Java SE6新特性: XML API 与Web服务

文章主要介绍 Java SE 6 在 API 库方面的部分新特性，通过一些例子和讲解，帮助开发者在编程实践当中更好的运用 Java SE 6，提高开发效率。本文是系列文章的最后一篇，主要介绍了 Java SE 6 中提供的 XML 处理框架，以及在此框架之上结合注释(Annotation) 技术，所提供的强大的针对 Web 服务的支持。

　　Java SE 6 做为一个开发平台，针对不同的应用开发需求，提供了各种各样的技术框架。XML 处理框架是 JDK 6 的重要组成部分之一。它为应用程序开发人员提供了一个统一的 XML 处理 API。这种框架结构有两个作用：一方面，开发人员透过这些框架，可以透明的替换不同厂商提供的 XML 处理服务;另一方面，服务提供商可以透过这些框架，将自己的产品插入到 JDK 中。这种框架一般被称为 Service Provider 机制。Java SE 6 的 XML 处理功能分为两个部分：XML 处理(JAXP)和 XML 绑定(JAXB)。在 XML 处理框架之上，Java SE 6 结合了注释(Annotation)技术，提供了强大的针对 Web 服务的支持。

　　本文首先介绍 Service Provider 机制及其在 XML 框架中的应用。然后介绍 Java SE 6 中 XML 框架的功能，包括 SAX，StAX，DOM 三种机制。最后介绍在此基础之上构建 Web 服务的技术。JAXB 和 Web 服务的开发关系紧密，故 JAXB 的介绍也放在 Web 服务部分介绍。本文内容基于 Java SE 6 SDK。

　　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：

　　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

　　

　　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

1    CLASS Listener < DefaultListener 2        PROCEDURE StartElement(…) 3            IF ( node->Obj.name == ‘Node’ ) 4                // Do some calculation 5            FI 6        END 7    END 8 SAXParser->SetListener(new Listener)

　　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

　　

<Element_B>This is start of Element_B     <Node>…</Node>     This is end of Element_B </Element_B>

　　

　　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

　　

name = Element.getContent SWITCH name CASE Element_A: // Do something BREAK CASE Element_B: // Do something BREAK DEFAULT: END

　　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

　　

import java.io.*; import javax.xml.stream.*; import javax.xml.stream.events.*; public class StAXTest {     public static void main(String[] args) {         XMLInputFactory inputFactory = XMLInputFactory.newInstance();         InputStream input = new ByteArrayInputStream(             ("<?xml version=\"1.0\" encoding=\"UTF-8\"?>" +     "<work-contact-info>" + "<Location>Shanghai-shuion-333</Location>" + "<Postal>200020</Postal>" + "<Tel><fix>63262299</fix><mobile>1581344454</mobile></Tel>" + "<Appellation>Mr. Wang</Appellation>" + "</work-contact-info>").getBytes());         try {             XMLEventReader xmlEventReader = inputFactory.createXMLEventReader(input); while (xmlEventReader.hasNext()) {                 XMLEvent event = xmlEventReader.nextEvent();                 if (event.isStartElement()) { StartElement startElement = event.asStartElement();                     System.out.println(startElement.getName().toString());                 }                 if (event.isCharacters()) {                     Characters text = event.asCharacters();                     if (!text.isWhiteSpace()) {                         System.out.println("\t" + text.getData());                     }                 }             }         } catch (XMLStreamException e) {             e.printStackTrace();         }     } }

　　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。