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南昌大学硕士学位论文基于x m l 的数据交换构件的研究与设计 摘要 企业信息化的基础平台将是i n t e m e t ，x m l 已经成为i n t e m e t 环境下数据表达的事 实标准，而目前企业大量数据仍存在于占主导地位的关系数据库( 简称r d b ) 中， 如何在r d b 与x m l 之间架起数据交换与数据操作的桥梁，使企业之间可以实现透 明的数据交换和信息共享，已成为企业信息化过程中迫切需要解决的问题之一。针对 这一问题，本文在分析x m l 技术及其相关标准的基础上，结合目前的信息共享技术， 提出了一种基于x m l 的数据交换模型，并对模型中的关键构件和核心问题进行了详 细地研究。论文研究的主要内容与成果包括以下三个方面： 第一，在分析传统信息共享技术的基础上，参照数据交换系统的典型架构，提出 了一种基于x m l 的数据交换模型，并系统地阐述了该模型的体系结构、工作机制和 关键构件。 第二，研究并改进了一种基于模式映射的r d b 到x m l 的转换算法，实现了保留 部分语义约束的关系数据到x m l 数据的转换；并在此基础上结合本文的数据交换模 型，提出了一种基于映射模板的x m l 数据到关系数据的转换方法。 第三，在充分分析j m s 体系结构的基础上，提出了扩展j m s 功能以引入对x m l 消息支持的策略，然后根据该策略实现了一种支持x m l 感知的j m s 引擎，在本文中 称为x j m s 。在x j m s 框架中可以方便地识别和编辑x m l 消息，并对其进行加密和 签名。 关键词：数据交换，数据转换，消息构件，扩展的j a v a 消息服务，x m l 南昌大学硕士学位论文基：f x m l 的数据交换构件的研究与设计 a b s t r a c t t h ei n f r a s t r u c t u r ef o re n t e r p r i s ei n f o r m a t i z a t i o nw i l lc e r t a i n l yb ei n t e r n e t , a n dx m l h a sb e e naf a c t u a ls t a n d a r df o rd a t ar e p r e s e n t a t i o nu n d e ri n t e r n e te n v i r o n m e n t h o w e v e r , i n e n t e r p r i s e s ，m o s td a t ai ss t i l ls t o r e di nt r a d i t i o n a lr d b ( r e l a t i o n a ld a t a b a s e ) h o wt o i n t e g r a t ex m la n dr d bt or e a l i z et h er e c i p r o c a ld a t aa c c e s s i n ga n de x c h a n g e ，t o i m p l e m e n td a t ae x c h a n g ea n di n f o r m a t i o ns h a r i n ga m o n ge n t e r p r i s e sc o n v e n i e n t l y , h a s b e c o m eo n eo fp i v o t a lp r o b l e m st ob er e s o l v e di m m e d i a t e l y a i m e da tt h i sp r o b l e m ， c o m b i n i n gt h o s ec u r r e n ti n f o r m a t i o ns h a r i n gt e c h n o l o g i e s ，t h i sp a p e rp u t sf o r w a r dad a t a e x c h a n g em o d e lb a s e do nx m la n di t si n t e r r e l a t e ds t a n d a r d ，a n dr e s e a r c h e st h ek e y c o m p o n e n t sa n dc o r ep r o b l e m si n t h i sm o d e li nd e t a i l t h em a i nr e s e a r c hi s s u e sa n d a c h i e v e m e n t si nt h i sp a p e ri n c l u d e3a s p e c t sa sf o l l o w s ： 1 a f t e r a n a l y z i n g t h et r a d i t i o n a li n f o r m a t i o n s h a r i n gt e c h n o l o g i e s a n dt h e r e p r e s e n t a t i v ef r a m e w o r ko fi n f o r m a t i o ne x c h a n g es y s t e m ，t h i sp a p e rp u t sf o r w a r dad a t a e x c h a n g em o d e lb a s e do nx m l ，a n de x p o u n d si t sa r c h i t e c t u r e ，w o r km e c h a n i s ma n dk e y c o m p o n e n t si nd e t a i l 2 r e s e a r c ha n di m p r o v ear d bt ox m lc o n v e r s i o na l g o r i t h mb a s e do ns c h e m a m a p p i n g a c c o r d i n gt ot h ea l g o r i t h m ，w er e a l i z ep a r t i a ls e m a n t i cc o n s t r a i n t s p r e s e r v e d c o n v e r s i o nf r o mr e l a t i o n a ld a t at ox m l d a t a a d d i t i o n a l l y , c o m b i n i n gt h em o d e lg i v e ni n t h i sp a p e r , am e t h o do fc o n v e r s i n gx m ld a t at or e l a t i o n a ld a t ab a s e do nt h em a p p i n g t e m p l a t ei sp u tf o r w a r d 3 b a s e do nt h ej m sa r c h i t e c t u r e ，t h i sp a p e rd e v e l o p sas t r a t e g yt oe x t e n dt h ee x i s t i n g j m sf u n c t i o n a l i t ya n di n c l u d e s u p p o r tf o rx m l m e s s a g e ，t h e nu s e st h es t r a t e g yt o i m p l e m e n ta nx m l a w a r ej m se n g i n ec a l l e dx - j m s d e p e n d i n go nx j m s ，t h ec l i e n t a p p l i c a t i o nc a nn o to n l yi d e n t i f ya n de d i tt h ex m l m e s s a g e ，b u ta l s os i g na n de n c r y p ti t c o n v e n i e n t l y k e y w o r d s ：d a t ae x c h a n g e ，d a t ac o n v e r s i o n ，m e s s a g ec o m p o n e n t ，x j m s ，x m l 独创性声明 y928798 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南昌大学或其他教育机 构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献 均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 一躲铆占劣一期：沙饵衫月2 ，日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解南昌大学有关保留、使用学位论文的规定， 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和 借阅。本人授权南昌大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进 行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：钾占豸 签字日期：沙乡年彩月砂日 f 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 导师签名： f 牛i 易仨( i 签字日期：纱以年6 月易日 电话： 邮编： 南昌大学硕士学位论文基于x m l 的数据交换构件的研究与设计 1 1 背景 第一章绪论 企业内部与外部联系逐渐紧密，甚至融为一体，这种变化深刻地影响着企业的组 织结构，不仅反映在企业内部的业务流程中，而且影响着企业如何与客户、合作伙伴、 供应商、分销商等进行商务活动。面对快速变化的市场条件，当今的商务活动必须以 速度、效率与灵活性作为应对策略，这需要各个企业的业务系统之间相互协作，交换 数据，实现业务流程的协同和业务信息的共享。 数据交换作为企业应用集成解决方案的最简单和最直接的途径，目前己在企业、 政府和教育部门得到了广泛的应用。数据交换的目的是屏蔽企业之间或部门之间的业 务系统在硬件平台、操作系统、网络协议和数据源方面的差异，为企业提供一个通用 的数据交换平台。通过数据交换平台提供的服务，以前分散、独立的企业之间或企业 部门之间可以方便地进行信息共享与交换，从而实现企业与企业间、实体与实体间业 务交流的自动化，使得企业和部门信息系统之间能协同处理工作，这种交流的自动化 不仅仅是局部性的，更是区域性的乃至全球性的。 x m l 的全称是可扩展的标记语言( e x t e n s i b l em a r k u pl a n g u a g e ) 【1 】，19 9 8 年2 月 w 3 c 组织公布了x m l 第一版本的标准，从此i n t e m e t 技术进入了一个新的革命。如 果说以h t t p 传输协议和超文本标识语言h t m l 为标志是第一代i n t e r n e t 技术的话，那 么，围绕着x m l 所形成的一系列标准和技术将构成新一代的i n t e m e t 技术，世晃上 几乎所有的大型i t 公司都在跟踪和研究开发x m l 产品。x m l 的出现，使基于统一 规范格式的数据交换系统在实现技术上成为可能，由于x m l 是可扩展的、平台独立、 可支持国际化及地区化格式，并可以通过标记灵活地描述数据，是天生的信息共享与 信息交换的数据格式，从而可以建立基于x m l 的共享信息系统，实现相关应用系统 之间的信息交换。总之，x m l 的出现将数据交换的研究推向了一个新的阶段。 1 2 研究现状 x m l 作为实现跨平台信息交换和提高异构系统之间互操作性的解决方案，极大地 促进了数据交换应用的发展。数据交换在电子商务领域的发展比较成熟，现在国际上 已经有很多机构提出了基于x m l 的电子商务架构标准，比较成功的如o b i 【2 1 、e c 0 1 2 1 、 南昌大学硕士学位论文基于x m l 的数据交换构件的研究与设计 c x m l1 3 、b i z t a l l ( 【4 】、e b x m l 【5 】以及u d d i i 6 】等等，这些标准在实现方式与应用能力 上都有各自特点。从通信协议上，所有构架底层通信都基于h t t p ；从消息格式上， o b i 采用了e d i 消息格式，但其新版本将会支持x m l ，其余架构都采用了x m l 消 息，基于x m l 的消息格式都可以分为消息头与消息体，均编码为m i m e 消息。从体 系结构上，b i z t a l k 采用的是一种集中式的结构，通过一个中央w e b 门户网站，提供 诸如s c h e m a 验证、存储管理等功能：e c o 采用了一种层次的体系结构，分别实现交 互、互操作、查询、信息获取等功能，而c x m l 则没有一个清晰的体系结构，只有管 理协议和数据格式规范。在国内，中科院软件研究所的电子商务研究中心提出了 c n x m l 7 语言。c n x m l 的目标是为企业提供单一、简单和一致的方式使用x m l 消息 格式进行电子商务处理，并且能为企业提供应用的集成。 目前，绝大部分数据仍存储于关系数据库，利用x m l 作为数据交换格式的应用 程序的关键就是要实现关系数据库和x m l 文档之间的数据转换。这可归结为以下四 个问题【g 】： 1 ) 将x m l 文档加载到已知模式的关系表中； 2 1 利用数据库中抽取的数据生成已知模式的x m l 文档； 3 ) 从x m l 模式产生关系模式用于加载x m l 文档； 4 ) 从关系模式产生x m l 模式用于抽取关系数据； 前两者属于模式匹配问题，后两者属于模式转换问题，为解决这些问题，许多中 间件产品都提供了在关系数据库与x m l 文档之间转换数据的方法，如d b 2 x m l 等。 各种主流的数据库产品也集成了这些中间件或提供了关系数据格式与x m l 格式的转 换工具，如s q ls e r v e r 2 0 0 0 、o r a c l e 8 i 9 i 1 0 9 、d b 2 、s y b a s e 等都增加了对x m l 的支 持，但它们大都功能有限。 在关系模式与x m l 模式的转换方面，绝大部分算法都集中在国外，且研究x m l 模式向关系模式的转换算法居多，其中以d e u t s c h 等的s t o r e d p 埤法、s h a n m u g a s u m d a r a m 等的内联算法【1 0 1 、g k a p p e l 等提出的x r a y 算法【1 1 】、d l e e 等提出的c p i 算法 【1 羽为代表。它们大都使用d t d 作为x m l 文档模式描述语言，然而，d t d 缺乏对x m l 文档的内容及其语义的约束机制，不支持名域，只提供了非常有限的几种数据类型， 不能表达元素中字符数据的数据类型，无法将两个有着完全相同内容的元素联系起 来。由于d t d 存在许多不足，w 3 c 推荐x m l s c h e m a 作为定义x m l 的模式描述语言。 2 南昌大学硕士学位论文基于x m l 的数据交换构件的研究与设计 x m l s c h e m a 1 3 】【1 4 】【1 5 】从数据结构和数据类型两方面更严格的约束了相应的x m l 文档， 其丰富的原始数据类型和衍生数据类型以及对元素、属性、数据类型定义的继承的支 持提供了强语义验证能力。 正如数据格式转换一样，数据传输也是数据交换的重要一环。本文主要是指x m l 文档的传输，由于x m l 从根本上说就是一种文本，用它直接传输秘密的或者是敏感的 数据显然是不合适的。目前，w 3 c 定义了两种基于x m l 的安全标准：x m l s i g n a t u r e 和) 口l e n c r y p t i o n 。x m l s i g n a t u r e p 6 】规范定义了签署) a l 数据的x m l 格式，包装了 x m l 格式中的数字签名；x m l e n c r y p t i o n 1 7 1 规范定义了加密l 数据和保护儿数 据的语法。 1 3 本文工作与组织 在广泛参考国内外文献的基础上，本文提出了一种基于x m l 的数据交换模型， 并着重研究了数据交换过程中关系数据与x m l 数据的相互转换问题和x m l 消息的 安全传递问题。 本文的创新性工作都要体现在以下几个方面： 1 ) 设计了一种基于x m l 的数据交换模型，并给出了该模型中数据转换构件和消 息构件的设计。 2 ) 研究并改进了一种基于模式映射的i m b 到) a l 的转换算法，实现了保留部分 语义约束的关系数据到l 数据的转换，并在此基础上结合本文的数据交换模型，提 出了一种基于映射模板的x m l 数据到关系数据的转换方法。 3 ) 实现了一种支持x m l 感知的j m s 引擎( 称为x j m s ) ，并给出了x j m s 的体系 结构和详细实现。在x j m s 框架中可以方便地识别和处理x m l 消息，并对消息进行签 名和加密。 本文的组织如下： 第一章绪论：简述了课题的研究背景及意义，介绍了数据交换的研究现状，本文 的工作和组织结构。 第二章x m l 与数据交换：介绍了x m l 及相关标准、数据交换面临的问题，最 后阐述了x m l 用于数据交换的优势及可操作性。 第三章基于x m l 的数据交换模型：本文的重点章节之一。在分析传统的信息资 3 南昌大学硕士学位论文 基于x m l 的数据交换构件的研究与设计 源共享技术的基础上，提出一种基于x m l 的数据交换模型，介绍了模型的设计目标、 体系结构及工作机制，并给出了模型中数据转换构件和消息构件的设计。 第四章x m l 与r d b 的双向数据转换：本文的重点章节之一。研究并改进了一 种保留语义约束的关系模式到x m l s c h e m a 的映射算法，实现了关系数据到x m l 数 据的转换；在分析x m l - s c h e m a 新特点及其语义约束特征的基础上，并结合本文的数 据交换模型，提出了一种基于映射模板的x m l 到r d b 的转换方法，实现x m l 数据 到关系数据的转换。 第五章基于x j m s 的安全消息构件：本文的重点章节之一。本章提出了扩展j m s 功能以引入x m l 消息支持的策略，然后根据该策略实现了一种支持x m l 感知的j m s 引擎( 称为x j m s ) ，并给出了x j m s 的体系结构和详细实现。最后简单描述两种基 于x m l 的安全标准的基础上，讲述了在x j m s 中如何对x m l 消息进行签名和加密。 第六章总结与展望：对本论文的工作进行总结，讨论了它的可取与不足之处，指 出了进一步研究的方向。 1 4 小结 本章介绍了论文的研究背景、主要的研究内容以及整体篇章结构。作为硕士学位 论文，在充分了解基本概念和当前技术发展状况的前提下，有选择地进行了重点研究。 这些研究主要包括基于x m l 的数据交换模型的体系结构、x m l 与r d b 数据的相互 转换和利用x j m s 实现安全的消息传递。 4 南昌大学硕士学位论文 基于x m l 的数据交换构件的研究与设计 第二章x m l 与数据交换 可扩展标记语言x m l ，是一种可以用来创建自己的标记的元语言。使用x m l 可 以给文档中的标记赋予某种含意，自从其出现以后，就不断地被应用到数据集成、交 换领域中去。使用x m l 制订的应用领域的交换标准的出现，使得在各个应用领域中 都形成了交换的优化模式，每个系统都将其内部的数据转换成符合行业标准的基于 x m l 的数据格式用于系统间的数据集成和交换。 2 1x m l 及相关技术 x m l ( e x t e n s i b l em a r k u pl a n g u a g e ) 是s g m l ( s t a n d a r dg e n e r a l i z e dm a r k u p l a n g u a g e ) 的子集，其目标是允许普通的s g m l 在w e b 上以目前h t m l 的方式被服 务、接收和处理。x m l 的优点在于它将内容数据和显示相分离，从而使来自不同数 据源的数据无缝集成；它使用国际编码u n i c o d e 的编码的纯文本格式赋予了它自身可 以用于标准化表达数据，以及在不同数据源之间或不同应用程序之间交换数据，即 x m l 为数据表示提供了统一的接口。 目前，与x m l 相关的标准已经很多，有的还处在草案阶段。总的来说，这些标 准大致上可分为用于数据显示、数据模式描述、数据链接、以及数据操作四个方面。 图2 1 表示了x m l 及其相关技术之间的关系。 x m l i x pa 吐ix h l i j d o m 、d o m 、 c s s 、x s ld t d 、s c h e m a x q u e r y x l i n k 、x p o i n t e r s a x 、s t ，a x 图2 1x m l 及相关技术 2 1 1d t d 与x m l s c h e m a l 文档由事例文件和l 模式描述文件两部分组成，符合舭语法规则的 x m l 文档，称之为“良构的l 文档”，如果在此基础上满足另外一个条件：l 事例文件满足x m l 模式描述文件的约束，则称为“有效的x m l 文档”。随着x m l 的发展，涌现出十多种x m l 模式描述语言，包括d t d 、x d r 、s o x 、x m l s c h e m a 、 5 南昌大学硕士学位论文基于x m l 的数据交换构件的研究与设计 s c h e m a t r o n 、d s d 等等 2 7 】。在这些模式描述语言中，d t d 的应用已经非常广泛，但 x m l s c h e m a 在2 0 0 1 年5 月成为w 3 c 组织指定取代d t d 的x m l 模式语言标准。 与d t d 相比较，x m l s c h e m a 具有更强的描述能力、同时也更加复杂。相对于d t d 而言，x m l s c h e m a 具有很多优点： 1 1x m l s c h e m a 采用与x m l 相同的语法：现有的x m l 编辑器、浏览器、解析 器可以直接处理x m l s c h e m a 文件，有利于将x m l - s c h e m a 文件与其事例文件进行 统一处理。 2 1x m l s c h e m a 支持命名空间及其引入与包含：x m l 用命名空间标识名字的来 源，利用i m p o r t 与i n c l u d e 机制，应用者可以引入或包含其它命名空间，这样有利于 x m l s c h e m a 的模块化设计，增强其可读性、可维护性和集成性。 3 ) x m l s c h e m a 支持丰富的数据类型及其继承：首先，x m l s c h e m a 具有4 5 个 内部类型，如图2 2 所示；第二，x m l 。s c h e m a 支持用户自定义的数据类型，用户可 以对已存在的简单类型进行约束或扩展从而得到新的复杂类型；第三，x m l s c h e m a 支持多方面数据类型约束及缺省值。 图2 - 2x m l s c h e m a 的内部数据类型 6 南昌大学硕士学位论文基于x m l 的数据交换构件的研究与设计 4 ) x m l s c h e m a 是开放的、可扩充的：当x m l s c h e m a 的某个模式组件发生变 化时，可采用重定义或替换机制实现该模式组件的局部更新，而不需要更新整个 x m l s c h e m a 。 5 ) x m l s c h e m a 提供次序与出现次数描述机制：x m l s c h e m a 支持子元素的有 序、无序、可选等多种表示机制，支持准确详尽的元素出现次数机制。 6 ) x m l s c h e m a 支持键约束机制：键约束包括主键约束、外键约束、唯一性约 束等。 总之，x m l s c h e m a 较d t d 具有许多优点，x m l s c h e m a 是一种比d t d 更复杂、 具有更强大描述能力的模式规范，用于描述有效x m l 实例文档的元素层次结构和所 允许的内容模型。它克服了x m l d t d 的缺点，具有丰富的数据类型支持和强大的内 容表达能力，同时增加了对命名空间的支持、采用x m l 语法编写等特点，更为重要 的是x m l s c h e m a 提供了一个广泛且可扩展的类与类型系统，其创建方法运用了面向 对象的概念，例如全局和局部的概念、继承、扩展和替代的概念、重用和模块的概念 等等。正是由于以上的优点，本文选择使用w 3 cx m l s c h e m a 作为x m l 文档的模 式描述。图2 3 对x m l s c h e m a 与d t d 这两者作了个简单的对比。 ! e l e m e n ts i z e ( # i ，c d a l 4 a p 图2 - 3x m l s c h e m a 与d t d 的简单对比 7 南昌大学硕士学位论文基于x m l 的数据交换构件的研究与设计 2 1 2x p a t h 与x q u e r y x p a t h 1 8 】是由w 3 c 创建的，目前最新标准是x p a t h 2 0 。它的主要目的是对一个 x m l 文档进行寻址，同时提供操纵字符串、数值和布尔值等基本功能。x p a t h 使用一 种紧凑的、非x m l 的语法，以方便在u r i 和x m l 属性值中使用x p a t h ，它在x m l 文档的一个抽象、逻辑结构上进行操作，而不是在它的表面语法上。x p a t h 把一个x m l 文档看成一个树，每一个x m l 的部位( 如元素、属性或文本) 均可看作x m l 文档 树的某一个节点。相应的节点类型类型也有多种，包括元素节点、属性节点和文本节 点。而x p a t h 所提供的功能主要就是如何在x m l 文档树上定位这些节点。 x q u e r y 【1 9 】目前的最新标准是x q u e r y l 0 。它是定义为对x m l 数据集进行查询的， x m l 数据不仅指x m l 文档，还指一切看起来像x m l 的数据，包括关系数据库中的 数据。x q u e r y 对于x m l 数据，就像s q l 对于关系数据一样。x q u e r y 是一个从x m l 格式的数据源中获取数据的查询语言，起源于x m l 数据查询语言q u i l t ，并结合了其 它查询语言的特征，包括x p a t h 2 0 、x q l 、x m l q l 、s q l 以及o q l 等。x q u e r y 的 基本构造模块是表达式，包括路径表达式、序列表达式、比较表达式、逻辑表达式、 元素构造器和f l w o r 表达式等。 2 1 3x m la p i 处理x m l 文档的标准a p i 主要有两种，即x m l 的简单a p i ( s a x ) 和文档对象 模型( d o m ) ，除此之外还有很多其他a p i ，如j d o m ，d o m 4 j ，e l e c t r i c x m l 与 x m l p u l l 。下面我们分别介绍这些a p i 2 0 】： s a x ( s i m p l ea p i f o rx m l ) 是x m l a p i 中最完整和最正确的一个标准，它几乎 无所不能。s a x 是事件驱动a p i ，s a x 类和接口建模分析器、读取文档的流和分析 器接收数据的客户应用程序，但是没有建模x m l 文档本身的类，分析器通过回调接 口将内容提供给客户端程序，这样就使s a x 速度很快，内存效率很高( 不必在内存 中保存整个文档) 。但是，s a x 程序很难设计和编码，因为通常要建立自己的数据结 构来保存文档内容。s a x 特别适合局部处理，即所要的信息在文档中很接近，如果应 用程序要访问整个文档才能采取有用的操作，则不如d o m 与j d o m 等基于树的a p i 。 最后，由于s a x 相当高效，因此是超大x m l 文档的唯一实用选择。 d o m ( d o c u m e n to b j e c tm o d e l ) 是一种x m l 文档对象模型，可用于直接访问x m l ： 8 南昌大学硕士学位论文基于x m l 的数据交换构件的研究与设计 文档的各个部分。在d o m 中，x m l 文档被认为是一棵树，其中每个x m l 语法成分 都可以用一个节点表示。d o m 允许用户在树中导航，可以从一个节点移动到另一个 节点，使用了对象管理组( o b j e c tm a n a g e m e n tg r o u p ，o m g ) 的接1 5 1 定义语言( c o r b a i n t e r f a c ed e f i n i t i o nl a n g u a g e ，i d l ) 来表示d o m 的节点和支持接口。它是一种基于 树的可读写的a p i ，可以分析x m l 文档和生成新的x m l 文档，适合随机访问文档 中的各个不同部分，但内存量需求大。 综合上述几种x m l a p i ，考虑到数据交换系统需要考虑多种平台，多种应用开发 环境等，本文在处理x m l 时选择使用d o m ，因为d o m 使用了o m g 的接口定义语 言i d l 来表示d o m 的节点和支持接口，与其他x m la p i 相比，更具标准化，更利 于在不同的程序之间交换代码，便于移植等。 2 1 4x m l 的应用 x m l 主要应用在以下五个方面1 2 l j ： 数据交换：用x m l 在应用程序之间进行数据交换。在数据传送过程中，x m l 始 终保留了诸如父子关系这样的数据结构。几个应用程序可以共享和解析同一个x m l 文件，而不必使用传统的字符串解析或拆解过程，相反，普通文件不对每个数据段做 描述( 除了在头文件中) ，也不保留数据关系结构。使用x m l 做数据交换可以使应用 程序更具有弹性，因为可以用位置( 与普通文件一样) 或用元素名( 从数据库) 来存 取x m l 数据。 w e b 服务：w e b 服务是最令人激动的革命之一，它让使用不同系统和不同编程语 言的人们能够相互交流和分享数据，其基础在于w e b 服务器用x m l 在系统之间交换 数据。交换数据通常用x m l 标记，能使协议取得规范一致，比如在简单对象处理协 议( s i m p l eo b j e c t a c c e s sp r o t o c o l ，s o a p ) 平台上。s o a p 可以在用不同编程语言构 造的对象之间传递消息。这意味着一个c 撑对象能够与一个j a v a 对象进行通讯，这种 通讯甚至可以发生在运行于不同操作系统上的对象之间。 内容管理：x m l 只用元素和属性来描述数据，而不提供数据的显示方法。这样， x m l 就提供了一个优秀的方法来标记独立于平台和语言的内容。x m l 具有的能够运 行于不同系统平台之间和转换成不同格式目标文件的能力使得它成为内容管理应用 系统中的优秀选择。使用x s l t 这样的语言能够轻易地将x m l 文件转换成各种格式 9 南昌大学硕士学位论文基于x m l 的数据交换构件的研究与设计 文件，比如h t m l ，w m l ，p d f ，f l a tf i l e ，e d i 等等。 w e b 集成：现在有越来越多的设备也支持x m l 了。使得w e b 开发商可以在个人 电子助理和浏览器之间用x m l 来传递数据。 配制：许多应用都将配制数据存储在各种文件里，比如i n i 文件。虽然这样的文 件格式已经使用多年并一直很好用，但是x m l 还是以更为优秀的方式为应用程序标 记配制数据。 2 2 数据交换 2 2 1 数据交换的应用 数据在不同的信息实体之间交互的过程称为数据交换。企业数据交换由于能够加 快业务流程、提高工作效率、降低成本等诸多优点，越来越受到人们的关注，在当前 的信息时代，企业在如下方面有大量的需求： 1 ) 与合作伙伴的企业信息系统的集成，使得合作的响应速度得以提升，协同成 本降低，例如供应链方面，使上下游企业之间可以进行及时的信息交互与资源共享。 2 ) 企业内部系统的集成，使得内部的协同工作真正实现。 3 ) 大型客户与企业客户系统的对接，提高大型客户的满意度，降低服务成本。 数据交换是满足上述需求，实现企业内部不同的应用系统之间的集成以及企业之 间的电子商务活动的一种简单可行的方案。数据交换系统的主要应用范围包括： 1 ) 企业内部的信息系统集成：用于实现企业内不同应用软件，不同部门之间的 电子数据交换。把企业内以部门、业务为核心的闭环信息系统联系起来，形成更大更 有效率的整体，同时使应用软件开发商和系统集成商不必过多的考虑软件之间的数据 交换问题，而只专注于商业逻辑的开发。 2 ) 建立企业电子信息港：用通用数据交换技术构建企业的电子数据港，就如同 建立了企业自己的数据交换中心。直接对外发布和接收电子数据，使企业大大提高与 商业伙伴之间的数据沟通能力和内部运作效率。 3 ) 远程数据备份和数据同步：使用通用数据交换技术可以实现异地数据备份或 数据同步，而不必顾忌数据来自什么地方，使用什么计算机系统，来源于何种数据库。 4 ) 企业b 2 b 应用集成：使用通用数据交换技术可以使企业迅速实现b 2 b 应用集 成。加快商务流程的速度，拓宽商业覆盖面，加强和上下游供应商和经销商的合作和 ： 1 0 南昌大学硕士学位论文基于x m l 的数据交换构件的研究与设计 交流，更好的进行客户关系管理。 2 2 2 数据交换面临的问题 要进行透明的信息交换要解决一系列技术问题，如信息的格式、信息的安全、信 息的封装与解码、信息的语义的统一解释等，这就是信息的可信交换系统的设计问题。 归纳起来，在设计信息交换系统时，要着重解决以下几个方面的问题【3 7 】： 信息的统一表示：信息交换系统的最终目标是实现不同应用系统问透明的信息交 换，但是在不同的应用系统中，数据的存储、表示方式可能完全不伺。要解决这一问 题的关键是要找到数据的统一表示方式，x m l 标准的出现，使基于统一的规范格式 的信息交换系统在实现技术上已经成为可能。 信息交换的语义识别：数据格式、语法所描述的信息应该有效，各种系统在传递、 读取、解析和使用文档中的信息时不会产生二义性，并且表达的内容、格式能满足各 项业务的要求。 传输的要求：数据格式易于传输，能够实现各个应用系统之间的同步和异步信息 交换，并兼容各种网络系统和通讯协议。 安全方面的要求：交换的数据文档需要基于应用系统之间约定的规则进行验证， 要能建立数据格式、数据内容、网络传输等不同层面的安全防护机制。 2 2 3x m l 用于数据交换的优势 可扩展标记语言x m l ，是一种可以用来创建自己的标记的元语言。使用x m l 可 以给文档中的标记赋予某种含意，自从其出现以后，就不断地被应用到各种不同的数 据集成、交换共享领域中去。使用x m l 制订的应用领域的交换标准的出现，使得在 各个应用领域中都形成了交换的优化模式，每个系统都将其内部的数据转换成行业标 准的基于x m l 的数据格式用于系统间的交换。x m l 之所以很快就取代e d i 成为数 据集成、交换的标准，是由它自身的特性决定的【3 7 1 。 首先，简单性。x m l 文档是能进行文件结构合法性验证的纯文本文档，对于系统 间集成、交换数据来说，最简单的格式就是文本。 其次，跨平台性。x m l 可以在多种平台上使用，可以用多种工具进行解释，而且 对于几种主要的字符编码标准都支持，因而可在全世界许多不同的计算环境中使用。 南昌大学硕士学位论文 基于x m l 的数据交换构件的研究与设计 各系统只要装有相应的x m l 解析工具，便可以理解以x m l 为中介由其它系统传递 过来的信息并加以利用。 第三，可扩展性。即允许用户根据需要定义新的标签的能力。例如可以使用x m l 制定应用领域的集成、交换标准。 由于x m l 是可扩展的、平台独立、可支持国际化及地区化格式，它可以通过标 记灵活地描述数据，是天生的信息共享与信息交换的数据格式，从而可以建立基于 x m l 的共享信息系统，实现任意应用系统之间的信息集成与交换。 2 3 小结 本章首先详细地介绍了x m l 标准及相关技术，然后系统地讨论了数据交换的应 用范围和面临的问题，其中最基本的问题就是各种异构数据的统一表示的问题，而采 用x m l s c h e m a 作为公共数据模型可以很好地将各种数据源中的数据表示为x m l 形 式，使得x m l 自从其出现以后，就不断地被应用到各种不同的数据交换和信息共享 领域中去。 1 2 南昌大学硕士学位论文 基于x m l 的数据交换构件的研究与设计 第三章基于x m l 的数据交换模型 随着信息化的高速发展，如何高效、方便地在各企业之间进行数据交换和信息共 享是个迫切需要解决的问题。本章在分析传统的信息资源共享技术的基础上，提出了 一个基于v i l 的数据交换模型，该模型将各个分散的、独立的业务系统通过信息交 换中心连接起来，组成一个有机的整体，在它们之间通过x m l 消息来实现信息交换 和资源共享，并详细分析了模型的设计目标、体系结构和工作机制，同时给出了此模 型中几个关键构件的设计。 3 1 传统的信息资源共享技术 传统的信息资源共享主要是以数据交换技术为核心，实现电子数据的交换与共享。 传统的数据交换技术主要有如下几种： 专门开发数据交换接口：该方法是根据用户自己的具体要求及用户的具体应用系 统，通过手工编程开发专用的接口来实现它们之间的数据交换。但是这种方法的开发 工作量是巨大的，且如果某个单位的信息应用系统发生了变化，则相应的接口都要进 行调整。 总线和适配器技术：在上述专门接口的基础上，又提出了总线和适配器法，即各 个应用系统通过适配器与总线相连，从而实现相互之间的数据交换。但是，由于企业 或政府部门都是用已有的工具或系统设计表格、填写表格、审批表格，所以信息的格 式、描述方法、传递方式都是不一样的，在这样的异构数据源环境下，要进行信息交 换还是十分困难的。 数据仓库技术：数据仓库技术具有面向主题的数据交换的功能。它能支持决策， 面向分析型数据处理，且能对多个异构的数据源的进行有效集成，但这些主题数据是 具有较长时间且具有战略性定义的主题，不能满足实时的数据交换。 基于元计算的信息资源共享：元数据是描述电子数据的数据，能体现某电子数据 的逻辑关系并包含其各种规则集。任何一个应用系统的电子数据都可以对应一个由元 数据组成的模型。通过元数据与电子数据之间的定义关系以及电子数据元数据之间的 映射关系，先对它们的元数据进行集成，最终实现信息交换与信息资源的共享，这就 是基于元计算的信息资源共享。 1 3 南昌大学硕士学位论文 基于x m l 的数据交换构件的研究与设计 另外，近几年来出现了网格计算的概念。网格计算是更广泛意义的资源共享概念， 其目标是将网络上的所有资源进行共享，这些资源除了包括信息资源外，还包括计算 资源、存储资源、软件资源、知识资源等许多其他类型的资源。 3 2 数据交换模型的设计 3 2 1 设计目标 为了解决一些相关企业( 如位于供应链上的各级企业) 之间或企业内各个部门之 间的数据交换与信息共享问题，为了简化数据交换的复杂性，同时为了提高数据交换 模型的可以扩展性和可复用性，本文设计了一种基于x m l 的数据交换模型。该模型 以x m l 技术为中心，以j 2 e e 框架为基础架构，并结合组件化的设计思想，成功地 解决了信息的统一表示、语义识别、数据传输的简便性与安全性、信息交换的安全性 等问题。此模型的设计目标主要有以下几点【4 7 , 4 8 , 5 0 ： 1 )能解决数据的异构性问题，使不同格式、不同关系型或面向对象型数据库系 统中的数据能够相互交流和转换，通过把各种异构数据转换成统一的表示形式来实现 信息共享。 2 )使企业之间能够统一、透明、高效的通过数据交换中心进行数据交换。同时 数据交换中心能够方便地管理和访问位于不同硬件平台、操作系统、网络协议和信息 系统中的数据，快速地将数据资源转化为信息资源。 3 )保持现有信息系统的自治性，保证每个接入数据交换系统的业务系统能正常 运行。 4 )模型实现具有较好的可扩展性和复用性，可以适应需求的不断变化。 3 2 2 体系结构 基于x m l 的企业级信息交换模型，不但利用x m l 技术解决信息的统一表示问题 和信息交换的语义识别问题，而且还需要利用x m l 解决如协同工作、信息共享与消 息互操作等其它许多问题，同时以x m l 格式表示的数据其实就是一个个简单的文本， 能轻易地在各种网络环境和通讯协议中传输。该平台的核心思想是构建一个信息交换 中心，其不但要对统一表示格式的共享数据进行管理和维护，而且还需一整套功能完 备的信息交换服务。信息交换服务就是一组围绕上述统一表示格式的信息，实现数据 ： 1 4 南昌大学硕士学位论文基于x m l 的数据交换构件的研究与设计 的采集、接受、发送、传输、转换以及安全与监控等功能的构件。其总体模型如图3 1 所示： 图3 - 1 数据交换模型的体系结构 基于x m l 的企业级信息交换系统，将各个分散的、独立的业务系统通过信息交 换中心连接起来，组成一个有机的整体，在它们之间通过x m l 消息来实现信息交换 和资源共享。各个业务系统相互独立，接口各异，数据格式互不相同，为了达