淺談?dòng)肧QL實(shí)現(xiàn)工作流的并發(fā)控制

1、淺談?dòng)肧QL實(shí)現(xiàn)工作流的并發(fā)控制論文關(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(yīng)用中，并發(fā)控制機(jī)制的設(shè)計(jì)是經(jīng)常要面臨的問(wèn)題。給出一種基于將工作流中數(shù)據(jù)和任務(wù)別離的工作流并發(fā)控制機(jī)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(lái)進(jìn)步工作流的工作性能和降低工作流設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，并用數(shù)據(jù)庫(kù)中sql語(yǔ)言強(qiáng)有力的約束控制加以實(shí)現(xiàn)。1引言工作流是針對(duì)工作中具有固定程序的常規(guī)活動(dòng)而提出的一個(gè)概念。通過(guò)將工作活動(dòng)分解成定義良好的任務(wù)、角色、規(guī)那么和過(guò)程來(lái)進(jìn)展執(zhí)行和監(jiān)控，到達(dá)進(jìn)步消費(fèi)組織程度和工作效率的目的。一個(gè)工作流包括一組活動(dòng)及它們的互相順序關(guān)系，還包括過(guò)程

2、及活動(dòng)的啟動(dòng)和終止條件，以及對(duì)每個(gè)活動(dòng)的描繪川。工作流模型建立的目的是為了實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)過(guò)程自動(dòng)化和用計(jì)算機(jī)來(lái)執(zhí)行，這就要求工作流模型不僅可以描繪活動(dòng)及其他們之間的互相連接關(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(shí)對(duì)工作流模型的準(zhǔn)確性有很高的要求。目前的工作流業(yè)務(wù)系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的并發(fā)訪問(wèn)和異常錯(cuò)誤的解決還存在一定的缺陷。工作流實(shí)例在運(yùn)行過(guò)程中，有可能出現(xiàn)多個(gè)活動(dòng)同時(shí)訪問(wèn)共享資源的情況，多個(gè)活動(dòng)在數(shù)據(jù)操作上會(huì)互相重疊。為了保證系統(tǒng)可以正常運(yùn)行，必須進(jìn)展并發(fā)控制(nurreneyntrl)，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(lái)實(shí)現(xiàn)工作流的并發(fā)控制，

3、防止出現(xiàn)“臟數(shù)據(jù)等現(xiàn)象。解決這個(gè)問(wèn)題的核心是如何讓這些獨(dú)立的活動(dòng)可以擁有自己獨(dú)立的數(shù)據(jù)，而在某個(gè)活動(dòng)需要訪問(wèn)共享資源而又正被其他活動(dòng)所擁有時(shí)，讓其等待。并發(fā)控制的實(shí)現(xiàn)必須有兩個(gè)最根本的條件限制:每個(gè)活動(dòng)擁有共享資源的時(shí)間應(yīng)該最短;每個(gè)活動(dòng)應(yīng)該擁有盡可能少的共享資源4l。同時(shí)，我們?cè)趯ふ医鉀Q方法時(shí)還應(yīng)考慮以下兩個(gè)方面:不能過(guò)多地增加工作流設(shè)計(jì)的難度;盡可能地利用現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)所提供的效勞功能來(lái)實(shí)現(xiàn)。為了到達(dá)以上的要求，我們引入類似傳統(tǒng)“鎖機(jī)制的“約束機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)。這里的“約束是一種臨時(shí)的、強(qiáng)加在數(shù)據(jù)項(xiàng)(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(xiàng)的修改，而任務(wù)約束主

4、要控制任務(wù)中各個(gè)活動(dòng)間的執(zhí)行順序，因此工作流中各活動(dòng)間的互相關(guān)系可以通過(guò)控制對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問(wèn)和限制各個(gè)活動(dòng)的執(zhí)行順序來(lái)表達(dá)，而這兩者的限制均能通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)(dbs)中的sql查詢語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)。2一個(gè)工作流實(shí)例工作流根據(jù)所實(shí)現(xiàn)的業(yè)務(wù)過(guò)程可以分為管理型工作流(adillinistrativerkfl)、設(shè)定型工作流(adherkfl)、協(xié)作型工作流(llabrative6rkfl)和消費(fèi)型工作流(prduetinbrkfl)!，。在本文中，我們所討論的工作流是基于消費(fèi)型工作流，它應(yīng)用在一個(gè)大規(guī)模、復(fù)雜和異構(gòu)的環(huán)境下，包括一個(gè)周期重復(fù)的、可預(yù)測(cè)的復(fù)雜過(guò)程，同時(shí)，它還要承受和處理來(lái)自各個(gè)層次和各個(gè)方

5、面的數(shù)據(jù)。下面我們簡(jiǎn)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(gè)供電系統(tǒng)內(nèi)部的物資領(lǐng)料過(guò)程。當(dāng)一份領(lǐng)料單到來(lái)時(shí)，這一工作流開(kāi)始啟動(dòng)。領(lǐng)料開(kāi)票人將領(lǐng)料單中信息輸入電子表格同時(shí)產(chǎn)生一條新的紀(jì)錄，接著兩個(gè)并行任務(wù)將被執(zhí)行:庫(kù)存檢查檢查庫(kù)中物資種類和數(shù)量是否可以滿足需要;方案審批驗(yàn)證驗(yàn)證該張領(lǐng)料單是否經(jīng)過(guò)相關(guān)部門審批。假設(shè)上述兩個(gè)驗(yàn)證均能通過(guò)，那么確認(rèn)領(lǐng)料、產(chǎn)生銷售清單、結(jié)賬，最后從倉(cāng)庫(kù)中發(fā)料。其中每個(gè)任務(wù)都要涉及到對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的讀和寫操作。3工作流分解數(shù)據(jù)和任務(wù)的別離在圖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(shuō)明:在物資管理系統(tǒng)中經(jīng)常出現(xiàn)多個(gè)工作流同時(shí)啟動(dòng)，因此開(kāi)票員將信息輸入

6、電子表格的同時(shí)必須為每條紀(jì)錄提供一個(gè)唯一且沒(méi)有沖突的領(lǐng)料編號(hào)，但是在這個(gè)任務(wù)沒(méi)有完畢前，開(kāi)票員可能會(huì)取消操作或者出現(xiàn)其他異常情況，導(dǎo)致工作流沒(méi)法正常完畢。為了保證其領(lǐng)料編號(hào)的唯一且不沖突只能采用串行化操作;假定一領(lǐng)料單己經(jīng)執(zhí)行庫(kù)存檢查和方案審批驗(yàn)證兩個(gè)任務(wù)，而且己經(jīng)完成結(jié)賬，但是單子中的物資還沒(méi)有從庫(kù)中領(lǐng)走，而此時(shí)有另一單子也要求領(lǐng)與上一單子一樣的物資，但是庫(kù)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，從而不至于違犯數(shù)據(jù)庫(kù)的一致性約束，又不得不要求工作流只能采用串行化操作。假設(shè)不能有效地解決以上的問(wèn)題，那這一工作流的系統(tǒng)性能將大打折扣，而且根本沒(méi)法滿足現(xiàn)代業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)的要求

7、。典型的解決方法有at(advanedtransaetindel)方法、transaetinaltaskinte腳tin、語(yǔ)義鎖(seantieleking)和沖突說(shuō)明(nflietspeeifieatin)，但是工作流的形式過(guò)于多種多樣，單一的一種解決方法沒(méi)法滿足詳細(xì)的某一工作流的需要，因此我們?cè)诠こ涕_(kāi)發(fā)的實(shí)際過(guò)程中采用了一種基于將數(shù)據(jù)和任務(wù)分開(kāi)的方法，類似于操作系統(tǒng)中進(jìn)程主體與系統(tǒng)資源分開(kāi)，而進(jìn)程主體應(yīng)獲得其最小資源的思想。它綜合考慮了以下3個(gè)因素:工作流執(zhí)行的正確性;工作流的系統(tǒng)性能;一工作流模型建立和管理的復(fù)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(gè)過(guò)程根本上都是通過(guò)不停

8、地訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，其中最主要的就是對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的讀寫操作。我們把一組不可分割的數(shù)據(jù)庫(kù)操作視為一個(gè)原子操作，同時(shí)我們把任務(wù)或活動(dòng)主體完成這一操作需要訪問(wèn)的共享資源視為臨界資源。多個(gè)任務(wù)訪問(wèn)和擁有這些資源必須滿足“空閑占有，忙那么等待的原那么。為了將數(shù)據(jù)和任務(wù)分開(kāi)，同時(shí)能保證數(shù)據(jù)庫(kù)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(kù)中自定義的各種完好性約束規(guī)那么，我們引入了“數(shù)據(jù)約束和“任務(wù)約束。我們的思想是運(yùn)用類似于典型的并發(fā)控制中的“鎖約束來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)的完好性和一致性約束，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(gè)短時(shí)間的約束控制，他們隨著工作流實(shí)例的啟動(dòng)而創(chuàng)立，隨著工作流的完

9、畢而撤銷。另一方面，“數(shù)據(jù)約束隨工作流或者任務(wù)實(shí)例的輸入?yún)?shù)的不同而不同，不同的實(shí)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)輸入可以得到正確的數(shù)據(jù)輸出，同時(shí)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)中的各種靜態(tài)約束、動(dòng)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(gè)任務(wù)可以按照他們之間的互相關(guān)系、前后順序正確地執(zhí)行。在上述工作流中，我們將實(shí)現(xiàn)某一活動(dòng)執(zhí)行的正確性和控制多個(gè)活動(dòng)間的執(zhí)行順序作為兩個(gè)目的來(lái)分開(kāi)處理。譬如在庫(kù)存檢查中，“數(shù)據(jù)約束是為了保證滿足庫(kù)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(kù)存檢查和方案審批驗(yàn)證后才能執(zhí)行領(lǐng)料操作。“數(shù)據(jù)約束和“任務(wù)約

10、束都在工作流模型設(shè)計(jì)說(shuō)明中指定。一個(gè)工作流實(shí)例通過(guò)設(shè)定約束和撤銷約束來(lái)合理調(diào)度并發(fā)事務(wù)，防止并發(fā)事務(wù)之間的互相干擾造成數(shù)據(jù)的不一致性，從而進(jìn)步系統(tǒng)的性能。4并發(fā)控制的實(shí)現(xiàn)4.1數(shù)據(jù)約束的實(shí)現(xiàn)sql查詢語(yǔ)言作為數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分，它提供了極其強(qiáng)大的約束限制實(shí)現(xiàn)功能，其中包括關(guān)鍵值約束、域約束、實(shí)體完好性約束和參照完好性約束以及各種用戶自定義的約束。數(shù)據(jù)庫(kù)中的存儲(chǔ)過(guò)程是經(jīng)預(yù)編譯和優(yōu)化后的sql語(yǔ)句和流程控制語(yǔ)句的集合。利用它以下的幾個(gè)特點(diǎn)可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的業(yè)務(wù)邏輯:承受輸入的參數(shù)后返回結(jié)果給調(diào)用的過(guò)程;可以調(diào)用其他的過(guò)程;可以返回一個(gè)狀態(tài)字，指出調(diào)用的成果與失敗;比一般的sql程序

11、運(yùn)行速度更快、更簡(jiǎn)單，使得存儲(chǔ)過(guò)程更快、更可行。觸發(fā)器是一種特殊的存儲(chǔ)過(guò)程，只要表格的數(shù)據(jù)改變，它會(huì)在任何時(shí)刻自動(dòng)調(diào)用。其作用表達(dá)在以下3個(gè)方面:觸發(fā)器可以不允許違犯參考完好性的操作，這樣可取消企圖修改數(shù)據(jù)的事務(wù);觸發(fā)器可以執(zhí)行比用hek定義復(fù)雜的約束;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(gè)不同進(jìn)展動(dòng)作。正是因?yàn)榇鎯?chǔ)過(guò)程和觸發(fā)器可以提供這么強(qiáng)大的功能，我們?cè)趯?shí)現(xiàn)“數(shù)據(jù)約束和“任務(wù)約束的過(guò)程中使用了比較多的存儲(chǔ)過(guò)程和觸發(fā)器。如今我們考慮解決圖l中兩張領(lǐng)料單領(lǐng)用一樣物資的問(wèn)題。在圖2中當(dāng)領(lǐng)料單輸入時(shí)開(kāi)始整個(gè)任務(wù)過(guò)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(dòng)可以進(jìn)展串行化操作，接著檢查種

12、類和數(shù)量，確認(rèn)可以滿足需要時(shí)從倉(cāng)庫(kù)里發(fā)料，減掉相應(yīng)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(shí)現(xiàn)如下:reatjepreduresetreeeivehekp一reeeivenuberhar(10)，p一aterialnuberhar(10)asbegindeelarep一auntintseleetp一aunt=unt(*)frrnaetivereee計(jì)ehereaterianube二p一ateria1nuberffp一alntlnt=0begininsertintaetivereeeivevalues(p一reeeivenuber，p一aterialnuberefidel

13、sereturn(l)end存儲(chǔ)過(guò)程一開(kāi)始，在表l中查找是否存在p一aterialnuber所對(duì)應(yīng)的領(lǐng)料單編號(hào)，假設(shè)對(duì)應(yīng)的某一領(lǐng)料單編號(hào)己經(jīng)在表中存在，那么存儲(chǔ)過(guò)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。假設(shè)表中還沒(méi)有存在所對(duì)應(yīng)的領(lǐng)料單編號(hào)，那么向表中插入一紀(jì)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(dāng)所有物資均能被鎖定時(shí)，整個(gè)領(lǐng)料約束完成，可以進(jìn)入下一步。假設(shè)在設(shè)定過(guò)程中有一物資不能被鎖定，那么解除對(duì)所有領(lǐng)料物資的鎖定，這一領(lǐng)料單必須等待。當(dāng)然在整個(gè)并發(fā)控制過(guò)程中我們也同時(shí)引入了任務(wù)調(diào)度機(jī)制，從而保證每個(gè)任務(wù)都能順利完成。撤銷約束的實(shí)現(xiàn)如下

14、:re戶l1，epredureunsetreeeiveheekp一reeeivenuberhar(l)asbegindeltefraetivereeeivellerereeivnuberp一reeivenuberend設(shè)定約束和撤銷約束保證了這一任務(wù)可以正確地執(zhí)行，而檢查種類和數(shù)量這一過(guò)程執(zhí)行的時(shí)間很短，它的串行化操作對(duì)系統(tǒng)的性能影響不大，從而能進(jìn)步整個(gè)工作流的性能。4.2任務(wù)約束的實(shí)現(xiàn)“任務(wù)約束是為了保證整個(gè)工作流中各個(gè)任務(wù)的正確執(zhí)行，它按照工作流中各個(gè)任務(wù)之間存在的任務(wù)關(guān)聯(lián)來(lái)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(lái)抽取的。在圖3中我們抽取了一個(gè)典型的工作流模型，它描繪了各個(gè)任務(wù)之間

15、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(dòng)。為了保證上述任務(wù)可以正確地按序執(zhí)行，我們?cè)诿總€(gè)任務(wù)啟動(dòng)前加上一定的約束條件，只有當(dāng)這些條件滿足時(shí)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(dòng)態(tài)約束。靜態(tài)約束是在工作流設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)者根據(jù)各個(gè)任務(wù)間存在的關(guān)聯(lián)制定的，而動(dòng)態(tài)約束那么是工作流在運(yùn)行時(shí)，根據(jù)任務(wù)內(nèi)部數(shù)據(jù)間存在的邏輯性而動(dòng)態(tài)設(shè)定和撤銷。在圖4中我們抽取了方案單審批過(guò)程中的一個(gè)工作流模型，對(duì)于一方案單，由于它所屬方案的類別和其他一些特殊因素，對(duì)不同的方案單可能

16、會(huì)采取不同的審批流程，因此我們采取動(dòng)態(tài)約束來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)它的任務(wù)約束。不管靜態(tài)約束還是動(dòng)態(tài)約束，它們均能通過(guò)存儲(chǔ)過(guò)程和觸發(fā)器來(lái)實(shí)現(xiàn)。其詳細(xì)的實(shí)現(xiàn)過(guò)程類似上節(jié)所述數(shù)據(jù)約束的實(shí)現(xiàn)。5完畢語(yǔ)工作流的并發(fā)控制主要應(yīng)該考慮3個(gè)方面的因素:正確性:并發(fā)執(zhí)行的任務(wù)之間不能互相干擾:性能:并發(fā)執(zhí)行的各個(gè)任務(wù)應(yīng)占用最少的系統(tǒng)資源;復(fù)雜性:工作流的建立和管理必須簡(jiǎn)單易行。我們正是從以上3個(gè)方面考慮，引入了“數(shù)據(jù)約束和“任務(wù)約束來(lái)進(jìn)步工作流的性能和保證工作流的正確執(zhí)行，同時(shí)利用數(shù)據(jù)庫(kù)中sql語(yǔ)言強(qiáng)有力的約束控制實(shí)現(xiàn)才能，使得我們的解決方法更加簡(jiǎn)單和高效。參考文獻(xiàn):1范玉順，等.工作流管理技術(shù)根底l.北京:清華大學(xué)出版社，2001.2bernsteinphadzilaesgdanvneurreneyntrlandre