Schema[資料庫中的Schema]

基本信息

• 英文名：Schema

• 釋義：為資料庫對象的集合
• 使用：一個用戶一般對應一個
• 學科：計算機學

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”（ XML Schema Definition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