流程引擎的架构设计

时间：2021-11-14 00:33:53

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 id="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 id="vacationRequest" name="Vacation request">
<startEvent id="request" activiti:initiator="employeeName">
<extensionElements>
<activiti:formProperty id="numberOfDays" name="Number of days" type="long" value="1" required="true"/>
<activiti:formProperty id="startDate" name="First day of holiday (dd-MM-yyy)" datePattern="dd-MM-yyyy hh:mm" type="date" required="true" />
<activiti:formProperty id="vacationMotivation" name="Motivation" type="string" />
</extensionElements>
</startEvent>
<sequenceFlow id="flow1" sourceRef="request" targetRef="handleRequest" />
<userTask id="handleRequest" name="Handle vacation request" >
<documentation>
${employeeName} would like to take ${numberOfDays} day(s) of vacation (Motivation: ${vacationMotivation}).
</documentation>
<extensionElements>
<activiti:formProperty id="vacationApproved" name="Do you approve this vacation" type="enum" required="true">
<activiti:value id="true" name="Approve" />
<activiti:value id="false" name="Reject" />
</activiti:formProperty>
<activiti:formProperty id="managerMotivation" name="Motivation" type="string" />
</extensionElements>
<potentialOwner>
<resourceAssignmentExpression>
<formalExpression>management</formalExpression>
</resourceAssignmentExpression>
</potentialOwner>
</userTask>
<sequenceFlow id="flow2" sourceRef="handleRequest" targetRef="requestApprovedDecision" />
<exclusiveGateway id="requestApprovedDecision" name="Request approved?" />
<sequenceFlow id="flow3" sourceRef="requestApprovedDecision" targetRef="sendApprovalMail">
<conditionExpression xsi:type="tFormalExpression">${vacationApproved == 'true'}</conditionExpression>
</sequenceFlow>
<task id="sendApprovalMail" name="Send confirmation e-mail" />
<sequenceFlow id="flow4" sourceRef="sendApprovalMail" targetRef="theEnd1" />
<endEvent id="theEnd1" />
<sequenceFlow id="flow5" sourceRef="requestApprovedDecision" targetRef="adjustVacationRequestTask">
<conditionExpression xsi:type="tFormalExpression">${vacationApproved == 'false'}</conditionExpression>
</sequenceFlow>
<userTask id="adjustVacationRequestTask" name="Adjust vacation request">
<documentation>
Your manager has disapproved your vacation request for ${numberOfDays} days.
Reason: ${managerMotivation}
</documentation>
<extensionElements>
<activiti:formProperty id="numberOfDays" name="Number of days" value="${numberOfDays}" type="long" required="true"/>
<activiti:formProperty id="startDate" name="First day of holiday (dd-MM-yyy)" value="${startDate}" datePattern="dd-MM-yyyy hh:mm" type="date" required="true" />
<activiti:formProperty id="vacationMotivation" name="Motivation" value="${vacationMotivation}" type="string" />
<activiti:formProperty id="resendRequest" name="Resend vacation request to manager?" type="enum" required="true">
<activiti:value id="true" name="Yes" />
<activiti:value id="false" name="No" />
</activiti:formProperty>
</extensionElements>
<humanPerformer>
<resourceAssignmentExpression>
<formalExpression>${employeeName}</formalExpression>
</resourceAssignmentExpression>
</humanPerformer>
</userTask>
<sequenceFlow id="flow6" sourceRef="adjustVacationRequestTask" targetRef="resendRequestDecision" />
<exclusiveGateway id="resendRequestDecision" name="Resend request?" />
<sequenceFlow id="flow7" sourceRef="resendRequestDecision" targetRef="handleRequest">
<conditionExpression xsi:type="tFormalExpression">${resendRequest == 'true'}</conditionExpression>
</sequenceFlow>
<sequenceFlow id="flow8" sourceRef="resendRequestDecision" targetRef="theEnd2">
<conditionExpression xsi:type="tFormalExpression">${resendRequest == 'false'}</conditionExpression>
</sequenceFlow>
<endEvent id="theEnd2" />
</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。

流程引擎的架构设计

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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
  6. 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

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