Schema(資料庫中的Schema)

Schema(資料庫中的Schema)

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Schema，即XML Schema，XSD (XML Schema Definition)是W3C於2001年5月發布的推薦標準，指出如何形式描述XML文檔的元素。XSD是許多XML Schema 語言中的一支。XSD是首先分離於XML本身的schema語言，故獲取W3C的推薦地位。

基本介紹

  • 中文名：schema
  • 外文名：schema
  • 對應關係：一個用戶一般對應一個schema
  • 釋義：資料庫對象的集合
簡介,XSD名稱的來源,歷史,Schema與schema文檔,Schema component,數據類型,後Schema驗證信息集,XML Schema的次要用途,代碼生成,XML檔案結構文檔的生成,批評,一般問題,表達能力的實踐限制,技術問題,參見,

簡介

Schema，即XML Schema，XSD (XML Schema Definition)是W3C於2001年5月發布的推薦標準，指出如何形式描述XML文檔的元素。XSD是許多XML Schema 語言中的一支。XSD是首先分離於XML本身的schema語言，故獲取W3C的推薦地位。
像所有XML Schema 語言一樣，XSD用來描述一組規則──一個XML檔案必須遵守這些規則，才能根據該schema‘合法（Valid）’。
然而，與其他XML Schema 語言不同，XSD意圖設計為在確認一個文檔的有效性時，將會產生滿足特定數據類型的一個信息集合。這種後驗證的XML信息集可用來開發XML檔案處理軟體。

XSD名稱的來源

因為有其他XML schema 語言存在，故在引用這W3C建議的語言時，使用XML Schema或W3C XML Schema，Schema永遠前綴大寫。
“XML Schema”在2001年5月成為W3C推薦標準。由於“XML Schema”作為一種W3C的推薦標準的名字與廣義的XML Schema 語言存在名稱上的混淆，用戶社區的一部分人採用了“WXS”來稱呼它， 用戶社區的另一部分人採用“XSD”（XMLSchemaDefinition首字母縮略字）來稱呼它。W3C發布的1.1標準採用了“XSD”作為官方稱呼。

歷史

在官方文檔的參考附錄里，XSD標準承認受到[檔案類型描述|DTD]]和其他早期XML schema 語言的影響，如DDML、SOX、XML-Data、以及XDR。XSD從中吸收了一些特性，然而也在這些特性中有所折衷。這些早期schema 語言中的XDR與SOX在XML Schema發布後仍繼續使用了一段時間。不少微軟的產品支持XDR直到2006年十二月MSXML6.0的發布（MSXML 6.0拋棄了XDR改用XSD）[1]。Commerce One, Inc支持它自己的SOX schema 語言直到該公司於2004年末破產。2004年十二月，Novell, Inc.購買了該公司，包括那些與SOX相關的專利，據報導是盡力防止被某些不相關的、以打專利相關官司為生的公司剝削圖利[2]。
著名的XSD建議的內容但在XML自己的DTD中不可用的特性是名字空間感知（namespace awareness）與數據類型。
2012年4月， XSD 1.1成為W3C推薦標準。April 2012

Schema與schema文檔

技術上說schema是元數據的一個抽象集合，包含一套schema component: 主要是元素與屬性的聲明、複雜與簡單數據類型的定義。這些schema component通常是在處理一批schema document時被創建。schema文檔包含著schema component的源語言定義。在日常使用中，一個schema文檔常被稱作一個schema。
Schema文檔通過名字空間組織起來：所有的被命名的schema component屬於一個目標名字空間；這個目標名字空間是schema文檔作為整體的一個屬性。schema文檔可以包含進來（include）使用同一名字空間的其它schema文檔，也可以導入（import）使用不同名字空間的schema文檔。
當一個實例文檔針對一個schema來驗證有效性時（這一過程稱為assessment），用來驗證有效性的schema可以作為參數提供過驗證器，也可以在實例文檔中作為兩種特殊屬性之一直接提供：
  • xsi:schemaLocation
  • xsi:noNamespaceSchemaLocation.這種機制要求客戶啟動驗證以充分相信這個文檔，知道文檔對正確的schema是有效的。
"xsi"是名字空間"http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"的傳統前綴。
XML Schema Documents通常有檔案擴展名".xsd". XSD還沒有專門的網際網路媒體類型，因此按照 RFC 3023使用"application/xml"或"text/xml" .

Schema component

主要的schema component有：
  • 元素聲明（Element declaration）, 定義了元素的性質。包括：元素名字、目標名字空間；一個非常重要的性質是元素的類型，它限制了元素包含哪些屬性與子元素。在XSD 1.1標準中，可以根據屬性的值來有條件定義元素類型。一個元素可以屬於一個替換群（substitution group），如果元素E在元素H的替換群中，那么schema許可H出現的地方E都可以出現。元素可以有完整性（integrity）約束：唯一性（uniqueness）約束確定特定值在該元素為根的子樹中是獨一無二的；引用（referential）約束確定值必須匹配一些其它元素的標識符。元素聲明可以是全局的或局部的，允許同一個名字被用於一個實例文檔的不同部分的不相關的元素。
  • 屬性聲明（Attribute declaration）,定義了屬性的性質。包括：屬性名字、目標名字空間，屬性類型限制了屬性可以取哪些值，也可以指出屬性的預設值或固定值（fixed value，即屬性只能取這個值）。
  • 簡單與複雜數據類型（Simple and complex type）.詳見下節
  • 模型群（model group）與屬性群（attribute group）定義。這實際上是宏（macro）：被命名的元素的群與屬性的群，可在許多數據類型定義中被重用。
  • 屬性使用（attribute use）表示複雜數據類型與屬性聲明的關係，指出屬性是必需的還是可選的，在什麼時候使用這種數據類型。
  • 元素粒子（element particle）類似於表示複雜類型與元素的關係，指出元素在上下文中出現的最大與最小次數。類似於元素粒子，內容模型可以包括模型群粒子，在語法上相當於非終結符：定義了允許的元素序列的選擇與重複的單位。此外，通配符粒子表示了一套元素或元素序列。
其它更專門的schema component包括annotations, assertions, notations, 以及包含了schema整體信息的schema component.

數據類型

簡單數據類型（simple type）包含了可以出現在元素或屬性的文本值。這是XSD與DTD的最大區別。
XSD提供了一套19個基本數據類型：
  • anyURI
  • base64Binary
  • boolean
  • date
  • dateTime
  • decimal
  • double
  • duration
  • float
  • hexBinary
  • gDay
  • gMonth
  • gMonthDay
  • gYear
  • gYearMonth
  • NOTATION
  • QName
  • string
  • time).
可以從這些基本數據類型通過三種機制構建三種數據類型：
  • restriction (減少值集的範圍),
  • list (允許一個值的序列),
  • union (允許從幾個數據類型中選擇值).
XSD規範定義了25個導出數據類型。用戶可以在schema中進一步定義自己的導出類型。
Restriction機制包括指出最大最小值、正則表達式、限制字元串的長度、限制十進制數的位數等。XSD 1.1又增加了assertions, 即通過一個[XPath 2.0]]表達式給出任意約束的能力。
複雜數據類型描述了一個元素的許可內容。包括這個元素、屬性、子元素的許可內容。複雜類型定義由一套屬性使用與一個內容模型組成。內容模型可以是：
  • 只有元素的內容（element-only content）, 不允許有文本（但可以有空白符或者子元素可以有文本）;
  • 簡單內容（simple content）, 允許有文本，不允許有子元素;
  • 空內容（empty content）, 文本與子元素都不被允許;
  • 混合內容（mixed content）, 文本與子元素都可以有.
複雜數據類型可以從別的複雜類型導出：
  • restriction方法，不允許基類型允許的一些元素、屬性或者值
  • extension方法，允許額外的屬性或元素出現。
XSD 1.1又增加了assertion方法來約束複雜類型, 即通過一個[XPath 2.0]]表達式必須求值為真

後Schema驗證信息集

經過XML Schema為基的驗證後，可以依照驗證所隱含的數據模型來表達文檔的結構與內容。XML Schema數據模型包括：
  • 字彙（元素與屬性名稱集）
  • 內容模型（關係與結構）
  • 數據類型
這些訊息集成又叫後Schema驗證信息集（Post-Schema-Validation Infoset （PSVI））。PSVI賦予合法XML檔案它的"類型"並促進以對象般處理檔案，如使用面向對象程式設計（OOP）變化型般操作。
這種對XML數據訪問的特別的面向對象程式設計實現主要為微軟──對XML Schema發展的主要貢獻者──所倡導。轉換一份XML檔案到自行數據類型感知對象在某些軟體設計部分相當有利。然而批評家爭論這同時暗中破壞了開放性──XML的主要特徵──並且它偏向於兼容原生於微軟偏好的程式語言的資源類型[3]。
另，從XML Schema數據類型繼承出去的（以及肇因於XML Schema數據類型的）限制、這些數據類型與其他XML Schema間受限的搭配、以及在其他W3C規格里這些數據類型的相依性，是許多XML軟體發展師的爭論焦點[4]。

XML Schema的次要用途

XML Schema的主要用途是形式描述XML文檔，然而最終的schema除了簡單驗證文檔外還有許多其他用途。

代碼生成

Schema可用於生成代碼，這稱作{[tsl|en|XML Data Binding}}。這些代碼允許XML文檔的內容作為編程環境中的對象。

XML檔案結構文檔的生成

Schema可用於產生人可讀的文檔來描述一個XML檔案的結構。這在作者利用了標記元素（annotation element）時非常有用。

批評

雖然XML Schema獲取了廣泛的成功套用，但也受到了大量嚴厲的批評，遠超出其他W3C推薦標準。下述研究者很好地總結了這些批評：James Clark,Anders Møller與Michael Schwartzbach,Rick Jelliffe，David Webber.

一般問題

  • 推薦標準數百頁，語句非常技術化，對於非專業的用戶來說過於複雜難讀。很多人發現W3Cs XML Schema Primer更易於理解.
  • XSD缺少形式化數學規範，這使得關於schema的自動推理很困難，例如證明一個修改過的schema是向後兼容的。
  • 語言中有很多例外，如元素的限制（restriction）不同於屬性的限制。

表達能力的實踐限制

  • XSD對無序內容提供了極少支持
  • XSD不能要求提供root element(因而要求額外的信息來驗證即使最簡單的文檔).
  • 在描述mixed content, 沒有任何方式約束字元內容(甚至沒辦法指定一個有效字元集).
  • 內容與屬性聲明不能依賴於元素或屬性上下文(這也是DTD的一個大問題).
  • 不是100%自描述(上一點就是個例子), 即使有這樣的初始設計需求.
  • 默認不能被獨立於聲明被指定(這使其不能給出一族schema盡在默認值上不同);元素默認只能是字元數據(不包含markup).

技術問題

  • 雖然從技術上遵從名字空間，但看起來並不追隨名字空間的精神原則。(例如 "unqualified locals").
  • XSD 1.0不提供機制，使得一個屬性的值或者存在依賴於另一個屬性的值或存在(被稱為co-occurrence constraints). XSD 1.1解決了這個問題.
  • XSD數據類型的範圍非常隨意.
  • 驗證與擴增(augmentation，增加類型信息與默認值)應該保持分離。

參見

  • RELAX NG- 另一種XML綱要語言（ISO國際標準）通常用在XML Schema數據類型上
  • XML信息集

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