規(guī)則引擎的定義及體系結(jié)構(gòu)

1、規(guī)規(guī)則引擎的定義及其體系結(jié)構(gòu)摘 要 隨著經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，市場(chǎng)的快速變化導(dǎo)致商業(yè)業(yè)務(wù)規(guī)則的變化也越來越快，因此對(duì)于企業(yè)的IT部門或者IT企業(yè)來說，這就要求設(shè)計(jì)出來的應(yīng)用系統(tǒng)能夠適應(yīng)這種快速變化。然而，軟件的開發(fā)周期和維護(hù)周期長(zhǎng)，這和適應(yīng)快速變化的市場(chǎng)需求產(chǎn)生了矛盾。規(guī)則引擎的出現(xiàn)很好的解決了這一矛盾。有了規(guī)則引擎，我們可將以程序代碼的形式固化在應(yīng)用系統(tǒng)中的業(yè)務(wù)邏輯分離、抽象出來，被分離的業(yè)務(wù)邏輯以業(yè)務(wù)規(guī)則形式存儲(chǔ)在規(guī)則庫(kù)中，并通過規(guī)則引擎進(jìn)行執(zhí)行。本文將介紹規(guī)則引擎的定義，并將以WebSphere ILOG JRules 規(guī)則引擎為例介紹其體系結(jié)構(gòu)。關(guān)鍵字 規(guī)則引擎 業(yè)務(wù)規(guī)則 業(yè)務(wù)對(duì)象模型 規(guī)則

2、執(zhí)行模型 規(guī)則調(diào)用目 錄第1章 緒論1.1規(guī)則引擎的產(chǎn)生背景第2章 規(guī)則引擎概述2.1 業(yè)務(wù)規(guī)則2.2 規(guī)則引擎2.2.1 什么是規(guī)則引擎2.2.2 使用規(guī)則引擎的優(yōu)點(diǎn)2.3 規(guī)則引擎運(yùn)行模式第3章 規(guī)則引擎的架構(gòu)和工作機(jī)制3.1 規(guī)則引擎的架構(gòu)原理3.2 規(guī)則引擎的工作機(jī)制第4章 總結(jié)第1章 緒論1.1 規(guī)則引擎的產(chǎn)生背景隨著信息技術(shù)在企業(yè)的廣泛的應(yīng)用，企業(yè) IT 部門所開發(fā)和維護(hù)的應(yīng)用系統(tǒng)也越來越復(fù)雜，而現(xiàn)代企業(yè)要求響應(yīng)快速及靈活，他們對(duì)企業(yè)軟件也有同樣的要求。企業(yè)管理者對(duì)企業(yè)級(jí)IT系統(tǒng)的開發(fā)有著如下的要求：一、為提高效率，管理流程必須自動(dòng)化，即使現(xiàn)代商業(yè)規(guī)則異常復(fù)雜。二、市場(chǎng)要求業(yè)務(wù)規(guī)則

3、經(jīng)常變化，IT系統(tǒng)必須依據(jù)業(yè)務(wù)規(guī)則的變化快速、低成本的更新。三、為了快速、低成本的更新，業(yè)務(wù)人員應(yīng)能直接管理IT系統(tǒng)中的規(guī)則，不需要程序開發(fā)人員參與。因此如何使應(yīng)用系統(tǒng)能夠更快的響應(yīng)的企業(yè)業(yè)務(wù)的變化已成為企業(yè) IT 發(fā)展的重要挑戰(zhàn)之一。另外，項(xiàng)目開發(fā)人員會(huì)碰到了以下問題：一、程序=算法+數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，有些復(fù)雜的商業(yè)規(guī)則很難推導(dǎo)出算法和抽象出數(shù)據(jù)模型。二、軟件工程要求從需求>設(shè)計(jì)>編碼，然而業(yè)務(wù)規(guī)則常常在需求階段可能還沒有明確，在設(shè)計(jì)和編碼后還在變化，業(yè)務(wù)規(guī)則往往嵌在系統(tǒng)各處代碼中。三、對(duì)程序員來說，系統(tǒng)已經(jīng)維護(hù)、更新困難，更不可能讓業(yè)務(wù)人員來管理。但是，當(dāng)包含業(yè)務(wù)邏輯的代碼隱藏在大量其

4、他代碼中時(shí)，修改就變得緩慢、痛苦且易出錯(cuò)了。因此，復(fù)雜企業(yè)級(jí)項(xiàng)目的開發(fā)以及其中隨外部條件不斷變化的業(yè)務(wù)規(guī)則,迫切需要分離商業(yè)決策者的商業(yè)決策邏輯和應(yīng)用開發(fā)者的技術(shù)決策，并把這些商業(yè)決策放在中心數(shù)據(jù)庫(kù)或其他統(tǒng)一的地方，讓它們能在運(yùn)行時(shí)（即商務(wù)時(shí)間）可以動(dòng)態(tài)地管理和修改從而提供軟件系統(tǒng)的柔性和適應(yīng)性。規(guī)則引擎正是應(yīng)用于上述動(dòng)態(tài)環(huán)境中的一種解決方法。第2章 規(guī)則引擎概述2.1業(yè)務(wù)規(guī)則業(yè)務(wù)規(guī)則專家組 (BRG)規(guī)定了業(yè)務(wù)規(guī)則的兩個(gè)定義。第一個(gè)定義與業(yè)務(wù)觀點(diǎn)相關(guān)，而第二個(gè)定義與IT相關(guān)：1、“從業(yè)務(wù)的角度而言，業(yè)務(wù)規(guī)則是一種原則，包含在特定活動(dòng)或范圍內(nèi)關(guān)于指導(dǎo)、操作、實(shí)踐或過程的行為規(guī)范?！?2、“從I

5、T角度而言，規(guī)則是可集成到現(xiàn)有基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)（如基于應(yīng)用程序或面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)）的決策系統(tǒng)的靈活實(shí)現(xiàn)?！币粋€(gè)業(yè)務(wù)規(guī)則包含一組條件和在此條件下執(zhí)行的操作，它們表示業(yè)務(wù)規(guī)則應(yīng)用程序的一段業(yè)務(wù)邏輯。業(yè)務(wù)規(guī)則通常應(yīng)該由業(yè)務(wù)分析人員和策略管理者開發(fā)和修改，但有些復(fù)雜的業(yè)務(wù)規(guī)則也可以由技術(shù)人員使用面向?qū)ο蟮募夹g(shù)語(yǔ)言或腳本來定制。業(yè)務(wù)規(guī)則的理論基礎(chǔ)是:設(shè)置一個(gè)或多個(gè)條件，當(dāng)滿足這些條件時(shí)會(huì)觸發(fā)一個(gè)或多個(gè)操作。 運(yùn)行時(shí)，規(guī)則引擎必須對(duì)這些業(yè)務(wù)規(guī)則進(jìn)行解釋。可以將規(guī)則引擎理解為一種高性能的專用解釋程序，其中包含if-then命令，可根據(jù)預(yù)先定義的規(guī)則對(duì)轉(zhuǎn)換的值和對(duì)象進(jìn)行分析，然后返回修改后的值和對(duì)象，或直接執(zhí)行操作

6、。2.2 規(guī)則引擎 2.2.1 什么是規(guī)則引擎規(guī)則引擎由推理引擎發(fā)展而來，是一種嵌入在應(yīng)用程序中的組件，實(shí)現(xiàn)了將業(yè)務(wù)決策從應(yīng)用程序代碼中分離出來，并使用預(yù)定義的語(yǔ)義模塊編寫業(yè)務(wù)決策。接受數(shù)據(jù)輸入，解釋業(yè)務(wù)規(guī)則，并根據(jù)業(yè)務(wù)規(guī)則做出業(yè)務(wù)決策。其中，推理引擎由三部分組成，它們分別是規(guī)則解釋器Rule Interprete、模式匹配器Pattern Matcher和議程Agenda。模式匹配器從規(guī)則庫(kù)中找出需要執(zhí)行的規(guī)則并寫入議程；議程為這些規(guī)則賦予優(yōu)先級(jí)，確定執(zhí)行順序；規(guī)則解釋器執(zhí)行這些規(guī)則并輸出運(yùn)行結(jié)果。規(guī)則引擎具有以下功能：1、能夠?qū)㈥P(guān)鍵的業(yè)務(wù)規(guī)則與其他源代碼分開保存。它使用戶能夠迅速實(shí)施業(yè)務(wù)邏

7、輯的更改而不必重新編寫應(yīng)用程序。2、它使用了XOM，即定義應(yīng)用執(zhí)行規(guī)則的類。這些類可以有不同的數(shù)據(jù)來源，這些數(shù)據(jù)可以在XOM中像對(duì)Java類一樣進(jìn)行查看和處理。例如，XOM使用了功能強(qiáng)大的XML綁定系統(tǒng)，使規(guī)則引擎能夠直接對(duì)XML數(shù)據(jù)或Web Service所提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行操作。3、通過嵌入方式，可以在任何Java應(yīng)用程序中執(zhí)行業(yè)務(wù)規(guī)則，并支持多種部署方案，從而優(yōu)化了系統(tǒng)性能和擴(kuò)展性。2.2.2 使用規(guī)則引擎的優(yōu)點(diǎn)使用規(guī)則引擎可以通過降低實(shí)現(xiàn)復(fù)雜業(yè)務(wù)邏輯的組件的復(fù)雜性，降低應(yīng)用程序的維護(hù)和可擴(kuò)展性成本，其優(yōu)點(diǎn)如下： 1、分離商業(yè)決策者的商業(yè)決策邏輯和應(yīng)用開發(fā)者的技術(shù)決策； 2、能有效的提高實(shí)現(xiàn)

8、復(fù)雜邏輯的代碼的可維護(hù)性； 3、在開發(fā)期間或部署后修復(fù)代碼缺陷； 4、應(yīng)付特殊狀況，即客戶一開始沒有提到要將業(yè)務(wù)邏輯考慮在內(nèi)； 5、符合組織對(duì)敏捷或迭代開發(fā)過程的使用；2.3 規(guī)則引擎的運(yùn)行模式 規(guī)則引擎根據(jù)規(guī)則的不同應(yīng)用場(chǎng)景和業(yè)務(wù)規(guī)則的特點(diǎn)提供了三種常用的不同的運(yùn)行模式：RetePlus、Sequential 和 FastPath。下面將以當(dāng)前最主流的規(guī)則引擎JRules ILog 為例介紹這三種運(yùn)行模式。RetePlusRete是目前主流的規(guī)則引擎模式匹配算法，RetePlus 則是 JRules 在 Rete 算法上的擴(kuò)展和優(yōu)化，也是 JRules 規(guī)則引擎默認(rèn)的運(yùn)行模式。RetePlu

9、s 運(yùn)行模式為 ILOG 規(guī)則引擎提供了種種手段，用以盡量減少需要加以評(píng)估的規(guī)則和條件的數(shù)量，計(jì)算哪些規(guī)則應(yīng)當(dāng)執(zhí)行，并確定這些規(guī)則的執(zhí)行順序。在 RetePlus 算法中，規(guī)則引擎使用 Working memory（工作內(nèi)存） 和 Agenda來存放和操作應(yīng)用程序?qū)ο蟆orking memory 中包含的應(yīng)用程序?qū)ο蟮囊?，Agenda 則按順序列出將要執(zhí)行的規(guī)則實(shí)例。如圖1所示： 圖 1. RetePlus 執(zhí)行模式具體執(zhí)行過程如下：1、規(guī)則引擎依據(jù) Working Memory 中的數(shù)據(jù)對(duì)象來匹配規(guī)則集中規(guī)則的條件部分。在模式匹配過程中，RetePlus 首先創(chuàng)建出以規(guī)則條件測(cè)試之間的語(yǔ)

10、義關(guān)系為基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)（步驟 1），然后將匹配的規(guī)則實(shí)例化并添加到 Agenda 中，隨后對(duì) Agenda 中的規(guī)則按照一定原則進(jìn)行排序（步驟2）。2、執(zhí)行 Agenda 中的規(guī)則實(shí)例，即執(zhí)行規(guī)則的動(dòng)作（Action）部分。同時(shí)，規(guī)則實(shí)例的執(zhí)行也會(huì)影響 Working Memory 中的數(shù)據(jù)對(duì)象，主要方式有：（步驟3）：（1）往 Working Memory 中加入一個(gè)新的對(duì)象（2）移除 Working Memory 中現(xiàn)有對(duì)象（3）修改現(xiàn)有對(duì)象的屬性3、 以上過程將不斷重復(fù)，直至執(zhí)行完 Agenda 中所有規(guī)則實(shí)例。在RetePlus 算法中每當(dāng) Working Memory 被修改，規(guī)則引擎將

11、重復(fù)模式匹配的過程。它在每次規(guī)則執(zhí)行數(shù)據(jù)修改后重新評(píng)估每個(gè)規(guī)則匹配。這可能會(huì)改變 Agenda 中的規(guī)則實(shí)例。因此，RetePlus 是漸進(jìn)的和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的。這些特點(diǎn)使 RetePlus 在計(jì)算和關(guān)聯(lián)性類型的應(yīng)用方面擁有卓越的性能。Sequential順序運(yùn)行模式，顧名思義，即規(guī)則引擎按順序執(zhí)行 rule task 中符合條件的所有規(guī)則。如圖 2 所示： 圖 2. 順序執(zhí)行模式具體執(zhí)行過程如下：1、 規(guī)則引擎根據(jù)輸入?yún)?shù)以及 working memory 中的對(duì)象集合和規(guī)則的條件部分進(jìn)行匹配。每次匹配都將生成一個(gè)規(guī)則實(shí)例并立即運(yùn)行。（步驟 1）2、 當(dāng)規(guī)則實(shí)例被執(zhí)行后，它有可能設(shè)置屬性或規(guī)則集輸

12、出參數(shù)的值。（步驟 2）順序算法執(zhí)行的規(guī)則是無狀態(tài)的。順序算法的運(yùn)行就像堆棧一樣，匹配的規(guī)則只會(huì)運(yùn)行一次，而不會(huì)再次評(píng)估。因此在順序模式下，規(guī)則中不能使用類似“至少有一 個(gè) < 詞匯 >”、“如下對(duì)象的數(shù)目：< 詞匯 >”等等跟 working memory 中對(duì)象有關(guān)系的存在性條件（existence conditions），除非這個(gè)對(duì)象是集合類型。順序模式的特性決定了其在校驗(yàn)和一致性等類型的應(yīng)用中有良好的性能表現(xiàn)。FastPathFastpath 運(yùn)行模式是增強(qiáng)型的順序運(yùn)行模式，和順序模式類似，F(xiàn)astpath 也是順序運(yùn)行，但是它同時(shí)還能和 RetePlus 模式

13、一樣在進(jìn)行模式匹配時(shí)檢測(cè)規(guī)則條件的語(yǔ)義關(guān)系。如圖 3所示： 圖 3.FastPath 執(zhí)行模式具體執(zhí)行過程如下：1、在 Fastpath 模式中，規(guī)則引擎可以通過 working memory 引用應(yīng)用數(shù)據(jù)對(duì)象或規(guī)則集參數(shù)。與 Reteplus 類似，在模式匹配時(shí) Fastpath 同樣創(chuàng)建以規(guī)則條件測(cè)試之間的語(yǔ)義關(guān)系為基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)（步驟 1）。2、每次匹配，將創(chuàng)建一個(gè)規(guī)則實(shí)例并立即執(zhí)行。規(guī)則實(shí)例執(zhí)行后，它可能修改 working memory 中的對(duì)象，但是這些修改不會(huì)影響其它規(guī)則的執(zhí)行，并且規(guī)則引擎也不會(huì)重復(fù)模式匹配的過程（步驟 2）。Fastpath 綜合了 Reteplus 的模式匹配和

14、順序運(yùn)行模式的規(guī)則執(zhí)行的特性，從這個(gè)意義上來說，它在關(guān)聯(lián)型應(yīng)用和校驗(yàn)類應(yīng)用中都有較好表現(xiàn)。和順序運(yùn)行模式一樣，F(xiàn)astpath 運(yùn)行模式也是無狀態(tài)的，適合在大量單獨(dú)執(zhí)行簡(jiǎn)單判定或少量交叉測(cè)試的規(guī)則上進(jìn)行對(duì)象匹配。這樣一些規(guī)則集可以在沒有任何 agenda 支持下很好的按順序執(zhí)行。除了作為一種變異的順序模式的優(yōu)勢(shì)，F(xiàn)astpath 運(yùn)行模式的目的是進(jìn)一步優(yōu)化一致性和校驗(yàn)性類型規(guī)則的執(zhí)行，通常這些類型的規(guī)則占據(jù)了商業(yè)規(guī)則的絕大部分。第3章 規(guī)則引擎的體系結(jié)構(gòu)3.1 規(guī)則引擎的架構(gòu)原理1、規(guī)則引擎的架構(gòu)如圖4所示：圖4.業(yè)務(wù)規(guī)則引擎架構(gòu)2、 規(guī)則引擎的推理步驟如下： （1）將初始數(shù)據(jù)（fact）輸入

15、至工作內(nèi)存(Working Memory)。 （2）使用Pattern Matcher將規(guī)則庫(kù)(Rules repository)中的規(guī)則（rule）和數(shù)據(jù)（fact）比較。 （3）如果執(zhí)行規(guī)則存在沖突（conflict），即同時(shí)激活了多個(gè)規(guī)則，將沖突的規(guī)則放入沖突集合。 （4）解決沖突，將激活的規(guī)則按順序放入Agenda。 （5）執(zhí)行Agenda中的規(guī)則。重復(fù)步驟（2）至（5），直到執(zhí)行完畢Agenda中的所有規(guī)則。上述即是規(guī)則引擎的原始架構(gòu)，商業(yè)規(guī)則引擎就是從這一原始架構(gòu)演變而來的。3.2 規(guī)則引擎的工作機(jī)制規(guī)則引擎是一種根據(jù)規(guī)則中包含的指定過濾條件，判斷其能否匹配運(yùn)行時(shí)刻的實(shí)時(shí)條件來執(zhí)行

16、規(guī)則中所規(guī)定的動(dòng)作的引擎。為更好的理解并闡述規(guī)則引擎的工作機(jī)制，下面先介紹四個(gè)與規(guī)則引擎相關(guān)的基本概念。1、 信息元（Information Unit）信息元是規(guī)則引擎的基本建筑塊，它是一個(gè)包含特定事件的所有信息的對(duì)象。這些信息包括：消息、產(chǎn)生事件的應(yīng)用程序標(biāo)識(shí)、事件產(chǎn)生事件、信息元類型、相關(guān)規(guī)則集、通用方法、通用屬性以及一些系統(tǒng)相關(guān)信息。2、 信息服務(wù)（Information Services）信息服務(wù)產(chǎn)生信息元對(duì)象。每個(gè)信息服務(wù)產(chǎn)生它自己類型相對(duì)應(yīng)的信息元對(duì)象。即特定信息服務(wù)根據(jù)信息元所產(chǎn)生的每個(gè)信息元對(duì)象有相同的格式，但可以有不同的屬性和規(guī)則集。需要注意的事，在一臺(tái)機(jī)器上可以運(yùn)行許多不同

17、的信息服務(wù)，還可以運(yùn)行同一信息服務(wù)的不同實(shí)例。但無論如何，每個(gè)信息服務(wù)只產(chǎn)生它自己類型相對(duì)應(yīng)的信息元。3、 規(guī)則集（Rule Set）顧名思義，規(guī)則集就是許多規(guī)則的集合。每條規(guī)則包含一個(gè)過濾器和多個(gè)動(dòng)作。一個(gè)條件過濾器可以包含多個(gè)過濾條件。條件過濾器是多個(gè)布爾表達(dá)式的組合，其組合結(jié)果仍然是一個(gè)布爾類型的。在程序運(yùn)行時(shí)，動(dòng)作將會(huì)在條件過濾器值真的情況下執(zhí)行。除了一般的執(zhí)行動(dòng)作，還有三類比較特別的動(dòng)作，它們分別是：放棄動(dòng)作（Discard Action）、包含動(dòng)作（Include Action）和使信息元對(duì)象內(nèi)容持久化的動(dòng)作。4、 隊(duì)列管理器（Queue Manager）隊(duì)列管理器用來管理來自不同

18、信息服務(wù)的信息元對(duì)象的隊(duì)列。下面介紹規(guī)則引擎的工作機(jī)制。規(guī)則引擎從隊(duì)列管理器中依次接收信息元（若是java規(guī)則引擎，即為java對(duì)象），然后依規(guī)則定義的順序檢查第一個(gè)規(guī)則并對(duì)其條件過濾器求值，如果值為假，所有與此規(guī)則相關(guān)的動(dòng)作皆被忽略并繼續(xù)執(zhí)行下一條規(guī)則。如果第二條規(guī)則的過濾器值為真，所有與此規(guī)則相關(guān)的動(dòng)作皆依定義順序執(zhí)行，執(zhí)行完畢繼續(xù)下一條規(guī)則。該信息元中的所有規(guī)則執(zhí)行完畢后，信息元將被銷毀，然后從隊(duì)列管理器接收下一個(gè)信息元。在這個(gè)過程中并考慮兩個(gè)特殊動(dòng)作：放棄動(dòng)作（Discard Action）和包含動(dòng)作（Include Action）。放棄動(dòng)作如果被執(zhí)行，將會(huì)跳過其所在信息元中接下來的規(guī)則，并銷毀所在信息元，規(guī)則引擎繼續(xù)接收隊(duì)列管理器中的下個(gè)信息元。包含動(dòng)作其實(shí)就是動(dòng)作中包含其它現(xiàn)存規(guī)則集的動(dòng)作。包含動(dòng)作如果被執(zhí)行，規(guī)則引擎將暫停并進(jìn)入被包含的規(guī)則集，執(zhí)行完畢后，規(guī)則引擎還會(huì)返回原來暫停的地方繼續(xù)執(zhí)行。以上過程