Java SE 6 新特性: XML API 与 Web 服务
Service Provider 机制
对 于同一个功能，不同的厂家会提供不同的产品，比如不同品牌的轮胎、插头等。在软件行业，情况也是如此。比如，对于数据的加密解密，不同的厂家使用不同的算 法，提供强度各异的不同软件包。应用软件根据不同的开发需求，往往需要使用不同的软件包。每次更换不同的软件包，都会重复以下过程：更改应用软件代码 -> 重新编译 -> 测试 -> 部署。这种做法一般被称为开发时绑定。这其实是一种比较原始的做法，缺乏灵活性和开放性。于是应用运行时绑定服务提供者的做法流行开来。具体做法是，使用 配置文件指定，然后在运行时载入具体实现。Java SE 平台提供的 Service Provider 机制是折衷了开发时绑定和运行时绑定两种方式，很好的满足了高效和开放两个要求。
构成一个 Service Provider 框架需要大致三个部分，图 1 给出了一个典型的 Service Provider 组件结构。Java SE 平台的大部分 Service Provider 框架都提供了 3 个主要个组件：面向开发者的 Application 接口，面向服务提供商的 Service Provider 接口和真正的服务提供者。
图 1. Service Provider 的组件结构
这样做的主要好处包括：
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提供了供应商的中立性，应用代码与服务提供商完全独立，互不依赖。应用程序开发者针对 图 1 中
Application接口进行开发。这个接口将不同提供商的接口差异性屏蔽掉了。无论使用哪个厂商的服务，应用程序都是针对一个稳定、统一的接口开发，业务逻辑和第三方组件之间有很强的独立性。如果有需要，应用程序可以针对不同提供商重新部署。清单 1 显示某应用程序中的一段代码。
清单 1. 通过统一应用程序接口获得服务
SAXParserFactory factory = SAXParserFactory.newInstance();
System.out.println(factory.getClass());
// Parse the input
SAXParser saxParser = factory.newSAXParser();
System.out.println(saxParser.getClass());
Output: class org.apache.xerces.jaxp.SAXParserFactoryImpl
Output: class org.apache.xerces.jaxp.SAXParserImpl
本例中 saxParser 的类型被声明为
SAXParser，但实际类型如 清单 1 中显示，为org.apache.xerces.jaxp.SAXParserImpl。实际类型是由SAXParserFactory的静态方法newInstance查找配置文件，并实例化得到的。图 2 展示了 Java SE 6 中 XML 包的Service Provider的交互细节。请参考 Apache Harmony 项目的具体代码（参见 参考资源）。
图 2. XML 包的 Service Provider 结构
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提供了扩展性，更多的服务可以加入开发平台；为了便于不同的开发商开发各自的产品，Java SE 平台同时为服务提供商设计了统一的接口。只要提供者满足这些接口定义（比如继承某个接口，或者扩展抽象类），服务提供者就能被添加到 Java SE 平台中来。以 图 2 给出的结构为例，服务提供者需要继承
SAXParserFactory、SAXParser等抽象类，同时将类VendorSaxParserFactoryImpl的名字注册到 jaxp.properties 文件中，就可以被使用了。 -
兼 顾了灵活性和效率。通过这种方式，一方面组件提供者和应用开发者开发时绑定到一个约定的接口上，另一方面载入具体哪个组件则是在运行时动态决定的。不同于 Web 服务等技术的完全动态绑定（通过运行时解析 WSDL 文件来决定调用的类型），也不是完全的编码时绑定，这种折衷的方式提供了松耦合、高扩展性，同时也保证了可接受的效率。
XML 框架介绍
Java SE 6 平台提供的 XML 处理主要包括两个功能：XML 处理（JAXP，Java Architecture XML Processing）和 XML 绑定（JAXB，Java Architecture XML Binding）。JAXP 包括 SAX 框架 —— 遍历元素，做出处理；DOM 框架 —— 构造 XML 文件的树形表示；StAX 框架 —— 拖拽方式的解析；XSLT 框架 —— 将 XML 数据转换成其他格式。JAXB 则是负责将 XML 文件和 Java 对象绑定，在新版 JDK 中，被大量的使用在 Web 服务技术中。
SAX 框架（Simple API for XML）
SAX 全称 Simple API for XML，该框架使用了事件处理机制来处理 XML 文件，图 3 展示了这个过程。
图 3. SAX 框架处理 XML 文件的流程
SAXParser 将 XML 文件当作流读入。当 parser 遇到 Element_A，就会产生一个事件，然后将该事件发送给处理类。SAX 框架的一大特点是对于节点的处理是上下文无关的。比如 图 3 中 SAXParser，允许注册一个处理类，这个处理类对于所有节点并不加以区分，对他们的处理过程都是一致的。一般包括 startElement 和 endElement 等动作。清单 2 给出了处理类的 startElement 动作的伪代码。
清单 2. 处理类的 startElement 动作的伪代码
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使用 SAX 框架，对于 Node 节点的处理并不会根据其前驱或者后缀节点的不同而有所区别。伪代码 3-5 行说明了这一点。一旦发现节点名称是 Node，则进行预定的处理。这个框架本身并不支持对节点进行上下文相关的处理，除非开发者另外维护一些数据结构来记录上下文状态。正是由于 SAX 框架不需要记录的状态信息，所以运行时，SAX 框架占用的内存（footprint）比较小，解析的速度也比较快。
DOM 框架（Document Object Model）
DOM 框架的全称是 Document Object Model。顾名思义，这个框架会建立一个对象模型。针对每个节点，以及节点之间的关系在内存中生成一个树形结构。这个特点与 SAX 框架截然相反。需要注意的是，DOM 框架提供的对象树模型与我们通常理解的 XML 文件结构树模型是有一定的区别的。图 4 给出了一个 XML 文件的结构。
图 4. DOM 框架的对象模型
图 4 中的 Element_B 具有 清单 3 这样的结构：
清单 3. Element_B 的 XML 结构
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按照 图 4 和 清单 3 给出的结构，一般的对象的观点理解，Element_B 包含子元素 Node，而两句话”This is start of Element_B”与”This is end of Element_B”是 Element_B 节点的内容。而实际上，当针对 Element_B 调用 Element.getContent，得到的是 Element_B 这个名字本身，两句文本同 Node 一样，也是作为子节点的。可以这样认为，DOM 的对象模型，在内存中模拟的是 XML 文件的物理存储结构，而不是节点间的逻辑关系。DOM 中结点的类型也是通过 getContent 返回的节点名字符串区别的。当客户端识别节点类型时，通常会形成以下的代码片断：
清单 4. 使用 DOM 框架的客户端代码
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这种方式是很明显的早绑定 —— 编码时 / 编译时绑定，而不是面向对象语言中使用的运行时绑定技术 —— 继承带来的虚拟函数特性。这个问题的产生和 DOM 框架的设计目标有关。DOM 的目标是一个编程语言无关的，用来处理大段复杂 XML 文件的框架（参见 参考资源）， 比如书籍和文章。DOM 框架一个显著的特征是善于处理节点与文本混合的 XML 文件（Mixed-Content Model）。这种设计使得 XML 形成树的过程是一个直接映射，不需要进行概念上的转换，也就节省掉很多的处理细节，一定程度上提高了效率。这一点在处理大文件时比较明显，兼顾了效率和上 下文状态问题。另一方面，由于编程语言无关的设计目标，也决定了放弃虚函数机制是必要的。
StAX 框架（Streaming API for XML）
SAX 框架的缺点是不能记录正在处理元素的上下文。但是优点是运行时占内存空间比较小，效率高。DOM 框架由于在处理 XML 时需要为其构造一棵树，所以特点正好相反。StAX 框架出现于 Java SE 6 中，它的设计目标就是要结合 SAX 框架和 DOM 框架的优点。既要求运行时效率，也要求保持元素的上下文状态。清单 5 是一段使用 StAX 框架处理 XML 文件的代码。
清单 5. 使用 StAX 框架处理 XML 文件
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观察后可以发现 StAX 框架和 SAX 框架具有相似的地方。StAX 有 Event.isStartElement 方法，SAX 有 DefaultHandler.startElement 方法。StAX 有 Event.isCharacter 方法，SAX 有 DefaultHandler.character 方法。实际上这两个框架处理 XML 文件的时候使用了相似的模型——将 XML 文件作为元素组成的流，而不同于 DOM 的树模型。解析 XML 文件时，应用程序调用 XMLEventReader 的 nextEvent 方法解析下一个元素（或者是解析同一个元素，根据解析的不同阶段，产生不同元素），StAX 就会通过 XMLEventReader 产生一个事件。比如针对同一个元素，可能会产生 StartElement 和 EndElement 事件。形象的说 XMLEventReader 就像是一根绳子，拽一下，解析一个元素，产生一个事件。于是这种技术也被称为”Pull Parser”技术。StAX 在处理 XML 文件时，产生的所有事件是通过一个 Iterator（XMLEventReader 继承了 Iterator）返回的。应用程序通过这个 Iterator 能知道某个解析事件的前后分别是什么。这类信息就是一个元素的上下文信息。
XSLT 数据转换框架（The Extensible Stylesheet Language Transformations APIs）
一 般来说 XML 文件格式被认为是一种很好的数据交换格式。于是 Java SE 6 SDK 基于以上介绍的三种 XML 处理机制，提供了一个 XML 转换框架。XSLT 框架负责进行转换 —— 包括将 XML 文件转换成其他形式如 HTML，和将其他形式的文件转换成 XML 文件。更进一步说，这个框架可以接受 DOM 作为其输入和输出；可以接受 SAX 解析器作为输入或者产生 SAX 事件作为输出；可以接受 I/O Stream 作为输入和输出；当然也支持用户自定义形式的输入和输出。图 5 显示了这种依赖关系：
图 5. XSLT 框架的依赖关系
转换框架的输入输出对象的类型并不要求是一一对应的。比如，使用 DOMSource 做为输入，可以使用 StreamResult 作为输出。清单 5 是一段伪代码，用来显示 JDK 将不同 javax.xml.transform.Source 转换成不同 javax.xml.transform.Result 子类型的过程：
清单 5. JDK 转换框架的转换过程
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通过这个过程的转化，一个 javax.xml.transform.Source 可以转化成为类型 javax.xml.transform.Result。JDK 提供了如 图 5 所示的 4 种 Result 子类型，用户也可以定义自己的 Result 类型。另一方面，用户自定义的数据解析器或者数据文件，也可以作为 Transformer 的输入。下面一个例子，针对一个数据文件，首先生成了一棵 DOM 树，然后又根据这棵 DOM 树，提取了所有的联系信息，生成了一个文本文件。清单 6 给出了这个数据文件：
清单 6. 地址信息文件
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清单 7 为这个信息文件构造一个 DOM 树，并将其作为 transformer 的输入。
清单 7. 构造 DOM 树
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Java SE 6 SDK 提供了至少以上三种内置的处理 XML 文件的机制。它们分别是 Simple API for XML、Document Object Model 和 Streaming API for XML。其中 SAX 和 StAX 采用了相似的模型 —— 将 XML 文件建模为元素流，DOM 采用了树形模型。带来的结果是 SAX 和 StAX 运行时空间相对 DOM 紧凑。状态保持能力则依次 SAX -> StAX -> DOM 变强。特别值得一提的是 StAX 技术是最新引进的 XML 处理技术，它结合了 SAX 和 DOM 的优点。清单 8 给出了一个粗略度量 SAX、StAX、DOM 三个框架解析同一个 XML 文件的运行效率的代码。
清单 8. 度量 XML 解析框架的运行时间
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得出的数据如下：
2734 |
可以看出解析速度按 SAX -> StAX -> DOM 依次变慢。这组数据从一个侧面反映了这三种技术的特性。SAX 处理小的，简单的 XML 文件更高效。基于三种 XML 解析技术，Java SE 6 SDK 又提供了数据格式转换框架 —— XSLT。同时 XSLT 技术和其他很多的 JDK 框架一样，是一个开放框架。它提供了一些抽象类和接口，让应用程序可以根据需求，开发出不同的 XML 数据处理和转换工具。然后通过之前叙述的 Service Provider 机制，将这些工具“插入”JDK 中。表 1 罗列了 SAX、StAX、DOM、XSLT 在 JDK 中的位置：
表 1. SAX，StAX，DOM，XSLT 在 JDK 中的位置
| SAX | StAX | DOM | XSLT |
|---|---|---|---|
| javax.xml.parsers | javax.xml.stream | javax.xml.parsers | javax.xml.transform |
| javax.xml.stream.events | javax.xml.transform.dom | ||
| javax.xml.stream.util | javax.xml.transform.sax | ||
| javax.xml.transform.stax | |||
| javax.xml.transform.stream |
Web 服务
基 于 XML 的数据通常被作为 Web 服务之间互相调用的标准的数据传输文件格式。Java SE 6 SDK 中基于 XML 的解析技术，也提供了 Web 服务的 API 支持。和较早的 JDK 5 相比，新版本的 JDK Web 服务功能更改了名称 —— 从 JAX-RPC 变成 JAX-WS。JDK 5 只支持基于 remote-procedure-call 的 Web 服务，JDK 6 在此基础上，还支持基于 SOAP message 的 Web 服务实现。下面将给出一个例子，基于 SOAP message，实现一个简单的 Web 服务。
- 清单 9 给出了开发一个 Web services EndPoint 的代码。
清单 9. 一个 Web service‘Hello’服务
package hello;
import javax.jws.WebService;
import javax.jws.WebMethod;
import javax.xml.ws.Endpoint;
@WebService
public class Hello {
@WebMethod
public String hello(String name) {
return "Hello, " + name + "/n";
}
public static void main(String[] args) {
// create and publish an endpoint
Hello hello = new Hello();
Endpoint endpoint = Endpoint.publish("http://localhost:8080/hello", hello);
}
}
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使用 apt 编译 Hello.java，产生辅助文件：
apt -d sample example/Calculator.java
运行完这条命令之后，example 目录下面多出了一个 jaxws 子目录如 图 6 所示。Apt 工具在该目录里生成了发布 Hello Web service 所必需的两个辅助文件。
图 6. example 目录
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发布 Hello Web service：
java -cp sample hello.Hello
将浏览器指向
http://localhost:8080/hello?wsdl会产生如 图 7 所示页面。
图 7. 发布的 Hello Web service
Java SE 6 SDK 内嵌了一个轻量级的 HTTP Server，方便开发者验证简单的 Web service 功能。通过以上三步，一个 Web service Endpoint 就部署完成，下面将开发一个调用 Hello 服务的客户端。
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为 Web 服务的客户端产生存根文件：
wsimport -p sample -keep http://localhost:8080/hello?wsdl
这将会在 sample 目录下产生如 图 8 所示的文件。这一步实际是根据上面 URL 指向的 WSDL 文件，通过 JAXB 技术，生成了相应的 Java 对象。
图 8. wsimport 产生的文件
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开发，编译，运行 Web 服务客户程序。清单 10 给出了使用 Hello 服务的客户程序。
清单 10. 使用 Hello 服务的客户程序
package sample;
class HelloApp {
public static void main(String args[]) {
HelloService service = new HelloService();
Hello helloProxy = service.getHelloPort();
String hello = helloProxy.hello("developer works");
System.out.println(hello);
}
}
图 9 是编译并运行该客户程序产生的结果：
图 9. 调用 Hello 服务
可 以说在 Java SE 6 SDK 中，Web 服务的开发过程被大大简化了。原来开发中需要手工重复劳动产生的文件，可以使用工具自动生成。比如 WSDL 文件可以自动生成，和 WSDL 绑定的 Java 对象也自动生成，部署（本文仅指 JDK 提供的轻量 HTTP server 部署环境）也大大简化。这些全部归功于 JDK 6 中引入的一些新的 JSR 实现，即一些 API 和工具。表 2 给出了 JDK6 中为 Web 服务 API 提供支持的包。
表 2. JDK 中提供 Web 服务 API 支持的包
| JSR | Package |
|---|---|
| JSR 224 Java API for XML-Based Web Services 2.0 |
javax.xml.ws |
| javax.xml.ws.handler | |
| javax.xml.ws.handler.soap | |
| javax.xml.ws.http | |
| javax.xml.ws.soap | |
| javax.xml.ws.spi | |
| JSR 222 Java Architecture for XML Binding (JAXB) 2.0 |
javax.xml.bind |
| javax.xml.bind.annotation | |
| javax.xml.bind.annotation.adapters | |
| javax.xml.bind.attachment | |
| javax.xml.bind.helpers | |
| javax.xml.bind.util | |
| JSR 181 Web Services Metadata for the Java Platform |
javax.jws |
| javax.jws.soap |
除此之外 JDK 6 还提供了一些工具，包括 wsgen, wsimport 以及 Java 调用的轻量级 HTTP server。API 和工具联合提供了一个简单的 Web services IDE 开发环境，可以简化 Web 服务应用的开发。
Java class 和 XML 文件的绑定
从 上一段关于 Web 服务的叙述中，我们能够发现开发和部署 Web 服务的过程中存在多次 Java 对象和 XML 文件转化的过程。比如开发和部署服务的时候，将一个 Web Service EndPoint 发布成为一个 WSDL，或者使用服务的时候，将一个 WSDL 文件转换成一组 Java 对象。所有的转换，都是通过工具自动完成的。这里存在一些问题，Java 对象的类型转换成 XML 元素是需要符合一定的标准，还是随意转换呢？如果按照标准转换，那么这个标准是什么样子的？比如 Java 中的 int 类型是应该变成 <int></int> 呢，还是 <integer></integer>。如 表 2 列出，JSR222- Java Architecture for XML Binding (JAXB) 2.0 标准为这些问题给出了一个规范的解答。
首先示范一个简单的例子，将根据一个 XML 文件的 schema，转换成 Java 对象。还是以 清单 6 中的数据文件为依据。构造一个 XML schema 文件，如 清单 11 所示。要运行这个例子，首先需要下载一个 JAXB Reference Implementation jar（下载请参见 参考资源），并将该 jar 文件加入到 classpath 中。
清单 11. 用于绑定的 workcontactinfo.xsd 文件
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- 运行命令
xjc workcontactinfo.xsd。将会在当前目录下生成一个 generated 子目录。 - 运行命令
javac generated/*.java，编译所有生成的 Java 文件。 - 操作生成的 Java 对象。清单 12 给出了一个操作生成的 java 对象的例子。要注意，一定要先将 JAXB Reference Implementation jar 放到 classpath 中。
清单 12. 调用生成的 Java 对象
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运行这个程序，就能生成一个 XML 数据文件，如 清单 13。
清单 13. XML 数据文件
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回顾一下 Web 服务的 WSDL 文件，如 图 5 所示，是一个符合 W3C XMLSchema 规范的 schema 文件，以及整个过程中生成的 Java 类，我们应该能更好的理解 Web 服务开发，部署，使用的全过程。首先 JDK 6 提供的工具 apt 根据 Web Service EndPoint 中相关的注释生成一些与 WSDL schema 绑定的 Java 类。察看这些类可以发现，它们与 JAXB 例子中 generated 目录下生成的 Java 文件十分相似。接着通过 HTTP 服务将这个 WSDL schema 文件发布出来。然后通过 wsimport 工具，生成一个 Web 服务的客户运行时代理，相当于 清单 12 的功能。最终 Web 服务的用户程序同运行时代理交互，该代理生成并传递形式如 清单 13 的 XML 数据文件。图 10 结合 表 2 给出了 Web 服务开发到使用整个周期的工作流和涉及到的 JDK 包。
图 10. Web 服务开发部署流程中 XML 技术的应用
总结
比 较前一个版本的 JDK，新版本对 XML 处理技术进行了扩展。包括新加入的 StAX 和 JAXB。基于这些新的 XML 数据处理技术，JDK 6 对 Web 服务的支持也得到了大大的增强。这些增强体现在引入了一些注释和 API，增加了更多的工具，可以自动化大部分开发和部署的工作。对于 XML 应用开发者来说，有更多更有力地技术可以选用。对于 Web 服务提供者来说，开发工具更为强大，开发流程更为简化，工作效率得到提高。而对于 Web 服务的使用者，更多的底层细节被屏蔽。可以说，新版 JDK 在对 XML 相关应用开发上的支持，较前一个版本有了很大提升。
参考资料
学习- 阅读 Java SE 6 新特性系列 文章的完整列表，了解 Java SE 6 其它重要的增强。
- JAR 规范中对 Service Provider 的介绍。
- When to Use DOM：介绍了适合使用 DOM 的应用场景。
- Sun 的在线 Java™ and XML Headquarters 是学习 JAXP 的最佳地方。
- Java 5.0 技术 核心 API 文档：看看 JAXP JavaDoc 是如何集成到该 API 之中的。
- SAX 网站：进一步了解 JAXP 环境下的这种 API。学习 Java 环境中的 SAX 2。
- XML 入门教程（Doug Tidwell，developerWorks，2002 年 8 月）：想了解 XML 的基础知识吗？请阅读这篇教程和一些 其他培训服务，其中介绍的都是最基本的内容。
- Java SE 6 文档：Java SE 6 的规范文档，可以找到绝大部分新特性的官方说明。
获得产品和技术
- 下载 JAXB 的 参考实现 Jar 包。
- Apache Harmony 代码库：开源 JDK 实现 Apache Harmony 项目代码下载。