關(guān)系數(shù)據(jù)庫與XML的映射技術(shù)研究

王 炎

(陜西財經(jīng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程系， 陜西 咸陽 712000)

0 前言

XML是一種近年來流行的標(biāo)準(zhǔn)信息傳輸和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換格式，因為其獨立于現(xiàn)有的數(shù)據(jù)庫和編程語言，又具有平臺無關(guān)性、自描述性、可擴展性、簡單方便處理等優(yōu)點，因此在數(shù)據(jù)庫領(lǐng)域XML的有效存儲和管理已成為研究熱點.

目前的商務(wù)數(shù)據(jù)主要存在于關(guān)系數(shù)據(jù)庫中， X ML和關(guān)系數(shù)據(jù)庫之間轉(zhuǎn)換卻比較復(fù)雜.由于XML文件是基于文本的，而且可能包含許多重復(fù)的文本，因此有較高的壓縮率.一個相當(dāng)大的XML文件易于壓縮為原來的五分之一甚至是十分之一，從而減少了網(wǎng)絡(luò)通信量.XML的核心作用體現(xiàn)為數(shù)據(jù)交換的共享標(biāo)準(zhǔn)格式，所以對關(guān)系數(shù)據(jù)庫進行XML集成研究具有重大的現(xiàn)實意義.

1 關(guān)系數(shù)據(jù)庫與XML之間的映射方法

根據(jù)映射關(guān)系的建立方式不同，數(shù)據(jù)庫與XML之間的映射主要有兩種方法：基于模板驅(qū)動的映射和基于模型驅(qū)動的映射，這兩種映射都可以在XML文檔和數(shù)據(jù)庫之間轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù).

圖1 基于模板驅(qū)動的轉(zhuǎn)換方法的構(gòu)架圖

1.1 基于模板驅(qū)動的映射

基于模板的映射方法并不是事先定義好XML文檔與其他數(shù)據(jù)之間的映射關(guān)系，而是在XML文檔中嵌入帶參數(shù)的SQL命令，這些語句在數(shù)據(jù)交換過程中被系統(tǒng)所識別和執(zhí)行，執(zhí)行的結(jié)果被替換到指令所指的位置從而生成目標(biāo) XML文檔，并用數(shù)據(jù)傳輸諸如中間件等實體軟件進行處理.圖1給出了基于模板驅(qū)動的轉(zhuǎn)換方法生成模板的構(gòu)架圖.

例如從數(shù)據(jù)庫中獲取商店陳列商品的信息，并以 XML 文檔表示：

Select booksname,bookscategory,price from library

該模板中嵌入了一個 sql 語句，當(dāng)用數(shù)據(jù)傳輸中間件進行處理時，每一個 select 語句都會被它的結(jié)果所代替，該模板產(chǎn)生的XML 文檔如下：

< libraryinfo >

……

從該 XML 文檔的產(chǎn)生可以看出基于模板的轉(zhuǎn)換方法的好處在于轉(zhuǎn)換步驟比較簡單，只要給出 XML模板就可以快速地生成相應(yīng)的XML文檔，其不足之處在于基于模板驅(qū)動的映射是一層淺層映射，以XML內(nèi)嵌的 SQL執(zhí)行的數(shù)據(jù)結(jié)果集為依據(jù)，不涉及數(shù)據(jù)庫賴以存在的關(guān)系模式，只是將關(guān)系數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為 XML文檔模式，并沒有提取任何關(guān)系模式，它舍棄了關(guān)系模式中的種種約束條件，因此是不能做反向轉(zhuǎn)換的，即不能將 XML 文檔轉(zhuǎn)換為關(guān)系模式，基于模板的轉(zhuǎn)換方法關(guān)鍵是要生成大量合理的模板，為此系統(tǒng)需要為用戶提供一套生成模板的工具以及相應(yīng)的指令執(zhí)行程序.值得注意的是，當(dāng)前諸如Microsoft SQL Server 2005等大多的產(chǎn)品都屬于模板映射.

1.2 基于模型驅(qū)動的映射方法

圖2 基于模型驅(qū)動的轉(zhuǎn)換方法的架構(gòu)圖

當(dāng)把數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)庫傳送到XML文檔或把數(shù)據(jù)從XML文檔傳送到數(shù)據(jù)庫時基于模型驅(qū)動的映射不是僅僅依賴內(nèi)嵌SQL命令，而是通過一個具體的模型來實現(xiàn).基于模型驅(qū)動的轉(zhuǎn)換方法的架構(gòu)如圖2所示.基于對象的映射方法是將數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)映射為一棵對象樹，根據(jù)規(guī)則將文檔的層次結(jié)構(gòu)映射為樹狀結(jié)構(gòu)(通常是把文檔中的元素定義為樹的節(jié)點)，然后將這些對象轉(zhuǎn)換到XML文檔中或相反，這種模型對于XML文檔與面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫和層次數(shù)據(jù)庫之間的映射是非常便利的.當(dāng)與關(guān)系數(shù)據(jù)庫進行映射時，可以利用傳統(tǒng)的“對象-關(guān)系”映射技術(shù)來實現(xiàn).對象關(guān)系映射包括兩個步驟：首先XML模式映射為對象模式，然后對象模式再映射為數(shù)據(jù)庫模式或相反，這兩個映射過程經(jīng)常結(jié)合起來充當(dāng)一次直接的DTD與數(shù)據(jù)庫模式的映射.元素通常對應(yīng)了一個對象或?qū)傩曰騊CDATA對象(PCDATA表示已解析字符數(shù)據(jù)，在這里指不需再解析的最小數(shù)據(jù)單元)，它將XML文檔用一棵對象樹來表示.關(guān)系數(shù)據(jù)庫的理論依據(jù)是關(guān)系模型，而XML文檔的依據(jù)是XML Schema或DTD等.把關(guān)系數(shù)據(jù)庫轉(zhuǎn)換成 XML 文檔時要把一個表或一個查詢結(jié)果的數(shù)據(jù)插入到相應(yīng)的位置即可，而把 XML 文檔轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)時只要把內(nèi)容插入到相應(yīng)的表中即可.目前有兩種常用的模型——表格模型和數(shù)據(jù)專用對象模型.許多轉(zhuǎn)換軟件包用表格模型在 XML 文檔和關(guān)系數(shù)據(jù)庫之間傳遞數(shù)據(jù)，它把 XML 文檔表示為一個單一的表格或者是表格的集合，這樣的 XML 文檔的結(jié)構(gòu)可以用如下的形式來表示：

這里關(guān)鍵字 table在把數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)庫傳遞到 XML 文檔時表示一個單一的結(jié)果集，而把數(shù)據(jù)從 XML 文檔傳遞到數(shù)據(jù)庫時表示一個單一的表格或者視圖數(shù)據(jù).專用對象模型把一個 XML 文檔表示為由數(shù)據(jù)對象構(gòu)成的樹，每一個元素類型和對象對應(yīng)，主要在面向?qū)ο蠛蛯哟螖?shù)據(jù)庫中使用.通過傳統(tǒng)的關(guān)系-對象模型也可以映射到關(guān)系數(shù)據(jù)庫中，基于模型的轉(zhuǎn)換方法由于有了數(shù)據(jù)模型的支持，完全可以進行關(guān)系數(shù)據(jù)庫和 XML 數(shù)據(jù)之間的雙向轉(zhuǎn)換，但是模型的引入也使得 XML文檔的結(jié)構(gòu)受到了一些限制，一個 XML 文檔必須符合模型所規(guī)定的機構(gòu)才能將 XML 文檔轉(zhuǎn)換成其他類型的數(shù)據(jù)，而從其他類型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換得到的 XML 文檔也具有某種結(jié)構(gòu)特點，所以基于模型的轉(zhuǎn)換方法的關(guān)鍵在于設(shè)計一個靈活的映射模型，同時該模型能夠很好的表達關(guān)系數(shù)據(jù)庫的各種約束.與基于模板的轉(zhuǎn)換方法相比，基于模型驅(qū)動的映射方法更適于異構(gòu)數(shù)據(jù)庫間數(shù)據(jù)的交換，關(guān)系數(shù)據(jù)庫的理論基礎(chǔ)是關(guān)系模型，XML 文檔的依據(jù)是XML模式，因此關(guān)系數(shù)據(jù)庫到XML的映射問題即為關(guān)系模式到XML模式映射的問題.

2 關(guān)系模式到XML模式的映射

在將關(guān)系模式映射為XML模式時，首先要得到XML Schema，需要從具體的關(guān)系數(shù)據(jù)庫中反求出關(guān)系模式，再根據(jù)關(guān)系模式重構(gòu)其有向圖，由有向圖再生成映射的結(jié)構(gòu)，根據(jù)映射結(jié)構(gòu)和有向圖將關(guān)系模式映射為XML Schema；其次是根據(jù)得到的Schema從關(guān)系數(shù)據(jù)庫中提取數(shù)據(jù)嵌入XML事例文檔.整個流程如圖3所示.

圖3 關(guān)系模式映射為XML模式流程圖

算法的基本流程：

Input：需要提取數(shù)據(jù)的關(guān)系數(shù)據(jù)庫;

Output：用XML格式表示的局部數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)和格式文檔XML Schema;

Step 1：反求提取出關(guān)系模式；

Step 2：重構(gòu)實體完整性約束、參照完整性約束和用戶自定義完整性約束；

Step 3：根據(jù)模式重構(gòu)生成映射結(jié)構(gòu)；

Step 4：根據(jù)映射結(jié)構(gòu)和重構(gòu)結(jié)果生成XML Schema模式；

Step 5：根據(jù)得到的XML Schema模式從關(guān)系數(shù)據(jù)庫中提取數(shù)據(jù)嵌入到XML事例文檔；

Step 6：輸出以XML格式表示的局部數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)和XMLSchema格式文檔.

3 結(jié)束語

隨著Web的廣泛應(yīng)用，XML正發(fā)揮著越來越重要的作用，如何在數(shù)據(jù)庫中有效地存儲XML文檔已經(jīng)成為人們研究的熱點,但由于其本身的結(jié)構(gòu)和目前廣泛使用的關(guān)系數(shù)據(jù)庫不匹配，XML和關(guān)系數(shù)據(jù)庫的結(jié)合一直沒有很好的解決方案.本文中在模型映射法的基礎(chǔ)上提出了一種簡單的XML文檔映射為關(guān)系數(shù)據(jù)庫的方法.通過這種映射機制可以進一步促進電子信息的數(shù)據(jù)交換，同時也為數(shù)字圖書館與外界的信息交換提供了技術(shù)支持，為網(wǎng)絡(luò)信息的管理提供了新思路.

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