XML DTD是目前使用最廣泛的一種XML 模式，XML Schema則已經(jīng)成為W3C的正式推薦標準，并有替代XML DTD的趨勢。那么，從技術角度看，XML Schema與XML DTD有那些區(qū)別，XML Schema又有那些優(yōu)勢呢？
引言 
XML DTD(XML的文檔類型定義)是近幾年來XML技術領域所使用的最廣泛的一種模式。但是，由于XML DTD并不能完全滿足XML自動化處理的要求，例如不能很好實現(xiàn)應用程序不同模塊間的相互協(xié)調(diào)，缺乏對文檔結構、屬性、數(shù)據(jù)類型等約束的足夠描述等等，所以W3C于2001年5月正式推薦XML Schema為XML 的標準模式。顯然，W3C希望以XML Schema來作為XML模式描述語言的主流，并逐漸代替XML DTD。那么XML Schema與XML DTD相比到底有哪些優(yōu)勢呢，XML DTD是否真的會在XML的模式描述領域中逐漸消失呢？

 

XML模式與XML格式 
XML模式是指用來描述XML結構、約束等因素的語言，例如XML Schema、XML DTD、XDR，SOX等等。XML格式則是XML文檔本身所具有的格式。本文以XML Schema來代表W3C所推薦的XML Schema模式標準，而以"XML模式"來代表所有的XML模式描述語言。

從模式的描述語言來說，XML Schema和XML DTD都屬于語法模式。與概念模式不同，語法模式在對同一事物描述時，可以采用不同的語法，例如在對關系模式描述時，無論是使用XML Schema還是XML DTD，都既可以用元素也可以用屬性來描述關系模式的列。

模式必須以某種格式來表示，XML Schema的格式與XML DTD的格式有著非常明顯的區(qū)別，XML Schema事實上也是XML的一種應用，也就是說XML Schema的格式與XML的格式是完全相同的，而作為SGML DTD的一個子集，XML DTD具有著與XML格式完全不同的格式。這種區(qū)別會給XML Schema的使用帶來許多好處： 

XML用戶在使用XML Schema的時候，不需要為了理解XML Schema而重新學習，節(jié)省了時間； 
由于XML Schema本身也是一種XML，所以許多的XML編輯工具、API 開發(fā)包、XML語法分析器可以直接的應用到XML Schema，而不需要修改。 
作為XML的一個應用，XML Schema理所當然的繼承了XML的自描述性和可擴展性，這使得XML Schema 更具有可讀性和靈活性。 
由于格式完全與XML一樣，XML Schema除了可以像XML一樣處理外，也可以同它所描述的XML文檔以同樣的方式存儲在一起，方便管理。 
XML Schema與XML格式的一致性，使得以XML為數(shù)據(jù)交換的應用系統(tǒng)之間，也可以方便的進行模式交換。 
XML有非常高的合法性要求，XML DTD對XML的描述，往往也被用作驗證XML合法性的一個基礎，但是XML DTD本身的合法性卻缺少較好的驗證機制，必需獨立處理。XML Schema則不同，它與XML有著同樣的合法性驗證機制。 

數(shù)據(jù)類型

或許，對于許多開發(fā)人員來講，XML Schema與XML DTD相比的一個最顯著的特征，就是其對數(shù)據(jù)類型的支持了。這完全是因為XML DTD提供的數(shù)據(jù)類型只有CDATA 、Enumerated、NMTOKEN 、NMTOKENS等十種內(nèi)置（built-in）數(shù)據(jù)類型。這樣少的數(shù)據(jù)類型通常無法滿足文檔的可理解性和數(shù)據(jù)交換的需要。XML Schema則不同，它內(nèi)置了三十七種數(shù)據(jù)類型，如long，int，short，double等常用的數(shù)據(jù)類型，并通過將數(shù)據(jù)類型表示為由value space、lexical space和facet三部分組成的三元組而獲得更大的靈活性。但是， XML Schema數(shù)據(jù)類型的真正靈活性來自于其對用戶自定義類型的支持。XML Schema提供兩種方式來實現(xiàn)數(shù)據(jù)類型的定義。

1)簡單類型定義（simpleType），即在XML Schema內(nèi)置的數(shù)據(jù)類型基礎上或其它由XML Schema內(nèi)置的數(shù)據(jù)類型繼承或定義所得到的簡單的數(shù)據(jù)類型（simpleType）基礎上，通過restriction，list 或者 union方式定義新的數(shù)據(jù)類型。

例如：
源碼1 restriction方式的定義
<simpleType name='Sku'>
<restriction base='string'>
<pattern value='\d{3}-[A-Z]{2}'/>
</restriction>
</simpleType>
 

源碼2 list方式的定義
<simpleType name='listOfDouble'>
<list itemType='double'/>
</simpleType>
 

源碼3 union方式的定義
<xsd:attribute name="size">
  <xsd:simpleType>
   <xsd:union>
    <xsd:simpleType>
     <xsd:restriction base="xsd:positiveInteger">
      <xsd:minInclusive value="1"/>
      <xsd:maxInclusive value="12"/>
     </xsd:restriction>
    </xsd:simpleType>
    <xsd:simpleType>
     <xsd:restriction base="xsd:string">
      <xsd:enumeration value="month"/>
     </xsd:restriction>
    </xsd:simpleType>
   </xsd:union>
  </xsd:simpleType>
 </xsd:attribute>
 

2) 復合類型定義（complexType），該方法提供了一種功能強大的復雜數(shù)據(jù)類型定義機制，可以實現(xiàn)包括結構描述在內(nèi)的復雜的數(shù)據(jù)類型。下面是一個以complexType定義實現(xiàn)關系模式中表結構的例子，設有表T_C_Type（Psign，Count），其中Psign為CHAR數(shù)據(jù)類型，Count為NUMBER數(shù)據(jù)類型。則有：

源碼4 complexType定義 
<!--表結構類型定義-->
 <complexType name="T_C_Type">
  <sequence minOccurs="0" maxOccurs="unbounded">
   <element name="Psign">
    <complexType>
     <simpleContent>
      <restriction base="string">
       <attribute name="value" type="string"/>
      </restriction>
     </simpleContent>
    </complexType>
   </element>
   <element name="Count" minOccurs="0">
    <complexType>
     <complexContent>
      <restriction base="anyType">
       <attribute name="value" type="int" use="optional"/>
      </restriction>
     </complexContent>
    </complexType>
   </element>
  </sequence>
 </complexType>
 

不僅如此，XML Schema還允許元素的內(nèi)容取空值，這一點可以擴大XML Schema對數(shù)據(jù)情況的描述范圍，而XML DTD則無能為力。例如：

源碼5 XML Schema 元素取空值的定義 <element name='test' nullable='true'/>
 

元素順序的支持 
XML DTD與XML Schema 都支持對子元素節(jié)點順序的描述，但XML DTD沒有提供對于無序情況的描述，也就是如果以XML DTD來描述元素的無順序出現(xiàn)情況，它必須采用窮舉元素各種可能出現(xiàn)的排列順序的方式來實現(xiàn)，這種方法不僅繁瑣，有時甚至是不現(xiàn)實的。例如對于table的a，b子元素，如果希望它們以任意的順序出現(xiàn)，用XML DTD來描述：

源碼6 a，b子元素任意順序出現(xiàn)的XML DTD定義 
<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!ELEMENT ENTER_NAME_OF_ROOT_ELEMENT_HERE EMPTY>
<!ELEMENT table ((a,b)|(b,a))>
<!ELEMENT a  (#PCDATA)>
<!ELEMENT b (#PCDATA)>

 

XML Schema提供了<all>標記來描述這種情況：

源碼7 a，b子元素任意順序出現(xiàn)的XML Schema定義 
<xsd:element name="a" type="xsd:string"/>
 <xsd:element name="b" type="xsd:string"/>
 <xsd:element name="table">
  <xsd:complexType>
   <xsd:all>
    <xsd:element ref="a"/>
    <xsd:element ref="b"/>
   </xsd:all>
  </xsd:complexType>
 </xsd:element>
 

可見，用XML Schema來實現(xiàn)子元素的無序描述要簡單的多。

命名空間 
在XML中引入命名空間的目的是為了能夠在一個XML文檔中使用其它XML文檔中的一些具有通用性的定義（通常是一些元素或數(shù)據(jù)類型等的定義），并保證不產(chǎn)生語義上的沖突。XML DTD并不能支持這一特性，這進一步限制了XML DTD的適用范圍。而XML Schema則很好的滿足了這一點。

并且， XML Schema還提供了include 和 import兩種引用命名空間的方法。下面的例子中XML Schema文檔引用了其它兩個XML Schema的定義，通過使用import實現(xiàn)了混合使用不同命名空間的目的。例子中還定義了不同命名空間中元素之間的keyref約束。

源碼8 XML Schema對命名空間的使用 
schema targetNamespace="http://202.117.84.144"
xmlns:xs="http://202.117.84.144"
xmlns="http://www.w3.org/2001/XMLSchema"
xmlns:a="http://202.117.84.228/middlewareSqlServer2000sqlservertest20211784228"
xmlns:b="http://202.117.84.228/middlewareOracle805ioracletest20211784144" 
elementFormDefault="qualified">
<import namespace="http://202.117.84.228/middlewareSqlServer2000sqlservertest20211784228" 
 schemaLocation="F:\xml schema\middlewareSqlServer2000sqlservertest20211784228.xsd"/>
<import namespace="http://202.117.84.228/middlewareOracle805ioracletest20211784144"
 schemaLocation="F:\xml schema\middlewareOrcal805ioracletest20211784144.xsd"/>
 <annotation>
  <documentation xml:lang="cn">
   schema for Middleware
   Copyright 2001 Zhou Jingtao. All rights reserved.
  </documentation>
 </annotation>
 <element name="CombineDatabase">
  <complexType>
   <sequence>
    <element name="CombinGlobeSchema">
     <complexType>
      <sequence>
       <element ref="a:H-Database"/>
       <element ref="b:H-Database"/>
      </sequence>
     </complexType>
     <keyref name="SqlServerTest_T_C_Psign" refer="b:gz_jgxx_ID_pk">
      <selector xpath="a:H-Database/a:SqlServerTest/a:T_C/a:Count"/>
      <field xpath="@value"/>
     </keyref>
    </element>
   </sequence>
  </complexType>
 </element>
</schema>
 

對于API的支持 
在掌握和使用XML技術時，DOM和SAX可能是技術人員最常使用到的XML API。DOM和SAX只對XML實例文檔有效，雖然可以通過它們實現(xiàn)以XML DTD來驗證XML文檔,但是DOM和SAX卻沒有提供解析XML DTD文檔內(nèi)容的功能，也就是說我們無法通過DOM或SAX來得到DTD中元素、屬性的聲明和約束的描述。但是在基于XML+DTD的數(shù)據(jù)交換過程中，一些應用程序需要得到DTD本身的描述內(nèi)容和結構，以方便對XML文檔中數(shù)據(jù)的處理，例如在使用關系數(shù)據(jù)庫存儲XML 文檔的過程中就涉及到如何將XML DTD映射為關系模式描述的問題。為了實現(xiàn)對XML DTD的解讀，研究人員必須為XML DTD開發(fā)新的接口或者專用工具，帶來了很大的不便。

由于XML Schema本身就是一個XML 文檔，所以我們可以通過使用DOM、SAX或JDOM等XML API很容易的解析XML Schema，這就實現(xiàn)了XML文檔與其描述模式處理方式的一致性，利于數(shù)據(jù)的傳輸和交換。

更加清晰的屬性出現(xiàn)情況的限制、以及缺省值和枚舉 
XML DTD以關鍵字#IMPlIED、#FIXED和#REQUIRED來指定屬性是否出現(xiàn)，并支持屬性缺省值的定義。XML Schema則提供了更明確的標記來實現(xiàn)清晰易懂的表示。XML Schema廢棄了XML DTD的#IMPlIED，不再支持屬性的隱含狀態(tài)，而要求必須給出明確的狀態(tài)，并以prohibited來表示屬性的禁用。對于缺省值的表達則更為直觀，用default來直接給出。

源碼9 XML DTD 、XML Schema對屬性出現(xiàn)情況的限制 
<!ATTLIST TestDTD testAr1 CDATA  #IMPLIED>
<!ATTLIST TestDTD testAr2 CDATA  #REQUIRED>
<!ATTLIST TestDTD testAr3 CDATA  #FIXED "3">
<!ATTLIST TestDTD testAr4 CDATA  "3">

<xsd:attribute name="TestAr1" type="xsd:string" use="optional" default="3"/>
<xsd:attribute name="TestAr2" type="xsd:string" use="prohibited"/>
<xsd:attribute name="TestAr3" type="xsd:string" use="required" fixed="3"/>
 

對于XML Schema在枚舉方面的改進，請參見參考資料中"XML 問題 #7 W3C XML Schema 與文檔類型定義 (DTD) 比較"一文（文獻9）。

注釋 
XML DTD和XML Schema都支持<!-注釋內(nèi)容-->這樣的注釋方法，但是XML Schema提供了更靈活和有用的注釋方式：documentation和appinfo。它們提供了面向讀者和應用的注釋。

源碼10 XML Schema的注釋
<xsd:annotation>
<xsd:documentation>面向用戶和應用的注釋</xsd:documentation>
<xsd:appinfo>
//這是一段C語言代碼。
#include stdio.h
void main()
{
int i,j;
i =1;
j=i+1;
}
</xsd:appinfo>
 

對數(shù)據(jù)庫的支持 
目前如何將關系數(shù)據(jù)表示為XML數(shù)據(jù)和如何實現(xiàn)基于關系數(shù)據(jù)庫的XML數(shù)據(jù)存儲、查詢和更新已經(jīng)成為了研究的熱點。Deutsh，F(xiàn)lorescu[5]，Kossman[5]，Shanmugasundaram[6,7]和D W Lee[8]等人都在XML與關系數(shù)據(jù)的相互轉(zhuǎn)化問題方面作了較深入的研究。然而由于XML Schema成為正式推薦標準的時間較晚，加之XML DTD語法相對簡單，所以現(xiàn)在大部分的研究和應用都是基于XML DTD展開的。但是，XML DTD在對關系數(shù)據(jù)的描述方面明顯存在著不足，例如XML DTD有限的數(shù)據(jù)類型根本無法完成對關系數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)類型的一一映射，也無法實現(xiàn)大部分的數(shù)據(jù)規(guī)則的描述。XML Schema提供了更多的內(nèi)建數(shù)據(jù)類型，并支持用戶對數(shù)據(jù)類型的擴展，基本上滿足了關系模式在數(shù)據(jù)描述上的需要，這一點可以作為XML Schema比XML DTD更適合描述關系數(shù)據(jù)的一個主要的原因。 

一個結論 
通過比較，可以看出，XML Schema比XML DTD具有更強的表現(xiàn)力，能夠更好的滿足不同領域應用的需求。那么，是不是可以說XML DTD會很快被XML Schema替代并最終消失呢。從作者的觀點來看，XML Schema雖然在大多數(shù)的應用領域都有替代XML DTD的趨勢，但是XML DTD仍然有它的適用范圍，并不可能被XML Schema完全替代： 

XML DTD是作為XML 標準的一部分發(fā)布的，W3C似乎并沒有準備將其從XML標準中廢除掉，對于XML DTD的支持還將持續(xù)。 
目前大多數(shù)的面向XML應用，都對XML DTD做了很好的支持，XML DTD的工具也相對較為成熟，一般情況下，這些應用和工具并不會選擇以XML Schema替換XML DTD的方式對其升級，更多的選擇應該是二者都支持。當然，對于那些對數(shù)據(jù)交換或者描述能力要求較高、XML DTD已不能滿足功能需求的應用來說，以XML Schema來代替XML DTD已經(jīng)成為一種必然趨勢。 
當前大多數(shù)與XML 模式相關的算法研究都是基于XML DTD展開的，作為一種研究的延續(xù)，并不會放棄XML DTD的研究成果，但是，針對XML Schema的研究將會成為一個新的熱點。 
在一些相對要求簡單的處理環(huán)境中，XML DTD仍然會占有它的一席之地。 
同其他技術的發(fā)展一樣，由于新標準的出現(xiàn)，XML DTD的作用會逐漸減弱，但正如層次數(shù)據(jù)庫在今天仍然在使用一樣， 對XML Schema是否會完全替代XML DTD做一個結論似乎為時過早。 

所以，作為一種強有力的標準，XML Schema作為XML模式的主流已經(jīng)成為一種趨勢；但作為一種最簡單的XML模式，XML DTD也還將會在一段時間內(nèi)發(fā)揮它應有的作用。

Author: orangelizq
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