flowable 流程引擎总结

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最近公司使用Flowable开发了自己的OA系统，因此对Flowable的相关内容进行如下总结

一、Flowable 是什么

目前最新版是Flowable 6.4.2（2019年07月26日）

官网地址：https://www.flowable.org/

github地址：https://github.com/flowable

Flowable 是一个使用 Java 编写的轻量级业务流程引擎，使用 Apache V2 license 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 release 版本为6.0。以 JAR 形式发布使得 Flowable 可以轻易加入任何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（Business Process Model and Notation）引擎、CMMN（Case Management Model and Notation）引擎、DMN（Decision Model and Notation）引擎、表单引擎（Form Engine）等模块。也有许多Flowable 应用（Flowable Modeler、Flowable Admin、Flowable IDM 与 Flowable Task），并提供了直接可用的 UI 示例。模块之间协作关系可以参考下图：

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图2 Flowable 架构示意图

构建 OA、CRM、TMS、财务管理等系统时，若基于 Flowable 生态做定制化开发可以大大减少开发成本，避免写复杂而难以维护的条件代码。Flowable 的关键为其核心引擎，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。Flowable 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。下文简要介绍 Flowable 中的几个主要引擎模块。

二、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，一个最常见的例子是请假加班申请与审批的过程。事实上，工作流引擎能支持的业务场景远远不止单据审批，几乎所有涉及到业务流转、多人按流程完成工作的场景背后都可以通过工作流引擎作为支撑。基于工作流引擎，可以搭建客户关系管理系统（CRM）、运输管理系统（TMS）、仓储管理系统（WMS）、财务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横跨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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三、Flowable 的四大引擎

1）、Flowable BPMN 业务流程引擎

流程引擎是支持配置业务流转过程的关键模块。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 文件或通过前端可视化界面建立流程。Flowable 本身提供了一个流程绘制的 UI 界面（Flowable Modeler 应用），如下图所示：

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图3 Flowable Modeler 应用中的流程绘制界面

Flowable 业务流程引擎支持如下类型的流程元素：

1. 事件：事件（event）通常用于为流程生命周期中发生的事情建模。在 BPMN 2.0中，有两种主要的事件分类：捕获（catching）与抛出（throwing）事件。捕获事件为当流程执行到达这个事件时，会等待直到触发器动作。抛出事件当流程执行到达这个事件时，会触发一个触发器。具体事件包括定时器事件、启动事件、结束事件、消息事件、信号事件、边界事件等丰富类型。

2. 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的默认是并行执行的：两个出口顺序流就会创建两个独立的、并行的执行路径。

顺序流上定义条件（conditional sequence flow）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，则会生成多个执行，流程会以并行方式继续。但这种情况并不适用于网关（gateway），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（default sequence flow）。只有当没有其他顺序流可以选择时，才会选择默认顺序流作为活动的出口顺序流。流程会忽略默认顺序流上的条件。

3. 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（consuming）与生成（generating）标志。网关可细分为下列类型：

排他网关（exclusive gateway）：也叫异或网关（XOR gateway），或者基于数据的排他网关（exclusive data-based gateway），用于对流程中的决策建模。当执行到达这个网关时，会按照所有出口顺序流定义的顺序对它们进行计算。选择第一个条件计算为 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，只会选择一条顺序流。当多条顺序流的条件都计算为true时，会且仅会选择在XML中最先定义的顺序流继续流程。
并行网关：并行网关不计算条件，如果连接到并行网关的顺序流上定义了条件，会直接忽略该条件。并行网关（parallel gateway）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，并行网关的功能取决于其入口与出口顺序流。如果并行网关同时具有多条入口与出口顺序流，可以同时具有分支与合并的行为。在这种情况下，网关首先合并所有入口顺序流，然后分裂为多条并行执行路径。
包容网关：可看做排他网关与并行网关的组合。与排他网关一样，可以在包容网关的出口顺序流上定义条件，包容网关会计算条件。然而主要的区别是，包容网关与并行网关一样，可以同时选择多于一条出口顺序流。包容网关的汇聚行为比并行网关更复杂。
基于事件的网关：基于事件的网关（event-based gateway）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至一个捕获中间事件。一个基于事件的网关，必须有两条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。当流程执行到达用户任务时，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。用户任务允许标识到期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（business rule task）用于同步地执行一条或多条规则。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。截至 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 文件都需要打包在流程 BAR 文件中，与任务表单等类似。由于 Flowable 自己的规则引擎 DMN 功能逐渐完善，对业务规则任务的支持可能会在后续版本中变动，具体要看 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（sub-process）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（所以也称作嵌入式子流程）。在复杂流程流转的场景下中子流程较为多见，使用这一特性可以比较灵活地维护包含子流程的审批路径。

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流程定义内。调用活动的主要使用场景是，在多个不同流程定义中调用一个可复用的流程定义。

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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 将沿流程执行，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，并在每个执行分支都到达等待状态时返回。等待状态是「之后」再执行的任务，也就是说着 Flowable 将当前执行持久化，并等待再次触发。触发可以来自外部来源如用户任务或消息接受任务，也可以来自 Flowable 自身如定时器事件。

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，并将其逻辑移至几个不同的模块。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: 让具有建模权限的用户可以创建流程模型、表单、选择表与应用定义。
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应用一同部署。

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。

2）、Flowable DMN 决策引擎

作为以 BPMN 为核心的工作流引擎，Flowable 原本与规则引擎的关联并不强，但实际业务流程中，有时需要由多个决策来决定流程走向，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 Notation）标准。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。

在 Flowable Modeler 应用中 DMN 引擎体现为「决策表」菜单，可以通过界面进行 Input 与 Output 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。如果 DMN 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 定义打包进业务存档（BAR）文件中。流程引擎部署服务会将 DMN 资源部署至 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 定义由决策(decision)和其他东西组成，决策由表达式描述。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(decision table)类型的表达式。决策表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(input entries)的表达式。可以通过选择Add Input(添加输入)，定义多个输入表达式。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Add Output(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，共有两大类（单命中、多命中）七种命中策略可选：

（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，但是所有输出的优先级相同，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（multiple hit & OUTPUT ORDER）：按照输出优先级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）：按照随机顺序返回所有命中。

DMN 可以被 BPMN 定义的流程调用：在流程中引入一个决策任务(Decision task)，并选中引用决策表(Decision table reference)，来使用新创建的选择表。想深入了解DMN特性可参考这篇案例说明：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）

3)、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「案例模型」菜单，使用时可以类似于流程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 引擎适用于如下几种场景：

（1）重复与并行的工作分发。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、并行的情况时，BPMN 显得灵活性不足，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、雇员。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

CMMN 中一个案例模型呈现为一个公文夹的样式。每个案例模型都包含一个用于安置计划元素的「计划模型」，每个计划元素包含一个明确其类型和可能配置选项的计划元素定义，常见计划元素如用户任务（human task）、里程碑（milestone）、流程任务（process task）、案例任务（case task）和阶段（stage）。例如下图中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 引擎支持如下类型的案例元素：

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。阶段可以嵌套，一个阶段中的计划元素只有其父阶段激活时才生效。

2. 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（表达式的布尔值决定任务是否阻塞）等属性。

3. 用户任务（Human task）：通常指需要用户通过表单执行的手动任务，包含一系列属性。

4. 里程碑（Milestone）：里程碑标识某一具体案例到达特定点。

5. 案例任务（Case task）：案例可以嵌套，案例中的子案例就是案例任务。

6. 流程任务（Process task）：当流程任务阻塞时，实例化的计划要素会处于激活状态，直至流程任务完成。

7. 条件（Criteria）：分为进入条件和退出条件。

8. 决策任务（Decision task）：调用 DMN 引擎中的决策表。

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

4)、Flowable Form 表单引擎

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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可读、可写等操作。表单相关的使用可分为表单的定义以及表单的运行实例两个阶段。表单定义支持导入以 .form 为后缀的表单定义文件（JSON 语言编写）。在 Flowable Modeler 应用中，「表单」菜单下可以进行简单的表单拖拽拼接可视化配置定义。flowable.com网站上也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。