35、企业应用中的 Jess、XML 与规则处理

企业应用中的 Jess、XML 与规则处理

1. 企业应用与 J2EE

在企业应用领域，有两个重要的特性值得关注：
- 分布式 ：企业应用可能由运行在许多不同计算机上的单个组件组成，有时这些计算机在物理上相隔甚远。
- 无缝集成 ：意味着许多不相关的组件能够协同工作，共同构成一个完整的应用。

Java 2 企业版（J2EE）是用 Java 编写的企业应用软件基础设施的规范。它包含十几个 API，每个 API 都有自己的缩写和详细规范。J2EE 规范的实现被称为应用服务器，市面上有许多商业的 J2EE 应用服务器可供选择，其中 JBoss 是一个非常受欢迎的开源实现。应用服务器为许多企业应用提供通用的服务和基础设施。J2EE 为在应用服务器上部署企业应用提供了标准、与供应商无关的机制，理论上使得将应用迁移到新的应用服务器变得容易。

此外，J2EE 有时也指 Sun 公司对 J2EE 规范的参考实现。这个免费的参考实现是一个优秀的、符合标准且与供应商无关的开发平台，但它并不适合用于部署企业应用，因为 Sun 公司不支持将其作为部署平台，并且它缺少一些重要功能，如在多个处理器上分布应用的能力。

在讨论 J2EE 时，会遇到许多缩写词，以下是一些常见的缩写及其含义：
| 缩写 | 定义 | 含义 |
| ---- | ---- | ---- |
| DAML | DARPA Agent Markup Language | 一种基于 XML 的表示通用知识的语言 |
| DOM | Document Object Model | 将 XML 文档表示为对象树的标准方式 |
| DTD | Document Type Definition | 指定 XML 文档允许内容的方式 |
| EJB | Enterprise JavaBeans | 用于服务器端 Java 编程的组件模型 |
| J2EE | Java 2 Enterprise Edition | Java 企业应用架构的规范 |
| J2SE | Java 2 Standard Edition | 主要的 Java 软件开发工具包 |
| JCA | J2EE Connector Architecture | 从 EJB 访问资源的通用 API |
| JDBC | Java Database Connectivity | 用于处理关系型数据库的标准 Java API |
| JNDI | Java Naming and Directory Interface | J2EE 环境中的标准 Java 命名服务 |
| JSR 94 | The javax.rules API | 正在发展的规则引擎标准 API |
| LDAP | Lightweight Directory Access Protocol | 标准的企业命名服务 |
| RMI | Remote Method Invocation | 用于通过网络连接 Java 应用的 Java API |
| XML | Extensible Markup Language | 一种自描述的结构化文本文件格式 |
| XSLT | Extensible Style Language Transformations | 用于转换 XML 文档的声明式模式语言 |

2. 规则与 XML

XML（可扩展标记语言）是一种自描述的、基于文本的结构化数据文件格式。它的强大之处不在于 XML 本身，而在于有大量可用的工具来处理它。Web 浏览器可以可视化 XML 数据，还有商业的 XML 编辑器可供使用。XSLT 模式语言可以用于编写简单的脚本，将 XML 文档转换为不同格式的新 XML 文档，或者转换为非 XML 文档。此外，还有许多高质量的解析器和 API 可用于在 Java 程序中处理 XML。

将规则表示为 XML 有几个重要原因：
- 互操作性 ：企业应用中有很多规则引擎可供选择，每个规则引擎都有自己的优缺点。在大型项目的早期阶段，避免局限于使用某一家供应商的产品是很有必要的。如果规则仅使用所有规则语言共有的核心概念，并以 XML 这种中立、灵活的方式表示，那么这些规则可以根据需要轻松转换为特定规则引擎支持的本地格式。但限制开发仅使用通用核心可能会令人沮丧，因为规则引擎的功能差异很大，而且标准规则表示可能无法表达特定引擎所能实现的所有功能。不过，互操作性的好处往往超过这些缺点。
- 编辑和其他处理 ：在一些简单的应用中，非技术人员也可以添加规则，前提是他们理解如何用规则语言进行编程。但通常很难教会市场营销人员编程，因此可以开发一个规则编辑器，让非技术人员通过点击操作来添加和修改规则，而不是进行编程。有些规则引擎自带集成的规则编辑器或开发规则编辑器的工具包，但有些只能创建规则引擎本地语言的规则，而不是与供应商无关的 XML 规则。如果要保持互操作性，可能需要自己开发编辑器。而 XML 使得这种开发相对轻松，因为处理 XML 的编辑器可以使用现有的 XML 解析和编写库来完成复杂的工作。
- 存储和检索 ：在企业环境中，规则引擎的一个重要用途是实现业务规则。业务规则是企业为完成工作而遵循的明确程序，它指定了一种情况以及在该情况下必须采取的行动，非常适合前向链规则引擎的能力。许多企业有一系列编号或索引的业务规则，并且这些规则会不断添加、删除或更改。如果使用规则引擎来执行业务规则，就需要有一种方法来识别实现特定业务规则的规则。当需要删除或暂时暂停某一类规则时，灵活搜索规则的能力就变得至关重要。以 XML 表示的规则非常适合这种环境。如果规则存储在一个大的 XML 文档中，可以使用基于 XML 的工具来搜索特定规则；如果单个规则存储在各自的 XML 文件中，可以将这些文本片段存储在关系数据库中，并使用数据库自身的机制进行搜索。在这两种情况下，都可以使用 XML 报告工具来显示查询到的规则。

3. XML 规则表示

有几种新兴的标准可用于将规则存储为 XML 格式，也可以自定义格式。以下是一些常见的选择：
- RuleML ：RuleML 项目正在定义一种适用于各种规则的标准表示方法。它的覆盖范围非常广泛，不仅涵盖了像 Jess 这样的规则引擎适用的前向和后向链规则，还包括转换和映射规则以及定义 Web 服务的规则。例如，一个简单的 Jess 规则“如果动物有毛发，那么它是哺乳动物”可以表示为：

(defrule AnimalsRule1
    (declare (salience 10))
    (has ?x hair)
    =>
    (assert (isa ?x mammal)))

在 RuleML 中，同样的规则表示为：

<imp label="AnimalsRule1" priority="10">
    <_head>
        <conclusions>
            <assert>
                <fact>
                    <atom>
                        <_opr>
                            <rel>isa</rel>
                        </_opr>
                        <var>x</var>
                        <ind>mammal</ind>
                    </atom>
                </fact>
            </assert>
        </conclusions>
    </_head>
    <_body>
        <and>
            <fact>
                <atom>
                    <_opr>
                        <rel>has</rel>
                    </_opr>
                    <var>x</var>
                    <ind>hair</ind>
                </atom>
            </fact>
        </and>
    </_body>
</imp>

可以看到，RuleML 版本要长得多，这是大多数 XML 使用的典型情况，因为 XML 包含更多信息。单个标签明确说明了规则每个组件的用途，而在 Jess 格式中，这种用途是隐含在语法中的。明确的标签使得将 XML 表示转换为其他规则语言变得更加容易，但冗长是需要付出的代价。
- DAML ：DARPA 代理标记语言（DAML）是一个雄心勃勃的项目，旨在创建一种用于描述万维网上通用知识的语言。DAML 包含用于表达“蕴含”和“属于”等关系的特定原语。它是一个自包含的逻辑系统，任何理解 DAML 的软件都可以基于数据进行推理，而无需额外信息。目前 DAML 没有包含规则表示的规范，但正在开发中。和 RuleML 一样，也有人编写了在 DAML 和 Jess 之间进行转换的工具。
- 自定义表示 ：RuleML 和 DAML 项目很有前景，但仍在积极开发中，处理这些复杂标准的工具也在不断发展，可能还需要一段时间才能广泛使用。现有标准规则语言的一个严重限制是对规则右侧（RHS）操作的描述支持有限。在许多实际的 Jess 应用中，规则的 RHS 可能很复杂，使用标准表示可能会受到限制。目前，大多数同时使用 XML 和规则的人使用自己设计的自定义表示。自定义表示可能比上述标准更简单，因为它是为特定应用量身定制的，并且可以随着应用的发展轻松扩展以满足新的需求。使用自定义表示的好处是，可以使用 XSLT 脚本轻松地将 XML 从一种表示转换为另一种表示。

在 XML 中表示规则有两种不同的策略：
- 通用策略 ：DAML 和 RuleML 项目采用的策略，即 XML 元素表示模式的概念，模式的内容是元素内部的数据。例如，Jess 模式 (isa ?x mammal) 在 RuleML 中表示为：

<fact>
    <atom>
        <_opr>
            <rel>isa</rel>
        </_opr>
        <var>x</var>
        <ind>mammal</ind>
    </atom>
</fact>

这种表示的有趣之处在于，数据可以改变，但元素本身可以保持不变。这种方法通用性强，规则编辑器和所有规则处理软件可以在不了解数据含义的情况下处理这种模式，模式的元数据（模式名称、插槽名称等）是明确的，这是重要的部分。但这种规则语言比较冗长，处理它的一些软件也比较复杂。
- 特定策略 ：将模式的具体信息表示在元素中，而不是作为数据。这种 XML 更简单，但通用性较差。每个新的 deftemplate 都意味着一个新的 XML 标签，对于无序的 deftemplate ，还需要为插槽创建新标签。例如：

<isa>
    <variable>x</variable>
    <symbol>mammal</symbol>
</isa>

处理这种 XML 的代码比处理通用表示的代码更短、更高效，在特定领域中，这种表示方式可以更快速、轻松地开发专用工具，但缺点是失去了通用性。

4. 用 XML 表示 Jess 规则

接下来，我们将开发一种用于 Jess 规则的 XML 表示。这种表示的目标是作为编辑和存储 Jess 规则的文件格式。我们将开发一个 XML DTD（数据类型定义）来描述这种新的 XML 类型，并查看一些示例，还会展示一个将 XML 版本转换为 Jess 规则的 XSLT 脚本。

DTD 是一种指定特定类型 XML 文档允许结构的方式，它使用一种类似但不完全是标准 XML 的语言来定义。 ELEMENT 行描述单个 XML 元素及其内容， ATTLIST 行列出元素允许的 XML 属性。

规则元素的列表称为规则库（rulebase），规则元素有一个 name 属性，可选地有一个 priority （优先级）属性。规则的内容由一个 lhs 元素和一个 rhs 元素组成：

<!ELEMENT rulebase (rule)*>
<!ELEMENT rule (lhs,rhs)>
<!ATTLIST rule name CDATA #REQUIRED priority CDATA "">

其中 * 表示“零个或多个”。

lhs 元素是零个或多个模式（pattern）和组（group）元素的列表。组是一个或多个其他组或模式的列表（ + 表示“一个或多个”）。模式元素是零个或多个插槽（slot）元素的列表；模式和组都有 name 属性，模式可以有绑定。 rhs 是零个或多个函数调用（function-call）元素的列表：

<!ELEMENT rhs (function-call)*>
<!ELEMENT lhs (group | pattern)*>

通过以上内容，我们可以看到在企业应用中，将 Jess 规则与 XML 结合使用具有诸多优势，并且可以根据不同的需求选择合适的规则表示方式和策略。无论是为了实现规则的互操作性、方便编辑和存储，还是为了更好地与现有系统集成，XML 都为规则处理提供了强大的支持。同时，开发自定义的 XML 表示和相关工具可以进一步满足特定应用的需求。

企业应用中的 Jess、XML 与规则处理

5. 开发 XML 规则编辑器

为了方便非技术人员编辑以 XML 表示的 Jess 规则，我们可以开发一个规则编辑器。以下是开发这样一个编辑器的一般步骤：
1. 需求分析 ：明确编辑器需要支持的功能，例如规则的添加、删除、修改，以及规则的搜索和展示等。
2. 界面设计 ：设计一个用户友好的界面，让非技术人员能够轻松操作。可以使用图形化界面，通过按钮、下拉菜单等方式提供操作选项。
3. XML 处理 ：使用现有的 XML 解析和编写库来处理规则的读取和保存。例如，在 Java 中可以使用 DOM（Document Object Model）或 SAX（Simple API for XML）解析器。
4. 规则验证 ：在用户输入或修改规则后，对规则进行验证，确保其符合 XML 规则表示的格式要求。
5. 规则转换 ：将用户编辑的 XML 规则转换为 Jess 规则，以便在 Jess 引擎中执行。可以使用 XSLT 脚本实现这一转换。

下面是一个简单的 Java 代码示例，使用 DOM 解析器读取 XML 规则文件：

import javax.xml.parsers.DocumentBuilder;
import javax.xml.parsers.DocumentBuilderFactory;
import org.w3c.dom.Document;
import org.w3c.dom.Element;
import org.w3c.dom.NodeList;

import java.io.File;

public class XMLRuleParser {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            File inputFile = new File("rules.xml");
            DocumentBuilderFactory dbFactory = DocumentBuilderFactory.newInstance();
            DocumentBuilder dBuilder = dbFactory.newDocumentBuilder();
            Document doc = dBuilder.parse(inputFile);
            doc.getDocumentElement().normalize();

            NodeList ruleList = doc.getElementsByTagName("rule");
            for (int i = 0; i < ruleList.getLength(); i++) {
                Element ruleElement = (Element) ruleList.item(i);
                String ruleName = ruleElement.getAttribute("name");
                System.out.println("Rule Name: " + ruleName);

                Element lhsElement = (Element) ruleElement.getElementsByTagName("lhs").item(0);
                NodeList patternList = lhsElement.getElementsByTagName("pattern");
                for (int j = 0; j < patternList.getLength(); j++) {
                    Element patternElement = (Element) patternList.item(j);
                    String patternName = patternElement.getAttribute("name");
                    System.out.println("Pattern Name: " + patternName);
                }

                Element rhsElement = (Element) ruleElement.getElementsByTagName("rhs").item(0);
                NodeList functionCallList = rhsElement.getElementsByTagName("function-call");
                for (int k = 0; k < functionCallList.getLength(); k++) {
                    Element functionCallElement = (Element) functionCallList.item(k);
                    String functionName = functionCallElement.getAttribute("name");
                    System.out.println("Function Call Name: " + functionName);
                }
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

这个示例代码展示了如何使用 DOM 解析器读取 XML 规则文件，并提取规则的名称、左侧模式和右侧函数调用等信息。

6. 规则的部署与执行

在将规则表示为 XML 并开发好规则编辑器后，接下来需要将规则部署到 Jess 引擎中并执行。以下是规则部署和执行的一般步骤：
1. 规则转换 ：将 XML 规则转换为 Jess 规则。可以使用 XSLT 脚本实现这一转换，例如：

<xsl:stylesheet version="1.0" xmlns:xsl="http://www.w3.org/1999/XSL/Transform">
    <xsl:template match="/">
        <xsl:text>(defrule </xsl:text>
        <xsl:value - of select="rule/@name"/>
        <xsl:text>&#10;</xsl:text>
        <xsl:text>    (declare (salience </xsl:text>
        <xsl:value - of select="rule/@priority"/>
        <xsl:text>))&#10;</xsl:text>
        <xsl:apply - templates select="rule/lhs"/>
        <xsl:text>    =>&#10;</xsl:text>
        <xsl:apply - templates select="rule/rhs"/>
        <xsl:text>)</xsl:text>
    </xsl:template>

    <xsl:template match="lhs">
        <xsl:apply - templates select="pattern"/>
    </xsl:template>

    <xsl:template match="pattern">
        <xsl:text>    (</xsl:text>
        <xsl:value - of select="@name"/>
        <xsl:text> </xsl:text>
        <xsl:apply - templates select="slot"/>
        <xsl:text>)&#10;</xsl:text>
    </xsl:template>

    <xsl:template match="slot">
        <xsl:value - of select="@name"/>
        <xsl:text> </xsl:text>
        <xsl:value - of select="."/>
        <xsl:text> </xsl:text>
    </xsl:template>

    <xsl:template match="rhs">
        <xsl:apply - templates select="function-call"/>
    </xsl:template>

    <xsl:template match="function-call">
        <xsl:text>    (</xsl:text>
        <xsl:value - of select="@name"/>
        <xsl:text> </xsl:text>
        <xsl:apply - templates select="parameter"/>
        <xsl:text>)&#10;</xsl:text>
    </xsl:template>

    <xsl:template match="parameter">
        <xsl:value - of select="."/>
        <xsl:text> </xsl:text>
    </xsl:template>
</xsl:stylesheet>

这个 XSLT 脚本将 XML 规则转换为 Jess 规则的格式。
2. 规则加载 ：将转换后的 Jess 规则加载到 Jess 引擎中。在 Java 中可以使用 Jess 提供的 API 实现规则加载，示例代码如下：

import jess.JessException;
import jess.Rete;

import java.io.FileReader;

public class JessRuleLoader {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            Rete engine = new Rete();
            FileReader reader = new FileReader("transformed_rules.clp");
            engine.batch(reader);
            engine.reset();
            engine.run();
        } catch (JessException | java.io.IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

3. 规则执行 ：在规则加载到 Jess 引擎后，调用引擎的 run() 方法执行规则。引擎会根据规则的条件进行匹配，并执行相应的操作。

7. 规则的优化与维护

在规则的使用过程中，为了提高规则的执行效率和可维护性，需要对规则进行优化和维护。以下是一些规则优化和维护的建议：
- 规则简化 ：避免规则过于复杂，尽量将复杂的规则拆分为多个简单的规则。这样可以提高规则的可读性和可维护性，同时也有助于提高规则的执行效率。
- 规则排序 ：根据规则的重要性和执行频率对规则进行排序。可以通过设置规则的优先级（salience）来实现规则的排序，确保重要的规则优先执行。
- 规则监控 ：在规则执行过程中，监控规则的执行情况，例如规则的匹配次数、执行时间等。可以使用日志记录或性能监控工具来实现规则的监控。
- 规则更新 ：随着业务需求的变化，及时更新规则。可以通过修改 XML 规则文件并重新部署规则来实现规则的更新。

8. 总结

在企业应用中，将 Jess 规则与 XML 结合使用具有许多优势。XML 为规则的表示、存储、编辑和转换提供了强大的支持，使得规则具有更好的互操作性、可编辑性和可维护性。通过选择合适的规则表示方式和策略，开发规则编辑器和相关工具，可以进一步满足特定应用的需求。同时，规则的部署、执行、优化和维护也是确保规则系统正常运行的重要环节。

以下是一个总结的流程图，展示了从规则的创建到执行的整个过程：

graph LR
    A[规则创建（XML 表示）] --> B[规则编辑（规则编辑器）]
    B --> C[规则转换（XSLT 脚本）]
    C --> D[规则部署（加载到 Jess 引擎）]
    D --> E[规则执行（Jess 引擎运行）]
    E --> F[规则监控与优化]
    F --> B[规则编辑（规则编辑器）]

这个流程图展示了规则从创建到执行的整个生命周期，以及规则的监控和优化如何反馈到规则编辑阶段，形成一个闭环的规则管理系统。

通过将 Jess 规则与 XML 结合使用，并遵循上述的开发、部署和维护流程，可以在企业应用中实现高效、灵活的规则处理系统，为企业的业务决策提供有力支持。