Java und XML. Praktikum aus Softwareentwicklung 2. Java Praktikum SS 2010

Transkript

1 Java und XML Praktikum aus Java Praktikum SS

2 Java und XML Einführung in XML Merkmale von XML SAX Grundlagen, Verwendung in Java, DOM Grundlagen, Verwendung in Java, Validierung XML Schema, JAXB Java Praktikum SS

3 Motivation für XML HTML versus XML HTML beschreibt Layout des Dokumentinhalts <h1>handykatalog</h1> <h2>nokia 8210</h2> <table border="1"> <tr> <td>batterie</td> <td>900mah</td> </tr> <tr> <td>gewicht</td><td>141g</td> </tr> </table> XML beschreibt Struktur u. Semantik d. Dokumentinhalts <HandyKatalog> <Hersteller name="nokia"> <Modell name="8210"> <Batterie>900mAh</Batterie> <Gewicht>141g</Gewicht> </Modell> </Hersteller> </HandyKatalog> Java Praktikum SS

4 Element Kindelement Start Tag Content von <Hersteller> End Tag Beispiel Handy Modelle <?xml version="1.0" encoding="utf-8"?> <HandyKatalog> <!-- NOKIA --> <Hersteller name="nokia"> <HerstellerNr nr="h1234"/> <Modell name="7110"> <Gewicht>141g</Gewicht> <Preis vertrag="ja">999</preis> <Preis vertrag="nein">4999</preis> </Modell> <Modell name="8210">... </Modell> </Hersteller> </HandyKatalog> HandyKatalog1.XML Prolog (optional) "xml declaration" Elementwurzel (root oder document) Leeres Element Content Attribut Attributwert Java Praktikum SS

5 Datenstrukturen XML Schema Syntax: Mindestens 1 Tag pro Dokument Exakt 1 Tag als Wurzel Gültigkeit (validity) XML Dokument entspricht Syntax und erfüllt ein Schema Keine Überlappungen bei Tags Jedes Tag muss abgeschlossen werden XML-Dokument HandyKatalog1.XML XML Prozessor Parser Anwendung Objekte Fehler Entities Modell Features Schema XML-Prozessoren lesen/verarbeiten XML Dokumente Nur Syntax Check nicht-validierende Prozessoren Syntax Check und Validieren validierende Prozessoren Validieren entspricht einem Type Check Java Praktikum SS 2010 Gerald.Ehmayer@borland.com 5

6 Merkmale von XML Erweiterbarkeit (Metasprache) Tags und Attribute können beliebig neu definiert und benannt werden Strukturierbarkeit Tags können beliebig komplex geschachtelt werden Inhalt kann auch nicht-strukturierte Teile aufweisen: Beliebiger Elementinhalt mit: <![CDATA[...Zeichen, die nicht verarbeitet werden...]]> Selbstbeschreibend Tags im XML Dokument beschreiben Struktur und Semantik des Inhalts... für den Menschen: einfach zu lesen u. zu erstellen... für die Maschine: einfach zu generieren u. zu verarbeiten Validierbarkeit (Typsicherheit) Für XML Dokumente kann optional ein Schema definiert sein (Document Type Definition - DTD oder XML Schema) Java Praktikum SS 2010 Gerald.Ehmayer@borland.com 6

7 Syntax Elemente und Attribute Element- und Attributnamen müssen gültige "XML Namen" sein: [ letter _ : ] [ letter '0..9' '.' '-' '_' ':' ]* letter - Buchstaben A-Z, a-z, sowie Sonderzeichen Verwendung von ':' ist Namensräumen vorbehalten keine Längenbeschränkung Case-sensitiv Leere Elemente können in Kurzform angeschrieben werden <HerstellerNr nr="h1234"></herstellernr> oder <HerstellerNr nr="h1234"/> Attributwerte müssen unter Anführungszeichen gesetzt werden <Modell name='8210'> oder <Modell name="8210"> Java Praktikum SS 2010 Gerald.Ehmayer@borland.com 7

8 Syntax Kommentare Können sich über mehrere Zeilen erstrecken zwischen Start Tag und End Tag eines Elements vor oder nach der Elementwurzel Restriktionen: nicht innerhalb eines Tags erlaubt keine Schachtelung von Kommentaren erlaubt keine "--" innerhalb eines Kommentars erlaubt <!-- Ein Kommentar darf auch <tagnamen> oder &code; enthalten -->... Java Praktikum SS

9 Java und XML Einführung in XML Merkmale von XML SAX Grundlagen, Verwendung in Java, DOM Grundlagen, Verwendung in Java, Validierung XML Schema, JAXB Java Praktikum SS

10 Simple API for XML API zum Parsen von XML SAX Einführung (1/2) Unabhängig von der XML Prozessor Implementierung Definiert allgemeines Interface, wie JDBC, Servlet API Entwickelt von der XML Community Mailing Liste Verfügbar in Java 6 mit JAXP 1.4 Java API for XML Processing ( javax.org.sax javax.xml SAX 2.0 ( Java Praktikum SS 2010 Gerald.Ehmayer@borland.com 10

11 SAX Einführung (2/2) SAX ist Ereignis-basiert Callback Interface (Observer Pattern) My- App Benutzer implementiert Callbacks im Content Handler Objekt SAX Parser ruft je Start Tag, Ende Tag, etc. ein Callback auf Ereignis wird im Callback von Anwendung verarbeitet Ausschließlich serieller Zugriff auf Dokument (streaming) XML Parser XML Infoset SAX Java Praktikum SS

12 SAX Verwendung von SAX in Java Praktikum aus Java Praktikum SS

13 SAX Verwendung von SAX in Java Implementierung der Ereignisbehandlung org.xml.sax.contenthandler Praktikum aus public void characters(char[] ch, int start, int length); public void startdocument(); public void enddocument(); public void startelement(string namespaceuri, String localname, String qname, Attributes atts); public void endelement(string namespaceuri, String localname, String qname); public class MySAXEcho extends DefaultHandler { } Java Praktikum SS 2010 Gerald.Ehmayer@borland.com 13

14 SAX Verwendung von SAX in Java Parse-Vorgang starten Praktikum aus public static void main(string argv[]) { if (argv.length!= 1) { System.err.println("Usage: cmd filename"); System.exit(1); } // Use an instance of ourselves as the SAX event handler DefaultHandler handler = new MySAXEcho(); // Use the default parser SAXParserFactory factory = SAXParserFactory.newInstance(); try { // Set up output stream out = new OutputStreamWriter(System.out, "UTF8"); // Parse the input SAXParser saxparser = factory.newsaxparser(); saxparser.parse( new File(argv[0]), handler ); } catch (Throwable t) { t.printstacktrace(); } System.exit(0); } Java Praktikum SS 2010 Gerald.Ehmayer@borland.com 14

15 SAX Vor- und Nachteile Vorteile Für Streaming Anwendungen geeignet Geringe Speicheranforderungen Daher auch für sehr große Dokumente geeignet Performanz Nachteile Zugriff ausschließlich seriell möglich Applikation muss bei verschachtelten Strukturen Stack selbst aufbauen unübersichtliche Implementierung Low-level API: geringe Abstraktion Java Praktikum SS

16 SAX Zusammenfassung SAX ist geeignet, wenn Verarbeitungslogik einfach ist es reicht, das Dokument ein bis zweimal zu durchlaufen man nur einige Daten braucht Speicher-Restriktionen bestehen Verarbeitung sehr großer Dokumente erfolgt Java Praktikum SS

17 Java und XML Einführung in XML Merkmale von XML SAX Grundlagen, Verwendung in Java, DOM Grundlagen, Verwendung in Java, Validierung XML Schema, JAXB Java Praktikum SS

18 DOM Charakteristika DOM = Document Object Model Ist plattform- und programmiersprachen-unabhängig Definiert die logische Struktur eines Dokumentes in Form eines Baumes, bestehend aus Knoten und Kanten Ermöglicht das Lesen, sowie die dynamische Änderung von Inhalt und Struktur eines XML-Dokuments Entstand aus dem Grundgedanken, die Manipulation von HTML mittels JavaScript browserunabhängig zu machen Ist ein Standard des W3C ( Java Praktikum SS 2010 Gerald.Ehmayer@borland.com 18

19 DOM Unterschiede zwischen DOM und SAX SAX ist ereignis-orientiert Das Dokument muss nicht als Ganzes in den Hauptspeicher geladen werden Geeignet für große Dokumente Manipulation von XML Dokumenten nicht möglich DOM ist document-oriented Das gesamte Dokument wird in den Hauptspeicher geladen XML Dokument wird als Baumstruktur dargestellt Dabei wird jede Komponente als Knoten repräsentiert Baum kann traversiert werden Manipulation von XML Dokumenten ist möglich Java Praktikum SS

20 DOM Klassen Hierarchie org.w3c.dom Node Document Element Attr DocumentType Processing Instruction Notation CharacterData Entity EntityReference Document Fragment Text Comment CDATASection Java Praktikum SS

21 DOM Dokument als Baum Praktikum aus <HandyKatalog> <!-- NOKIA --> <Hersteller name="nokia"> <HerstellerNr nr="h1234"/> <Modell name="7110"> <Gewicht>141g</Gewicht> <Preis vertrag="ja">999</preis> <Preis vertrag="nein">4999</preis> </Modell> </Hersteller> </HandyKatalog> handycat.xml: Document HandyKatalog: Element NOKIA:Comment Hersteller:Elemen t name:attribute HerstellerNr: Element nr:attribute Modell: Element name:attribute NOKIA:Text h1234:text 7110:Text Gewicht: Element Preis: Element vertrag:attribute Preis: Element vertrag:attribut e 141g:Text 999:Text 999:Text ja:text nein:text Java Praktikum SS 2010 Gerald.Ehmayer@borland.com 21

22 DOM Baum traversieren NOKIA:Text firstchild getattributenode("name") name:attr hersteller:element <hersteller name="nokia"> <modell name="8210"> <batterie>900mah</batterie> <gewicht>141g</gewicht> </modell> </hersteller> batterie:element firstchild 900mAh:Text firstchild firstchild modell:element nextsibling getattributenode("name") lastchild gewicht:element 141g:Text name:attr firstchild 8210:Text firstchild Java Praktikum SS

23 DOM Verwendung von DOM in Java Wesentliche Java-Packages import javax.xml.parsers.documentbuilder; import javax.xml.parsers.documentbuilderfactory; import javax.xml.parsers.factoryconfigurationerror; import javax.xml.parsers.parserconfigurationexception; import org.xml.sax.saxexception; import org.xml.sax.saxparseexception; import org.w3c.dom.document; import org.w3c.dom.domexception; Java Praktikum SS

24 DOM Verwendung von DOM in Java Parse-Vorgang starten public static void main(string argv[]) { if (argv.length!= 1) {... } DocumentBuilderFactory factory = DocumentBuilderFactory.newInstance(); try { Praktikum aus // Get a Parser and Parse the File DocumentBuilder builder = factory.newdocumentbuilder(); document = builder.parse( new File(argv[0]) ); } catch (SAXParseException spe) { Java Praktikum SS 2010 Gerald.Ehmayer@borland.com 24

25 DOM Verwendung von DOM in Java Zentrales Objekt: org.w3c.dom.node Node getfirstchild(); Node getlastchild(); NodeList getchildnodes(); NamedNodeMap getattributes(); String getnodename(); short getnodetype(); Document getownerdocument(); Node getparentnode(); Node getprevioussibling(); Node getnextsivling(); boolean hasattributes(); boolean haschildnodes(); Node appendchild(node child); Node insertbefore(node newchild, Node refchild); Node removechild(node oldchild); void setnodevalue(string value); Praktikum aus Java Praktikum SS

26 Beispiel: DOM Verwendung von DOM in Java // Zugriff auf Wurzelelement Element rootelem = document.getdocumentelement(); if (rootelem.haschildnodes()) { NodeList childnodes = rootelem.getchildnodes(); for (int i=0; i<childnodes.getlength; i++) { System.out.println(childNodes.item(i).getNodeName()); if (childnodes.item(i).getnodetype() == Node.TEXT_NODE) System.out.println(childNodes.item(i).getNodeValue(); } } Java Praktikum SS 2010 Gerald.Ehmayer@borland.com 26

27 DOM Dokument generieren Praktikum aus Neue Elemente erzeugen mit Methoden von org.w3c.document Attr createattribute(string name); CDATASection createcdatasection(string data); Comment createcomment(string data); Element createelement(string tagname); Text createtextnode(string data); Element getdocumentelement(); Element getelementbyid(string elementid); NodeList getelementsbytagname(string tagname); Java Praktikum SS

28 DOM Dokument generieren Beispiel: Element erzeugen Praktikum aus Element newelem = document.createelement("handy"); Attr newattribute = document.createattribute("type"); newattribute.setvalue("siemens S55"); newelem.setattributenode(newattribute); rootelem.appendchild(newelem); Java Praktikum SS 2010 Gerald.Ehmayer@borland.com 28

29 DOM Dokument speichern Praktikum aus import javax.xml.transform.transformer; FileOutputStream os = null; try { os = new FileOutputStream(output); // Use a Transformer for output TransformerFactory tfactory = TransformerFactory.newInstance(); Transformer transformer = tfactory.newtransformer(); transformer.setoutputproperty( OutputKeys.DOCTYPE_SYSTEM, <DTD>); DOMSource source = new DOMSource(document); StreamResult result = new StreamResult(os); transformer.transform(source, result); } catch (<Exceptions>) { } Java Praktikum SS 2010 Gerald.Ehmayer@borland.com 29

30 DOM Vor- und Nachteile Vorteile W3C Standard API, von vielen Parsern implementiert Einfache Verarbeitung von XML Dokumenten Bietet auch die Möglichkeit XML Dokumente wahlfrei zu manipulieren (vs. SAX - nur seriell) Nachteile Hoher Speicherbedarf bei großen XML Dokumenten Hohe Geschwindigkeitsverluste bei großen XML Dokumenten Nicht für Streaming geeignet; Traversieren erst möglich, wenn XML Dokument vollständig geladen (MS XML Parser verwendet als Abhilfe standardmäßig asynchrones Parsen) Java Praktikum SS 2010 Gerald.Ehmayer@borland.com 30

31 Java und XML Einführung in XML Merkmale von XML SAX Grundlagen, Verwendung in Java, DOM Grundlagen, Verwendung in Java, Validierung XML Schema, JAXB Java Praktikum SS

32 Validierung Type Check Wohlgeformtheit von XML Dokumenten Einhaltung syntaktischer Regeln Validität Struktur Erlaubte Datentypen XML Schema Beschreibt Dokumentstruktur Erhält Konsistenz Nur eine Schema Definition pro Dokument Java Praktikum SS

33 XML Schema XSD XML Schema Defintion Dateiendung.xsd XML-basiert Parsen, Suchen, Generatoren XMI XML Metadata Interchange OMG Standard Zur Beschreibung von Meta-Modellen UML, MOF (Meta-Object Facility) Austauschformat von Objekten zwischen Tools EMF (Eclipse Modeling Framework) Java Praktikum SS

34 Text string Zahlen decimal integer float Datum date time boolean list XML Schema Datentypen Java Praktikum SS

35 XML Schema Einfache Typen Keine XML Kindelemente Keine Attribute Einschränkungen (Constraints) restriction Aufzählungen enumeration Kombination von verschiedenen Typen union Java Praktikum SS

36 Liste von Kindelementen sequence Jedes Element kann 0 oder mehrfach auftreten Reihenfolge muss eingehalten werden Liste von Alternativen choice Es darf nur 1 Element auftreten Liste einzelner Elemente all Jedes Element darf nur 0 oder 1 mal auftreten Ableitung extension / restriction XML Schema Komplexe Typen Java Praktikum SS 2010 Gerald.Ehmayer@borland.com 36

37 XML Schema JAXB XML to Java Binding Java API aus XML Schema generieren Lesen und Schreiben von XML Type Sicherheit xjc XML Binding Compiler Java SDK Tool, siehe JAVA_HOME/bin Generiert Java Klassen aus XML Schema Java Praktikum SS

38 Ende der 7. Übung Java Praktikum SS