一文看懂开源工作流引擎 Flowable

2020-05-13按：论文写作于2019年6月1日完成，当时Flowable版本号为V6.4.1。2020年3月，Flowable发布V6.5.1版本。Flowable官方网站进行了flowable.org与flowable.com的域名管理，原官方文档新地址为https://flowable.com/open-source/docs/。

本文原发于个人博客、个人微信公众号、语雀、Medium等平台，授权遵循CC BY-NC-ND标准许可。

一、工作流引擎使用场景
工作流在企业管理系统中是高频使用的功能，一个最常见的例子就是请假加班申请与流程图的流程。事实上，工作流引擎能支持的业务场景不止单据梯，几乎都涉及到业务流工作转、多个流程完成的背后场景都可以通过工作流支撑。基于工作流引擎，可以搭建作为客户关系管理系统（CRM）、运输管理系统（TMS）、流量引擎、财务管理系统（WMS）、费用系统等多种复杂业务系统。对于达到一定规模的企业，良好的BPM（业务流程管理，Business Process Management）体系可以支持创建公司内部不同部门的复杂业务流程，既提高工作效率、又可推动企业规范化发展。

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图1 业务流转地图（图片来源：www.flowable.com）

二、可流动是什么
Flowable 是一个使用 Java 编写的轻量级业务流程引擎，使用 Apache V2 许可协议开源。2016 年 10 月，Activiti 工作流引擎的主要开发者离开 Alfresco 公司并在 Activiti 分支基础上开启了 Flowable 开源项目。基于 Activiti v6 beta4 发布的第一个 Flowable 版本为 6.0。以 JAR 形式发布使得 Flowable 可以轻松加入任何 Java 环境：Java SE、Tomcat、Jetty或 Spring 之类的 servlet 容器；JBoss 或 WebSphere 之类的 Java EE 服务器等等。另外，也可以使用 Flowable REST API 进行 HTTP 调用。

Flowable项目中包括BPMN（业务流程模型和表示法）引擎、CMMN（案例管理模型和表示法）引擎、DMN（决策模型和表示法）引擎、表单引擎（表单关系引擎）等模块。也有许多Flowable应用（Flowable Modeler、Flowable Admin、Flowable IDM 和 Flowable Task），并提供了直接可用的UI示例。模块之间的协作可以参考下图：符号）引擎、CMMN（案例管理模型和表示法）引擎、DMN（决策模型和表示法）引擎、表单引擎（表单引擎）等模块。也有许多Flowable应用（Flowable Modeler、Flowable Admin、Flowable IDM 和 Flowable Task），并提供了直接可用的UI示例。模块之间的协作可以参考下图：

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图2 Flowable架构示意图（图片来源：www.shareniu.com ）

构建OA、CRM、TMS、财务管理等系统时，如果基于Flowable生态做定制化开发，可以大大减少开发成本，避免编写复杂而难以维护的条件代码。Flowable的关键是核心引擎，核心引擎是一组服务的集合，并提供管理与执行业务流程的API。生态系统中的业务流程引擎（BPMN）可以与决策引擎（DMN）、案例模型引擎（CMMN）、表单引擎联动，开发者可以根据业务需求选用其中一个或多个模块，通过模块之间相互协作构建业务系统、以实现强大的功能。Flowable团队在开源项目之外也承接商业项目，提供Flowable Work、Flowable Engage等商业产品与服务，www.flowable.com网站上提供了该团队为银行和保险业实施过的成功案例，展示了Flowable对复杂场景的业务支撑能力。下面简要介绍Flowable中的几个主要引擎模块。

三、Flowable BPMN 业务流程引擎
流程引擎是支持配置业务流转流程的关键模块。Flowable支持BPMN 2.0行业标准，同时提供了一些Flowable自定义的BPMN扩展（extensions）可选用，允许通过导入XML文件或者通过前端可视化界面建立流程。Flowable本身提供了一个较差的UI界面（Flowable Modeler App），如下图所示：

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图3 Flowable Modeler应用中的流程异构界面

Flowable 业务流程引擎支持以下类型的流程元素：

事件：事件（event）通常用于为生命周期中发生的事件建模。在 BPMN 2.0 中，主要有两种事件分类：捕获（捕获）与推送（抛出）事件。捕获事件为当流程执行到达此事件时，会等待触发直到动作。触发事件当流程执行到此事件时，会触发一个事件。具体事件包括事件、启动事件、事件结束事件、消息事件、信号、边界事件等丰富类型。
顺序流：顺序流（sequence flow）是流程中两个元素间的连接器。在流程执行过程中，一个元素被访问后，会沿着其所有出口顺序流继续执行。这意味着BPMN 2.0的默认是一个执行的：两个出口顺序流就会创建两个独立的、多个的执行路径。
顺序流上条件定义（条件序列流）时为条件顺序流。当离开 BPMN 2.0 活动时，默认行为是计算其每个出口顺序流上的条件。当条件计算为 true 时，选择该出口顺序流。如果该方法选择了多条顺序流，则生成多个执行，流程会以多种方式继续。但这种情况不适用于网关（网关），不同类型的网关，会用不同的方式处理带有条件的顺序流。所有的BPMN 2.0任务与网关都可以使用默认顺序流（默认顺序流）。只有当没有其他顺序流可以选择时，才会选择默认顺序流活动作为出口顺序流。流程会忽略默认顺序流上的条件。

网关：网关（gateway）用于控制执行的流向，可类比路口的分叉来理解。如按BPMN 2.0的用词也即是执行的「标志（token）」。网关可以消费（消费）与生成（生成）标志。网关可细分为以下类型：

排他网关（独占网关）：也叫异或网关（XOR网关），或者基于数据的排他网关（基于数据的独占网关），用于对流程中的决策建模。当执行到定义这个网关时，会按照所有出口顺序流的顺序对它们进行计算。选择第一个计算条件为true的顺序流（当没有设置条件时，认为顺序流为true）继续流程。使用排他网关时，只选择一条顺序流。当多条顺序流的条件计算都为true时，会且只会选择在XML中最先定义的顺序流继续流程。
颗粒网关：颗粒网关不计算条件，如果连接到颗粒网关的顺序流上定义了条件，会直接忽略该条件。颗粒网关（并行）网关）可以将执行分支（fork）为多条路径，也可以合并（join）多条入口路径的执行，完成网关的功能取决于其入口与出口顺序流。如果网关同时具有多条入口与出口顺序流，同时具有分支与合并的可以。这种情况下，网关首先合并所有入口顺序流，然后分割为多条出口顺序流。
支持网关：可做排他网关与完整条件网关的组合。与排他网关一样，可以在支持网关的出口顺序流上条件，支持网关会计算。但是主要的区别是，支持网关与完整条件网关一样，可以同时选择多于一条出口顺序流。支持网关的聚合行为比看网关更复杂。
基于事件的网关：基于事件的网关（基于事件的网关）提供了根据事件做选择的方式。网关的每一条出口顺序流都需要连接到一个捕获中间事件。一个基于事件的网关，必须有省略或更多的出口顺序流。
4.任务：Flowable支持的任务类型超过十五种。

用户任务：用于对需要人工执行的任务进行建模。当执行流程到达用户任务时，会为指派至该任务的用户或组的任务列表创建一个新任务。用户任务允许符号提示日期以及直接指派给用户。
邮件任务：Flowable引擎可以向一个或多个收信人发送邮件，支持cc、bcc、HTML文本等，使用支持SMTP的外部邮件服务器发送邮件。
业务规则任务：业务规则任务（业务规则任务）用于同步执行一条父母条规则。在 V6.3.0 到 V6.4.1 版本中，Flowable 使用名为 Drools Expert 的 Drools 规则引擎执行业务规则。截止到 V6.4.1 版本，业务规则中包含的 .drl 文件，必须与定义了业务规则服务并执行规则的流程定义一起部署。这意味着流程中使用的所有.drl 文件都需要备份在流程 BAR文件中，与任务表单等类似。由于 Flowable 自己的规则引擎 DMN 功能逐步完善，对业务规则任务的支持可能会在后续版本中进行，具体不然 Flowable 官方更新文档。
其他的任务类型还有脚本任务、Web服务任务、Shell任务、Java服务任务、执行监听器、任务监听器等。
5.子流程与调用活动：子流程（子流程）是包含其他的活动、网关、事件等的活动。其本身构成一个流程，并作为更大流程的一部分。子流程完全在父流程中定义（所以也称嵌入式子流程）。在复杂流程流转的场景下中子流程不多见，利用这一特性比较灵活地包含子流程的中间路径。

调用活动（call Activity）有别于一般的子流程，调用活动引用一个流程定义外部的流程，而子流程嵌入在原有的定义内部。调用活动的主要使用场景是，在多个不同的流程定义中调用一个可重复用的流程定义。

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图4 子流程示意图（图片来源：https://www.flowable.org）

Flowable支持两种方式使用表单：使用（由Flowable提供的表单设计器创建的）表单定义的内置表单渲染，以及外部表单渲染。内置表单设计器的详细内容可以查看相应的表单引擎（Form Engine）用户手册。

Flowable以事务的方式执行流程，可按照需求进行配置。如果Flowable被触发（启动流程，完成任务，为执行发送信号），Flowable将沿执行流程，直到到达每个执行路径的等待状态。更具体地说，它以深度优先方式搜索流程图，并在每个执行路径都到达等待状态时返回。等待状态为「之后」再执行的任务，之后着着Flowable当前执行持久化，并等待触发。再次触发可以来自外部来源如用户任务或来自来自消息接受任务，也可以可流动的自身如计时器事件。

Flowable自带身份管理模块，但是从Flowable V6起身份管理（IDM IDentity Management）组件从Flowable引擎模块中抽出，把其逻辑移至不同的模块。默认情况下，IDM引擎在Flowable引擎启动时初始化并启动。Flowable提供的几个web应用中就包括Flowable IDM（身份管理应用），为所有Flowable UI应用提供单点登录认证功能，并且为拥有IDM管理员权限的用户提供了管理用户、组与权限的功能。其他Web应用还有：

Flowable Modeler：让建模权限的用户可以创建具有流程、表单、选择表和应用定义的模型。
Flowable Task：运行时任务应用。提供了启动流程实例、编辑任务表单、完成任务，以及查询流程实例与任务的功能。
Flowable Admin：管理应用。让具有管理员权限的用户可以查询BPMN、DMN、Form及Content引擎，并提供了许多选项用于修改流程实例、任务、作业等。管理应用通过REST API连接至引擎，并与Flowable Task应用及Flowable REST应用一起部署。
所有其他的应用都需要 Flowable IDM 提供认证。每个应用的 WAR 文件可以部署在相同的 servlet 容器（如 Apache Tomcat）中，也可以部署在不同的容器中。由于每个应用使用相同的 cookie 进行认证，因此应用需要运行在相同的域名下。

四、Flowable DMN决策引擎
作为以 BPMN 为核心的工作流引擎，Flowable 到底与规则引擎的关联性并不强，但实际业务流程中，有时需要由多个决策来决定走向流程，而每个决策都要根据自身的规则来决定，每个决策之间也可能存在关联。此时就需要规则引擎来提供决策支撑。在规则引擎开源产品中，Drools 是最知名的一款，它实现了 PMML（Predictive Model Markup Language）规范，同时支持 DMN（Decision Model and Flowable目前实现了DMN V1.1规范的框架，由于DMN规范中要求对PMML提供兼容性，这意味着Flowable具有相对强大的业务规则的处理能力。

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在Flowable Modeler应用中DMN引擎表示为「决策表」菜单，通过可以界面进行输入与输出的配置，可导入.dmn扩展名格式的DMN定义。在OMG（Object Management Group）制定的DMN规范中也有相应的XML格式约束。引擎已经插入流程引擎，就可以与其他流程相关资源一起，将DMN定义的压缩进流程文档(BAR)文件中。引擎部署服务将DMN资源部署到DMN引擎。

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图5 决策表配置界面（图片来源：https://www.flowable.org)

DMN 由决策（决策）和其他组成的东西，决策由表达式组成。DMN 标准描述了几种表达式的类型，目前在 Flowable DMN 中仅支持决策表（决策表）类型定义的表达式。决策表描述分为输入表达式与输出表达式两个主要区域。在输入表达式中，可以定义变量，用于规则输入项（输入项）的表达式。通过选择添加输入（添加输入），定义输入表达式。在输出表达式中，可以定义选择表执行结果要创建的变量（变量的值将用于输出项表达式，在下面解释）。可以通过选择添加输出（添加输出），定义多个输出表达式。

在决策表编辑界面，可以选择命中策略，共有四类（单命中、多命中）七种命中策略任选：

（1）单命中、第一命中（single hit & FIRST）：多个规则允许交叉，执行从上到下的第一条命中项。

（2）单命中、唯一命中（single hit & UNIQUE）：多个规则不允许交叉，执行从上到下的第一条唯一命中项。

（3）单命中、任一命中（single hit & ANY）：规则允许交叉，但输出所有的优先级相同，随机执行一条命中项。

（4）单命中、优先级（single hit & PRIORITY）：多个命中规则的优先级不同，执行优先级最高的那条。

（5）多命中、输出优先级排序（多次命中&输出顺序）：按照输出优先级顺序递减的顺序返回所有命中。

（6）多命中、规则顺序排序（multiple hit & RULE ORDER）：按照规则顺序返回所有命中。

（7）多命中、聚合（multiple hit & COLLECT）：按照顺序顺序返回所有命中。

DMN 可以被 BPMN 定义的流程调用：在流程中引入一个决策任务（决策任务），并选中引用决策表（决策表参考），来使用新创建的选择表。想深入了解 DMN 特性可参考本文案例说明https://flowable.com/blog/2016/09/decision-model-and-notation-dmn-how-to-start-a-project-2/。

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图6 BPMN 中调用DMN 示例（图片来源：https://www.flowable.com）

五、Flowable CMMN案例模型引擎
CMMN 是 Case Management Model 的缩写，在 Flowable Modeler 应用中体现为「案例流程模型」菜单，使用时可以相似引擎可视化配置流程，也可通过XML格式文件。CMMN（Case Management Model and Notation）行业标准 V1.1 版本于2016年发布，目前 Flowable 的 V6.4.1 已支持此标准。

与 BPMN 引擎相比，CMMN 引擎适用于以下几个场景：

（1）重复与任务的工作分配。BPMN引擎在处理顺序执行、职责分工明确的工作流程时有优势，但面对动态、自由、任务的情况时，BPMN架构灵活不足，此时CMMN则更适合应对。

（2）处理带有生命周期特征的场景，如客户、产品、项目、员工。以项目为例，项目的立项、中止、收尾、交付等阶段（phases），可以在CMMN中通过阶段（Stages）概念在更高层次进行描述。

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图7 CMMN引擎使用场景示例

每个案例模型都包含一个用于安置计划元素的「计划模型」，每个计划元素都包含一个明确的类型和可配置选项的计划元素定义，常见的计划元素如用户任务（人工任务）、里程碑（里程碑）、流程任务（流程任务）、案例任务（案例任务）和阶段（阶段）。例如下面的计划模型包含三个用户任务计划项和一个里程碑。

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图8 CMMN计划模型示意图

Flowable CMMN 引擎支持以下类型的案例元素：

1.阶段（Stage）：阶段用于把一组元素聚合在一起，可以有进入和退出的条件。阶段可以打，一个阶段中的计划元素只有其父阶段激活时才生效。

任务（Task）：任务是发生于引擎外部的事件，包含名称、阻塞（决定任务是否阻塞的布尔值）、阻塞表达式（表达式的布尔值任务决定是否阻塞）等属性。
用户任务（Human task）：通常是指需要用户通过表单执行的手动任务，包含一系列属性。
里程碑（Milestone）：里程碑标志某个具体案例到达特定点。
案例任务（Case task）：案例可以是案例，案例中的子案例就是案例任务。
流程任务（Process task）：当任务阻塞时，实例化的流程要素会出现激活状态，诉求流程任务完成。
条件（Criteria）：分为条件和退出条件。

8.决策任务（Decision task）：调用DMN引擎中的决策表。

HTTP任务、脚本任务、Java服务任务、时间监听器等：与BPMN中的相应元素意义相近，不再赘述。

六、Flowable Form 表单引擎

图9 Flowable Form引擎服务示意图（图片来源：www.flowable.org）

Flowable框架中将表单作为一个独立的子模块，可以将表单作为一个服务在其他模块中进行调用，表单服务就可以控制所有流程所使用的表单以及表单字段的自定义、可编写等操作。表单相关的使用可分割表单的定义以及表单的运行实例两个阶段。表单定义支持以.form为后缀的表单定义文件（JSON语言编写）。在Flowable Modeler中应用中，「表单」菜单下可以进行简单的表单拖拽可视化配置定义。flowable.com网站上还提供了一个可视化构建表单案例可以参考https://flowable.com/flowable-forms/。余不赘述。

七、参考资料