书讯 -- Microsoft Windows Workflow Foundation Step by Step
以图型呈现工作流程模型，并提供基础环境给开发者
当我们在设计与撰写应用程序时，多多少少会有条件、步骤、状态、事件、时程、进度。若这些组合简单易懂，则直接写在程序内即可，开发与维护都不成问题。但若组合复杂，执行时程跨日甚至跨月，则可能需要简单的工作流程引擎(Workflow Engine)，透过明确与程序代码区块对应的图形来萃取工作流程模型(model)，这将可简化设计、开发与维护，但又不需要花大钱购买如微软 BizTalk 等服务器。
微软在推出 Vista 操作系统后，同时推出了 .NET Framework 3.0，也就是在既有的 .NET Framework 2.0 之上，新增了四大块功能：
l 定义用户图形接口的 WPF(Windows Presentation Foundation)
l 程序间标准沟通方式 WCF(Windows Communication Foundation)
l 设计与撰写工作流程逻辑的 WF(Windows Workflow Foundation[1])
l 认证个人身分用的 WCS(Windows CardSpace)
换句话说，未来新的操作系统，都将内附 WF，而其他较早版本的操作系统，如 Windows XP 或 Windows 2003 可以单独下载安装。也就是我们将有一个免费的工作流程执行环境(Workflow runtime)。
WF 处在撰写程序的阶层，主要提供开发者将工作流程的功能内建到自己的应用程序中，是单一程序内的工作流程。其包含了工作流程架构(Framework)、.NET API、延伸的服务，以及 Visual Studio 2005 的可视化设计开发接口，但并非独立执行的服务或引擎。藉其 API 和工具，你我可以在 Windows 平台上开发含有工作流程的系统，并延伸 WF 既有的架构，客制化所需的功能。期待透过统一的模型与程序接口，解决多种工作流程的问题，包括人与人、人与系统和系统与系统之间的工作流程。
使用 WF 开发工作流程的经验与透过 .NET 程序代码开发其他组件近似，如同设计 Web/Windows窗体或控件，你可以图形接口设计大体架构，继而切换到程序代码页撰写触发事件，最后编译成 .NET 组件(Assembly)[2]。一般你还需要撰写承载工作流程的可执行程序(host，通常是个 exe)，参照 WF 架构提供的组件，藉以加载工作流程执行环境，而后交付工作流程定义令其执行。
结合 Visual Studio 开发工作流程
一般而言，工作流程大分两类：
l 循序工作流程：工作流程的工作可以自动执行，不需要外界介入，例如不需与使用者互动，或等待事件触发。
l 以状态为基础的工作流程(state-based workflow)：也有人称为有限状态机(finite state machine)，其工作流程特征在与外界互动后改变状态，转换到下一个状态以进入工作流程下一步。
WF 据此提供两种主要的设计模板，搭配工作流程引擎提供了许多标准活动(Activity)，如 IfElse、While、Code、Delay、Sequence、Parallel、TransactionScope、CompensatableTransactionScope、State、StateInitialization、EventDriven、SetState…等。一般的作法是：它们以图形呈现在 Visual Studio 的工具栏上，让你拖曳到设计区中，以规划工作流程逻辑，再经由属性窗口设定事件对应的函数，进一步到程序代码页撰写 .NET 程序语言。
换句话说，WF 的「工作流程」是以「活动」示意图来定义的人或系统之行为模型。「活动」是「工作流程」中的各个步骤，并且是设定、执行和重用的单位，经由活动组合的设计图表达了规则、操作、状态以及彼此的关系。最后编译为 .NET 程序组件，且在工作流程执行环境和共通语言执行环境(CLR)中执行。如此，藉由 WF 可以设计使用者或服务器端的工作流程，在所有类型的 .NET 应用程序内执行。
这让程序设计人员可将个别程序的工作流程行为，从巨量的程序代码中单独萃取出来。在 Visual Studio 内，透过图形化的模型，较容易开发与维护这些工作流程。藉由专业的工作流程执行环境与设计模式，可提升所撰写程序的稳定性。但对于繁杂的工作流程，如公文签核或制造业所用的 RosettaNet…等等，可能还是需要独立的产品。
在大型应用系统上，我们需要弹性整合与控管，结合其它应用程序与多个平台，则仍需 A to A(Application to Application)、B to B(Business to Business)、EAI(Enterprise Application Integration)、BPM(Business Process Management)等相关产品。毕竟，你可以徒手开发符合特殊目的之系统，但要整合多个系统、交换各种数据，融贯不同技术的存取接口等，本身就是件麻烦事。此时，建立商业工作流程的标准与弹性是重要的目的，耗时费工用低阶的 WF[3] 自己建车轮，反而会见树不见林。
总而言之，我们可以 WCF 建立程序间沟通的标准与易整合的服务，藉由 WF 建置服务内与服务间的工作流程，以 BizTalk 建立程序间有效快速的整合，以 BPM 产品弹性地串起企业内与企业间各个商务流程。
在此介绍一本不错的 WF 入门书：「Microsoft Windows Workflow Foundation Step by Step」，作者是 Kenn Scribner，拥有多年的程序开发与顾问经验。他详细解释了工作流程引擎需要注意的问题，透过 WF 撰写自己的工作流程逻辑并不容易，因为可能要考虑多个相同工作流程定义但不同的实例一起执行，这时数据交换将需透过特定的界面与服务架构。此外，多线程的协同、时程控管、工作流程实例的追踪监控、将执行一半的工作流程存放到数据库内、交易管理、与外部应用程序沟通…等等，都是需要关心的课题。
书籍内容
本书共分十九章，充满了 WF 的技术与流程设计的观念，作者同时说明 What 和 How，相当不错。书籍规画上分为四个主要部分。简单介绍如下：
l 第一部分一至六章为 WF 的基础知识。第一章一开始便以逐步导引的方式，简单完成一个工作流程，并撰写 Host 程序，以乘载工作流程引擎与工作流程实例。第二章阐述了流程执行环境的设计架构，如何透过 .NET 程序语言参照与呼叫该环境所提供的对象、属性、方法与事件等。作者撰写了一个 WorkflowFactory 类别，据以整合工作流程执行环境，建立流程实例。并透过程序解说，列举执行流程应注意的事项，之后的章节将重复使用这个类别。第三章介绍工作流程实例的生与死，透过 WorkflowInstance 对象的属性和方法，以启动、查询与终止流程。在第四章中，大致区分流程的特征，描述循序流程和状态机流程的差异。第五章介绍如何追踪流程的执行，WF 默认提供将流程实例的执行纪录存放至 SQL Server，本章示范从 SQL Server 撷取这些数据并加以呈现，以及如何执行 Windows SDK 所附的小工具程序 WorkflowMonitor，简单呈现某个流程的执行状态。本章尚有另外一个重点，就是介绍 WF 架构预设提供的外加服务(pluggable service)，在其后的多个章节中，多有用到此功能。第六章说明如何将长时间执行的流程实例；在其不活动(idle)的期间存放(Persist)到 SQL Server，以节省服务器的资源，以及如何再取出重新执行。
l 第二部分七至十三章逐章介绍各种活动，让你了解这些流程积木的特征，在堆砌时，才不致误用。第七章介绍了开发工作流程中基本的活动，如 Sequence、Code…等，以及很重要的一些议题，如错误处理、除错、暂停与停止工作流程等。第八章解释如何在流程内将数据传给外部的 Host，这命题看似简单，实则相当麻烦。本章尚有另一个重点，如何在流程实例内执行另外一个子流程。第九章条列 WF 提供的逻辑控管活动，如 IfElse、While、Replicator 等活动，它们代表了撰写程序时的 if 判断式、while、for 循环等。第十章介绍事件处理，本章提供之仿真买卖股票的范例蛮复杂的，统合了前面章节的各种技术，透过 Windows Form 型态撰写的 Host 程序买卖股票，Host 程序负责与用户互动，但买卖股票的商业逻辑写在工作流程。Host 须将买卖动作以事件的方式去触发已执行之流程。同时，流程也取得股票更新的数据，传给外部 Host 程序，以呈现股价的变化。第十一章介绍不同的活动平行执行，透过 Parallel 活动，可以在其内放置多个 Sequence 活动，而后再在 Sequence 内放置所需执行的其他活动。但由于 WS 在 Parallel 活动内并非真的采用多线程并行执行，而是交错轮流执行，造成在第一个循序流程中执行了某个活动，接着就跳到第二个循序流程执行另一个活动。作者在此引进 SynchronizationScope 活动，以强制需要一起执行完毕的活动执行完后，才可以跳至另一个循序流程。第十二章解释如何透过设定规则(rule)与政策(policy)，就可以改变流程的执行方式，而不需要以程序代码的 if、switch 等语法写死在程序中，条件的逻辑改变还需要重新改写，这将提供更多的弹性。第十三章则是说明如何自行开发活动，作者从开启一个空的类别库(Class Library)开始，撰写继承 System.Workflow.ComponentModel.Activity 类别的子类别，用以完成自制的 FTP 活动。
l 第三部分十四至十六章介绍较为复杂的工作流程，第十四章以自动贩卖机为例子，解释以「状态」为基础的工作流程。贩卖机从等待到使用者投币、接着进入到钱数足够等待选择产品，以及完成等四个状态。作者示范如何透过事件转化状态，以完成有限状态的自动机器。第十五章说明如何在工作流程设计交易管理，本章续以状态为基础的工作流程仿真提款机，解释 TransactionScope 和 CompensatableTransactionScope 活动的用途。第十六章解释如何用 XAML(XML Application Markup Language)描述流程主要架构，这个概念与 WPF 近似。本书的前十五个章节都是用 Visual Studio 的图形接口拖曳流程的活动，完成工作流程的主体架构。而这些活动其实都可以 XML 描述，你可以用任何文书编辑器编辑，再将其文本文件的扩展名定为 xoml，而细节的商业逻辑可以透过 .NET 程序语言撰写在 code-beside 档案中。
l 第四部分十七至十九章说明工作流程如何存取外部资源。第十七章介绍当一个 Host 程序要产生相同工作流程的多个实例，且需要交换数据时，需要注意的事项。最后两章分别是从工作流程呼叫 Web Service，以及让设计好的工作流程可以当作 Web Service 来使用。由于 WF 的流程默认是以异步执行，对长时间执行的流程来说，这是必要的。但 Web 网页呼叫的模式，是立刻返回并结束，这将无法处理在网页中被叫起的流程实例。由于在 IIS/ASP.NET 环境执行 WF 与之前章节的作法大不相同，因此若要将流程当作 Web Service，必须仔细研读第十九章。
最后，作者提供相当多有趣的范例散布在各章节中，与现实生活经验贴近，例如水箱、自动贩卖机、提款机、问卷、买卖股票…等，让你容易领悟工作流程的特征，而实作练习也有相当的乐趣。
微软图书的 Step by Step 系列比较强调简单易懂，英文语法平铺直叙，各操作步骤尽量解释清楚。本书对WF 来说，是由浅而深的入门书，但不适合程序设计新手，你需要熟悉 C#，知道多线程、平行运算、交易管理、状态机(State machine)、FtpWebRequest 类别、MS SQL Server 数据库、ASP.NET、Web Service…等概念，换言之，你是个程序老手，而 WF 将是另一个工作利器。
作者在整本书各章节中，都提供了范例。每个范例大都有基本的初始环境，以及完成后的结果两种目录。让你练习时免于设定初始状态，照著书中所言，完成各个练习的步骤，且各步骤的说明多有图示，让你一目了然。当设计与撰写程序代码有疑义时，比照另一个已完成的项目，你可以参考正确设计来修改。
若没时间或耐心照着走，最起码开启与执行完整的范例项目一遍，关于 WF 的纲要也就了然于胸了J。而书中有些工作流程范例在直接开启时，因为需要参照的自定义活动尚未编译，其设计界面会呈现错误画面，你可以直接建置项目，而后设计画面就可以恢复正常。
本书的章节内容有相关性，尤其前几章的安排为循序渐进，最好先按部就班地读完第一和第二部分，而后浏览全书，再选择需要或有兴趣的部分精读。WF 是给系统开发人员的工具，本书的读者当然也属这个族群。若你不是系统开发人员，但要评估与工作流程或 BPM 相关的产品，或许略翻一下本书，将会对工作流程引擎有更深一层的认识。
相关阅读
书中提供许多关联到某项技术的网页，你可以延伸阅读。除此之外，笔者列出些相关的资源：
l MSDN 自家对 WF 的主网页：http://msdn2.microsoft.com/en-us/netframework/aa663328.aspx。以及本书的勘误表：http://support.microsoft.com/kb/935354/en。
l Essential Windows Workflow Foundation：出版社 Addison-Wesley，作者 Dharma Shukla， Bob Schmidt。WF 的架构师和程序设计师合着的书，介绍 WF 底层的设计与运作原理。
l 工作流程设计模式(Pattern)的定义：在 http://www.workflowpatterns.com/ 这个网站里有用 Flash 绘制的各种工作流程设计模式动画，它与产品无关，但你可以据此了解何谓工作流程，以及应用上的变化。
[1] 曾经一开始 Windows Workflow Foundation 缩写为 WWF，因此你在微软相关技术文件内，还可以看到这样的缩写。谣传因为跟其他的注册商标冲到，而改称为 WF。
[2] 组件形式通常设计成 DLL，一个 DLL内可以内含多个工作流程定义。但在笔者此次介绍的书中，强调当下的 WF 若将多个工作流程放在同一个组件中，当要一起执行时，会有 bug L。因此建议分开放置各个工作流程到不同的组件。
[3] 就这一版的 WF，笔者在练习建流程时，其工作流程与活动(Activity)的设计方式、对象命名等，与坊间其他的产品大异其趣。例如，想要做流程活动间的 AND、OR、NOT，或是与外界交换数据就很不直观。或许是锁定的族群不同，WF 的目标是程序开发人员，而坊间大部分的产品还期待系统分析师，乃至于用户自行参与流程设计。