<activiti:formProperty name="First day of holiday (dd-MM-yyy)" value="${startDate}" datePattern="dd-MM-yyyy hh:mm" type="date" required="true" />
<activiti:formProperty name="Motivation" value="${vacationMotivation}" type="string" />
<activiti:formProperty name="Resend vacation request to manager?" type="enum" required="true">
<activiti:value name="Yes" />
<activiti:value name="No" />
</activiti:formProperty>
</extensionElements>
<humanPerformer>
<resourceAssignmentExpression>
<formalExpression>${employeeName}</formalExpression>
</resourceAssignmentExpression>
</humanPerformer>
</userTask>
<sequenceFlow sourceRef="adjustVacationRequestTask" targetRef="resendRequestDecision" />
<exclusiveGateway name="Resend request?" />
<sequenceFlow sourceRef="resendRequestDecision" targetRef="handleRequest">
<conditionExpression xsi:type="tFormalExpression">${resendRequest == 'true'}</conditionExpression>
</sequenceFlow>
<sequenceFlow sourceRef="resendRequestDecision" targetRef="theEnd2">
<conditionExpression xsi:type="tFormalExpression">${resendRequest == 'false'}</conditionExpression>
</sequenceFlow>
<endEvent />
</process>
</definitions>

一个屏幕截图都截不完的流程,如果用代码去实现整个流程,其工作量和效率,可想而知。而实际做项目,使用基于流程引擎的产品来做项目的时候,只需要确定节点、节点配置、数据配置和权限即可。
问题:一般流程,都带有邮件通知的节点,如何实现邮件通知节点?请考虑以下情景。
流程流转和执行的时候,会遇到各种情况的错误,比如找不到审批人等,此时流程引擎要对数据做rollback,而邮件通知节点的业务逻辑已经执行过了。

权限方面,对于流程资源,哪些部门可以申请,哪些角色不可申请,都应该做流程控制。而在流程执行过程中,流程数据、不是路程的相关人也都不应该看到流程,处理过流程的审批人,不可以再对流程进行处理等,都是权限方面要考虑的问题。

3.2.4 表单设计

如下图所示的表单,可以分析以下,一个流程表单有多个主表信息和多个子表信息。一般而言,如果是通过流程引擎做非流程的数据处理,子表通过主表ID来做关联,如果通过流程引擎做流程的数据处理,子表和主表通过TaskId来做关联。以下为示例。

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流程系统需要表单设计器,一个流程的不同节点可以挂接不同的表单,以方便不同角色的人关注不同维度的流程信息

3.2.5 页面设计

一般而言,对于流程的发起、审批、历史记录等,都是通用的系统界面。而一些业务场景,需要单独做列表界面,以方便使用。对于已有门户系统的客户,需要融合其界面样式。以下为曾经做过的项目示例。

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3.2.6 报表

由于不是所有客户都有报表系统,所以流程系统需要具备一个基本的报表功能。下图为示例。

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有报表系统的客户,可以使用其商业版报表系统,获取(直接取、数仓)数据进行展示。常见的报表系统有FineReport、Tableau、PowerBI等。

3.3 BPM流程引擎架构设计

3.3.1 流程引擎的架构设计

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3.3.2 发起流程

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流程引擎处理过程

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执行节点处理过程

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问题:在流程引擎处理过程中,如果一个节点有多条连线,如何寻找FromNodeId是某个Node的连线?
人工处理时,指定连线text

3.4 流程引擎架构设计

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3.4.1 业务识别
  1. 识别业务场景中的配置项,使用集合或分组的方式,让业务可配置
  2. 支撑业务流程过程的可配置化
  3. 支撑业务场景中的数据,自动处理
3.4.2 流程引擎的实现
  1. 资源相关服务,资源加载,资源保存,资源加密等
  2. 配置项相关服务
  3. PVM虚拟机的实现,即通过某个节点(发起时为开始节点)作为初始节点,按照某个连线的action进行节点的自动执行的虚拟机
  4. 数据配置、数据权限
  5. 流程数据和业务数据的自动处理

4 商业机会

  1. Business Process Analysis (BPA) 流程分析,帮助企业进行流程调整和优化
  2. Process Assets Library(PAL)流程资产库,对企业流程进行知识化沉淀,将制度和流程落地做绑定,让审批人知晓流程中对应的职责
  3. Process Simulate 流程模拟,自动化测试
  4. Process Forecast 流程预测
  5. 低代码平台
    更广泛的机会,在于业务领域+流程引擎,比如:DevOps、RPA、应用与服务编排、数据编排、FaaS编排等。

作者:马瑞