实用数据绑定: 考察 JAXB，第 1 部分

往返和 XML 到 Java 的转换

Brett McLaughlin (brett@oreilly.com), 编辑, O'Reilly and Associates
Brett McLaughlin 从 Logo 时代（还记得那个小三角吗？）就开始从事计算机。他目前专门使用 Java 相关技术构建应用程序基础设施。他最近几年为 Nextel Communications 和 Allegiance Telecom, Inc. 实现了这些基础设施。Brett 是 Java Apache 项目 Turbine 的缔造者之一，该项目使用 Java servlet 为 Web 应用程序开发建立了可重用的组件体系结构。他还参与了 EJBoss 项目（一种开放源代码的 EJB 应用程序服务器）和 Cocoon（一种开放源代码的 XML Web 发布引擎）。

简介： 上一期文章中，Brett 分析了数据绑定中的几个重要概念，包括往返和语义等价。他在本文中按照这些术语考察了 Sun JAXB 的体系结构和实现。您将了解到 JAXB 如何处理类的生成，以及对 API 接受的 XML 输入和输出有什么样的影响。


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发布日期： 2004 年 5 月 01 日
级别： 初级
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在深入数据绑定的细节，尤其是探讨如何将数据绑定工具包用于一般的编程问题之前，您需要选择使用的数据绑定工具包。我的一般原则是您应该自行挑选软件，因为每个人的编程需求无疑都是唯一的。也就是说，程序员做出这些决策所用的信息是普遍适用的。本文中，我将根据这些普遍的原则分析 JAXB，并帮助确定 JAXB 是否适合您的数据绑定需求。

简述


不过在展开 JAXB 的讨论之前，我要简要地回顾一下本系列 上一篇文章中所提到的概念。其中的重要定义有：

解组：把 XML 数据转化成 Java 类（或者多个类）的过程。
编组：把 Java 数据转化成 XML 文档的过程（恰恰与解组相反）。
语义等价：基于 XML 规则的相等。即使两个文档 看起来不同，但在语义上可能是等价的，参见上一篇文章中的例子。
往返：从 XML 文档到 Java 代码然后再回到 XML 的整个过程。有效的往返保证输入和输出文档是相同的（语义等价）。
本文中将不那么严格地使用这些术语，一定要真正掌握每个概念的含义。

还应该明白，本文以及后面的几篇文章中，重点不一定是讨论基本的功能，而使这种功能的实现。煤中数据绑定工具包都能编组和解组数据。但是许多工具包不那么严格地执行这项任务，结果危害了往返的语义等价性。实现中的瑕疵（或者实现的功能不完整）是本系列中开始几篇文章的重点，因此我要用几篇文章来说明工具包的基本用法就不奇怪了，如果不知道它是否 真正有效， 使用一个工具包又有什么意义呢？

最后，我假设您已经安装并运行了 JAXB。您可以在 developerWorks上找到详细描述安装过程的大量文章，而且有了新的 Sun Java Web Services Developer Toolkit，安装非常简单。安装好工具包并设置正确的类路径，就万事俱备了。


生成类


使用 JAXB 进行之前，首先要生成表示 XML 数据的 Java 类。这些例子中将使用一个非常简单的 XML 文档，如清单 1 所示。这是一份吉他的简单列表，吉他是我的爱好之一。

清单 1. 简单的 XML 文档：吉他列表


<guitars>
  <guitar id="10021">
    <builder luthier="true">Ryan</builder>
    <model>Mission Grand Concert</model>
    <back-sides>Brazilian Rosewood</back-sides>
    <top>Adirondack Spruce</top>
    <notes>
      <![CDATA[
        Just unbelievable...   this guitar has all the tone &
        resonance you could ever want. I mean, <<WOW!!!>> This
        is a lifetime guitar.
      ]]>
    </notes>
  </guitar>
  <guitar id="0923">
    <builder smallShop="true">Bourgeois</builder>
    <model>OMC</model>
    <back-sides>Bubinga</back-sides>
    <top>Adirondack Spruce</top>
  </guitar>
  <guitar id="11091">
    <builder>Martin & Company</builder>
    <model>OM-28VR</model>
    <back-sides>Indian Rosewood</back-sides>
    <top bearclaw="true">Sitka Spruce</top>
    <notes>It's certainly true that Martin isn't the only game in town anymore.
           Still, the OM-28VR is one of their best models...     and this one
           has some fabulous bearclaw to boot.              Nice specimen of a
           still-important guitar manufacturer.
    </notes>
  </guitar>
</guitars>
                


使用 JAXB 时还需要一个 XML Schema 以生成类和数据结构。 清单 1的 XML Schema 如清单 2 所示。

清单 2. 清单 1 的 XML Schema


<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<xs:schema xmlns:xs="http://www.w3.org/2001/XMLSchema"
           elementFormDefault="qualified">
  <xs:element name="back-sides" type="xs:string"/>
  <xs:element name="builder">
    <xs:complexType>
      <xs:simpleContent>
        <xs:extension base="xs:string">
          <xs:attribute name="luthier" default="false">
            <xs:simpleType>
              <xs:restriction base="xs:NMTOKEN">
                <xs:enumeration value="true"/>
                <xs:enumeration value="false"/>
              </xs:restriction>
            </xs:simpleType>
          </xs:attribute>
          <xs:attribute name="smallShop" default="false">
            <xs:simpleType>
              <xs:restriction base="xs:NMTOKEN">
                <xs:enumeration value="true"/>
                <xs:enumeration value="false"/>
              </xs:restriction>
            </xs:simpleType>
          </xs:attribute>
        </xs:extension>
      </xs:simpleContent>
    </xs:complexType>
  </xs:element>
  <xs:element name="guitar">
    <xs:complexType>
      <xs:sequence>
        <xs:element ref="builder"/>
        <xs:element ref="model"/>
        <xs:element ref="back-sides"/>
        <xs:element ref="top"/>
        <xs:element ref="notes" minOccurs="0"/>
      </xs:sequence>
      <xs:attribute name="id" type="xs:string" use="required"/>
    </xs:complexType>
  </xs:element>
  <xs:element name="guitars">
    <xs:complexType>
      <xs:sequence>
        <xs:element ref="guitar" maxOccurs="unbounded"/>
      </xs:sequence>
    </xs:complexType>
  </xs:element>
  <xs:element name="model" type="xs:string"/>
  <xs:element name="notes" type="xs:string"/>
  <xs:element name="top">
    <xs:complexType>
      <xs:simpleContent>
        <xs:extension base="xs:string">
          <xs:attribute name="bearclaw" default="false">
            <xs:simpleType>
              <xs:restriction base="xs:NMTOKEN">
                <xs:enumeration value="true"/>
                <xs:enumeration value="false"/>
              </xs:restriction>
            </xs:simpleType>
          </xs:attribute>
        </xs:extension>
      </xs:simpleContent>
    </xs:complexType>
  </xs:element>
</xs:schema>
                


基本步骤


准备好了 XML 和 XML Schema，生成 JAXB 类就很简单了。确认已设置好命令行和环境，然后输入以下命令：

xjc -p com.ibm.dw guitars.xsd -d src
                


一定要在和 guitars.xsd文件相同的目录中执行上述命令，并且在工作目录中建立一个 src目录。如果没有按这些步骤操作，就会出现某种 java.io.IOException 错误。否则应该能看到一长串的输出结果，如清单 3 所示。

清单 3. JAXB 类生成的输出结果


C:\developerworks>xjc -p com.ibm.dw guitars.xsd -d src
parsing a schema...
compiling a schema...
com\ibm\dw\impl\runtime\MSVValidator.java
com\ibm\dw\impl\runtime\SAXUnmarshallerHandlerImpl.java
com\ibm\dw\impl\runtime\ErrorHandlerAdaptor.java
com\ibm\dw\impl\runtime\AbstractUnmarshallingEventHandlerImpl.java
com\ibm\dw\impl\runtime\UnmarshallableObject.java
com\ibm\dw\impl\runtime\SAXMarshaller.java
com\ibm\dw\impl\runtime\XMLSerializer.java
com\ibm\dw\impl\runtime\ContentHandlerAdaptor.java
com\ibm\dw\impl\runtime\UnmarshallingEventHandlerAdaptor.java
com\ibm\dw\impl\runtime\SAXUnmarshallerHandler.java
com\ibm\dw\impl\runtime\ValidatorImpl.java
com\ibm\dw\impl\runtime\ValidatableObject.java
com\ibm\dw\impl\runtime\UnmarshallerImpl.java
com\ibm\dw\impl\runtime\NamespaceContext2.java
com\ibm\dw\impl\runtime\Discarder.java
com\ibm\dw\impl\runtime\NamespaceContextImpl.java
com\ibm\dw\impl\runtime\ValidatingUnmarshaller.java
com\ibm\dw\impl\runtime\UnmarshallingContext.java
com\ibm\dw\impl\runtime\GrammarInfoImpl.java
com\ibm\dw\impl\runtime\ValidationContext.java
                


实在是有点太多了--注意，即使对于一个相当简单的 XML Schema，JAXB 也创建了 大量的类。


对往返的影响


现在我已经介绍了基本的步骤，下面将实际分析一下其中到底发生了什么。不必浪费时间回顾 JAXB 的基础（其他文章已经做了很好的介绍），对于每个元素都有两个源文件，一个文件和元素同名（比如，Guitar.java），另一个则在元素名后面加上“Type”（如 GuitarType.java）。这两个文件都是接口，类的实现在子目录 impl 下。这样就生成了很多类--我认为有点太过分了。

但真正有意思的是这些类本身。要知道数据绑定实现的主要问题之一是往返--即从 XML 到 Java 代码再返回到 XML 的过程中数据不会发生不可预料的变化的能力。换句话说，进去的是什么出来的就是什么。在目前，您还没有准备好通过解组-编组循环测试输出的结果（尽管以后要这样做），首先来分析源代码中可能存在的潜在问题。

第一个问题出现在任何数据绑定软件包通常都会出问题的地方：类型化。即使有 XML Schema 的帮助，XML 也不一定能和 Java 类型很好的匹配。这通常意味着要损失一些数据类型信息，有可能掺入非法的数据。有时候问题出在 XML Schema 中，有时候则是因为 XML 到 Java 映射的局限性，必须仔细观察。源代码中发现的一个此类问题是 top 元素的表示。注意清单 4 中粗体显示的那一行，这是 TopType 类的源代码。

清单 4. TopType.java 的源代码


package com.ibm.dw;
public interface TopType {
    java.lang.String getValue();
    void setValue(java.lang.String value);
            java.lang.String getBearclaw();
    void setBearclaw(java.lang.String value);
}
               
      


回头再看一看源文档及其 XML Schema，很明显 bearclaw 属性的值应该是“true”或“false”。不幸的是，JAXB 没有发现这一点并使用布尔数据类型， TopType 类的这个属性可以接受任何字符串值。结果可能造成错误的数据。最终可能出现“True”、“true”、“tRUe”或者任何其他变化形式，而令使用 XML 的应用程序举止失措。换句话说，您碰到了必须解决的一个问题域。

这类问题可能有以下不同的解决办法：

手工编辑 TopType 类的源代码，只接受布尔值。
向 TopType 方法中手工添加异常处理代码，保证只能提供可以转化成布尔值的字符串。
在 XML Schema 中创建表达布尔数据类型的新类型。
前两种选择非常明显。第三种选择也很简单，尽管 W3C 那帮人实际上应该把这一条放在规范中说明。清单 5 给出了一个简单的布尔类型定义：

清单 5. 模式中的布尔类型


<xsd:simpleType name="xsd:boolean">
  <xsd:restriction base="xsd:string">
    <xsd:enumeration value="true"/>
    <xsd:enumeration value="True"/>
    <xsd:enumeration value="TRUE"/>
    <xsd:enumeration value="false"/>
    <xsd:enumeration value="False"/>
    <xsd:enumeration value="FALSE"/>
  </xsd:restriction>
</xsd:simpleType>
                


看起来不错，是吧？但问题是它还不能解决这个问题。JAXB 根据 XML Schema 中 xsd:string 构造的用法，仍然会生成接受字符串参数的类。

在您准备告诉我这不成为一个问题之前，先让我说明 JAXB 通过 什么来保护您的数据。当从 Java 类编组回到 XML 时，将调用根据 XML Schema（和限制性的类型，如 清单 2和 清单 5所示）生成的验证方法。换句话说，如果您为 bearclaw 属性提供了一个值“foobar”，它就会被找出来。不过像“TRUe”、“fAlSe”和“tRue”这样的值--当然也不想要这种结果--在验证过程中也会被找出来。现在就需要使用 清单 5中详细定义的类型， 还要注意“true”和“false”这两个词因为大小写带来的变化。这种繁杂的工作看起来意义不大。正是这类问题使得往返非常复杂，真正实现要比说起来困难得多。这也 恰恰是在选择和使用数据绑定软件包时应该考虑到的那类问题。

更加需要关注的是，至少对我而言，这样可能造成超出单次往返过程的问题。要知道错误检查只有在编组时进行，这意味着只要还在内存中，错误数据就可以自由地存在于这些成员变量之中等待编组。另外， 任何具有有限值集的性质都存在这种问题，而不仅仅是布尔值。但其中最值得注意的问题是，有时候 XML 文档被读入、处理然后供其他应用程序使用，而不是被编组回到 XML。因此所有的应用程序都有可能在这些字段中插入错误的数据，而其他任何使用数据的应用程序都会得到那个错误数据。除非希望每次访问信息时都编组类，否则这个问题就确实存在。顺便说一句，这些问题表明数据绑定相对而言还不够成熟，而不仅仅是 JAXB。


我该怎么做？


那么您能做什么呢？首先要坚持阅读这些文章。我将详细分析 JAXB，后面还将探讨 Castor，尝试标志出那些需要注意的地方。不知道问题的关键在哪里，就不能编写防弹代码和错误检查代码；这正是本文以及后面几篇文章的核心。更重要的是，要认识到即使最好的数据绑定软件包，也需要一两个很棒的程序员增加另外的保护措施，才能使其正确地运行。

最后还要记住，数据绑定并不总是魔法子弹。我并不想打消你们对数据绑定的兴趣，恰恰相反，我认为它是一种了不起的应用程序。但是有时候一个简单的 SAX 程序或者 DOM 树就能提供需要的全部功能，就不需要再引入数据绑定项目的复杂性了。在以后的专栏中，我将分析使用数据绑定的最佳时机，什么时候使用 SAX 和 DOM 更有效，并通过大量的例子帮助您作出决策。


结束语


显然这里关于 JAXB 的分析还不够完全，但是您已经看到了研究数据绑定软件包时有价值的分析方法。选择一个数据绑定软件包要比选择喜欢的网站和单击链接复杂得多，要保证选择的应用程序能够正确处理像往返这样的问题。

JAXB 仍然不够成熟，仍然是一种非常新的技术的较早主要版本。还要记住 JAXB 以前的几个版本基本上已经废弃了（还记得当时 JAXB 只能使用 DTD 吗？它现在只能使用 XSD），因此 1.x 版是对这类问题真正的 第一次尝试。并不说不应使用 JAXB，只是说必须小心谨慎。

下一篇文章，我将从类生成转移到解组和编组，并说明它是如何工作的。我还将钻研像空格、CDATA 节以及许多其他问题的处理。请继续坚持，您将看到更多的代码、更多的细节和更多的乐趣。下一次网上见！