DB2 XML 编程，第 2 部分: 在应用程序体系结构中使用 XML 数据库支持

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　　简介
　　XML 在数据库中的地位在过去两年中已经发生了变化，从 “临时工” 变成了重要成员。它不再需要改变本身来适应关系环境。它可以保持其层次化性质，同时利用关系数据库环境的功能和稳定性。实际上，一些关系性元素已经采用某些技术让它们看起来像 XML，以便利用层次化 XML 模型丰富的功能。
　　本文讨论新的 XML 存储和查询环境如何处理本系列 第 1 部分 中的 XML 数据模型。还要说明，在采用新的基于 XML 的应用程序开发体系结构之后，数据库模式会变得更简单更自然。还演示如何按照在应用程序中查询数据的相同方式查询数据库中的 XML 数据。最后，讨论如何结合关系数据和 XML 数据，从而同时获得这两个环境的优势。
　　XML 数据库基础
　　尽管大多数主流关系数据库都有某种 XML 支持，但是 DB2 的 pureXML™ 支持要健壮和高效得多，这使它成为试验 XML 编程模型的理想数据库。本文主要关注如何在应用程序体系结构中使用新的 XML 数据库支持。
　　DB2 允许存储、查询、操作和发布：

• 关系数据 — SQL
  
• 采用 XML 形式的关系数据 — SQL/XML
  
• XML 数据 — XQuery
  
• 混合型数据（关系数据和 XML 数据） — SQL/XML 和 XQuery
  

　　
图 1. DB2 混合型存储


　　在数据库中存储 XML
　　关系数据库中的 XML 支持的主要好处是，可以在同一个表中同时存储关系数据和 XML 数据。另外，尽管 XML 在内部存储为层次化（树）格式，但是它看起来像是存储在数据库表的单一列中（就像 CLOB 或 BLOB）。
　　从第 1 部分中的数据对象可以看出，有两个表，每个表至少有两列。
　　
清单 1. 表

CREATETABLECUSTOMER_TABLE(
CUSTOMERIDCHARACTER(12)NOTNULL,
CUSTXMLXMLNOTNULL,
CONSTRAINTCC1183665042494PRIMARYKEY(CUSTOMERID))

CREATETABLEPURCHASE_TABLE(
CUSTOMERIDCHARACTER(12)NOTNULL,
ITEMXMLXMLNOTNULL,
CONSTRAINTCC1183665244645FOREIGNKEY
(CUSTOMERID)REFERENCESCUSTOMER_TABLE(CUSTOMERID)
ONDELETECASCADEONUPDATENOACTION
ENFORCEDENABLEQUERYOPTIMIZATION)



　　显然，通过将应用程序的数据对象存储为 XML，关系模式大大简化了。另外，基础结构仍然是关系型的，这使 XML 数据能够利用关系数据库的实用功能，比如触发器、约束和外键关系。
　　因为从逻辑上看 XML 列与 VARCHAR、CLOB 或 BLOB 列相似，所以 INSERT 语句也是相似的。

insertintoCUSTOMER_TABLEvalues('hardeep',
'<Customercustomerid="hardeep"firstname="hardeep"lastname="singh"/>')



　　在 Java™ 程序中执行插入的代码也是相似的：
　　
清单 2. 在 Java 程序中执行插入

Stringinsertsql="insertintoPURCHASE_TABLEvalues(?,?)";
PreparedStatementiStmt=connection.prepareStatement(insertsql);
Fileinputfile=newFile(filename);//filenameisthepathoftheXMLfile
longfilesize=inputfile.length();
BufferedReaderin=newBufferedReader(newFileReader(inputfile));
iStmt.setCharacterStream(1,in,(int)filesize);
intrc=iStmt.executeUpdate();



　　为了更好地了解混合型存储，我们来看看 XML 数据的逻辑视图，体会 XML 数据如何看起来像是存储在关系数据库表中。
　　注意：尽管不同关系数据库厂商的 XML 物理存储技术可能不一样，但是逻辑视图是相似的。
　　
图 2. DB2 混合型存储逻辑视图


　　查询 XML
　　在展开数据库模式模型时，可以看到关系表和列。如果展开 XML 列，模式会从关系模型变成 XML 层次化模型。现在，您应该意识到其实有两个模式（一个关系模式和一个 XML 模式），但是把它们当作一个整体；理解了这一点，就能够以更自然的方式在这个统一的模式中进行导航和查询。
　　对于清单 1 所示的统一模式，如果希望获得 CUSTOMER_TABLE 中 CUSTXML 列的数据，那么可以在查询中指定 CUSTXML 列的路径作为目标。

SELECTCUSTXMLFROMCUSTOMER_TABLEwherecustomerid='hardeep';



　　这会返回 hardeep 的 CUSTXML 列中的客户数据。
　　现在，考虑如何获得其 lastname 为 singh 的客户数据。在这种情况下，需要指定每个 XML 文档的 lastname 属性的路径（CUSTOMER_TABLE.CUSTXML/Customer/@lastname）并检查它是否是 singh。
　　在完美的环境中，查询应该是 Select * from CUSTOMER_TABLE where CUSTXML/Customer/@lastname='singh'。但是在真实环境中，需要用数据库查询引擎能够理解的一种语法编写查询。数据库领域已经引入了一种称为 XQuery 的新语言，可以用它查询 XML 文档。SQL 添加了可以理解这种语言的新函数，从而将关系和 XML 环境联系起来了。所以搜索姓氏为 singh 的客户的查询如下：

selectCUSTXMLfromCUSTOMER_TABLE
wherexmlexists('$cust/Customer[@lastname="singh"]'passingCUSTXMLAS"cust")



　　还可以在 Java 程序中通过参数化查询执行这个调用：

selectCUSTXMLfromCUSTOMER_TABLE
wherexmlexists('$cust/Customer[@lastname=$lname]'
passingCUSTXMLAS"cust",cast(?asVARCHAR(12))as"lname")



　　掌握了向 SQL/XML 函数传递参数的语法之后，您会发现，在针对关系数据和 XML 数据的基本混合型查询中，XML 查询通常包含 XPath 表达式。这与在应用程序层中操作 XML 数据模型的方法非常相似（见第 1 部分），在那里许多代码通过对 Document Object Model（DOM）包装器进行 XPath 调用来查询和操作 XML 数据。
　　注意：在 Viper 2 中，对传递给一些 SQL/XML 函数的参数做了简化。例如，在前面的查询中，XMLExists 的 passing 子句不需要指定 CUSTXML 列。

selectCUSTXMLfromCUSTOMER_TABLE
wherexmlexists('$CUSTXML/Customer[@lastname=$lname]'
passingcast(?asVARCHAR(12))as"lname")



　　将应用程序逻辑放在数据库中
　　XQuery 提供了大多数高级语言的所有基本功能（if-then-else、for、变量、函数和算术操作符）。因此，可以将业务逻辑嵌入查询中。另外，它还提供许多常用的 XSLT 映射，所以它不但能够执行查询，还能够在数据库中转换 XML 输出。
　　我们仍然以第 1 部分中 Customer 示例的 XML 数据模型为例。

<Customercustomerid=""firstname=""lastname="">
<Items><ItemID=""description=""purchaseDate=""price=""/></Items>
</Customer>



　　用 DB2 查询替代应用程序代码
　　我们不必在应用程序层中合并来自两个表的 XML 数据，可以在数据库中用一个 SQL/XML 查询实现相同的效果。这需要一个 CUSTOMER_TABLE.CUSTXML/Customer/@customerid 到 PURCHASE_TABLE.ITEMXML/Customer/@customerid 的一对多联结。
　　
图 3. 联结两个 XML 列


　　
清单 3. 查询两个 XML 列

values(xmlquery('

for$Customerindb2-fn:xmlcolumn("CUSTOMER_TABLE.CUSTXML")/Customer

where$Customer/@customerid=$customerid

return
<Customercustomerid="{$Customer/@customerid}"
firstname="{$Customer/@firstname}"lastname="{$Customer/@lastname}">{

for$Customer0indb2-fn:xmlcolumn("PURCHASE_TABLE.ITEMXML")/Customer
where$Customer0/@customerid=$Customer/@customerid
return$Customer0/Item

}</Customer>

'passingcast(?ASvarchar(255))as"customerid"))



　　对于客户 hardeep 购买的所有商品，产生的 XML 如下：
　　
图 4. 查询结果


　　在上面的查询中，必须构造外层的 Customer 元素并添加来自 CUSTXML 列数据的属性。DB2 Viper 2（beta）支持 XQuery 更新表达式，可以修改 XML 文档，所以不需要构造外层的 Customer 元素。可以使用来自客户表的一个 XML 文档，并将来自购买表的商品数据作为子元素插入其中。
　　
清单 4. 针对两个 XML 列的 Viper 2 查询

values(xmlquery('

for$Customerindb2-fn:xmlcolumn("CUSTOMER_TABLE.CUSTXML")/Customer

let$items:=(<Items>{

for$Customer0indb2-fn:xmlcolumn("PURCHASE_TABLE.ITEMXML")/Customer
where$Customer0/@customerid=$Customer/@customerid
return$Customer0/Item

}</Items>)

where$Customer/@customerid=$customerid

return
transform
copy$cust:=$Customer
modify(
doinsert$itemsaslastinto$cust)
return$cust

'passinghardeepas"customerid"))



　　在上面的查询中，不但搜索、获取和合并了数据库中存储的 XML 文档部分，还在产生的 XML 中添加了新元素。另外，hardeep 被隐式转换为 XML 类型（xs:string）。
　　对比数据库查询和 Java 应用程序代码
　　如果将上面的查询与第 1 部分中的 Java 代码（清单 6. 重写应用程序来使用 XML 模型）做一下对比，就会发现它们的逻辑非常相似。

• 从 CUSTOMER_TABLE 中选择 Customer 信息。
  
• 构造一个 Items 元素并在 PURCHASE_TABLE 中搜索这位客户购买的所有商品。
  
• 循环遍历列表中的每个商品并将它们插入 Items 元素。
  
• 将 Items 元素插入 Customer 元素。
  

　　创建存储过程
　　为了将数据库中的业务逻辑与应用程序代码隔离开，一种好方法是为这个查询创建一个存储过程。
　　
清单 5. 创建存储过程

CREATEPROCEDUREcustomerItems(INcustidvarchar(12))
DYNAMICRESULTSETS1
LANGUAGESQL
BEGIN
DECLAREc_curCURSORWITHRETURNFOR

values(xmlquery('

for$Customerindb2-fn:xmlcolumn("CUSTOMER_TABLE.CUSTXML")/Customer

let$items:=(<Items>{

for$Customer0indb2-fn:xmlcolumn("PURCHASE_TABLE.ITEMXML")/Customer
where$Customer0/@customerid=$Customer/@customerid
return$Customer0/Item

}</Items>)

where$Customer/@customerid=$customerid

return
transform
copy$cust:=$Customer
modify(
doinsert$itemsaslastinto$cust)
return$cust

'passingcustidas"customerid"))
OPENc_cur;
END



　　用存储过程调用替代应用程序代码
　　应用程序代码现在可以对 DB2 进行存储过程调用并将 XML 传递给 DOM 包装器。第 1 部分中的 XML 数据模型的应用程序代码（清单 6. 重写应用程序来使用 XML 模型，2-8 行）可以简化为：

2.ResultSetdbResult=dbstmt.executeQuery("callcustomerItems("+custid+")"
3.XMLParsecustomerXML=newXMLParse(dbResult.getString(1));



　　一个更精细的示例
　　现在考虑一个比较精细的场景，这个场景还要计算每个商品的保险费。为了让这个场景有点儿难度，保险费不但每天变动，而且随价格变化。这意味着，不但要向查询传递 customerid，还要传递保险费率。现在，假设您每天在保险公司提供的一个 Web 服务中查询最新的保险费率。保险费率信息采用 XML 文档的形式。

<insurance>
<rateprice="100"currency="$"rate=".02"/>
<rateprice="500"currency="$"rate=".018"/>
<rateprice=""currency="$"rate=".015"/>
</insurance>



　　可以修改前面的存储过程来计算保险费。
　　
清单 6. 计算每个商品的保险费的存储过程

CREATEPROCEDUREcustomerItemsWithInsurance(INcustidvarchar(12),rateXML)
DYNAMICRESULTSETS1
LANGUAGESQL
BEGIN
DECLAREc_curCURSORWITHRETURNFOR

values(xmlquery('

for$Customerindb2-fn:xmlcolumn("CUSTOMER_TABLE.CUSTXML")/Customer

let$items:=(
<Items>{
for$Customer0indb2-fn:xmlcolumn("PURCHASE_TABLE.ITEMXML")/Customer

let$insurance:=<insurancecurrency="{($rate//rate[@price=""]/@currency)}">
{(
if($Customer0/Item/@price>500)then(
$Customer0/Item/@price*$rate//rate[@price=""]/@rate
)
else(

if($Customer0/Item/@price>100)then(
$Customer0/Item/@price*$rate//rate[@price="500"]/@rate
)
else(
$Customer0/Item/@price*$rate//rate[@price="100"]/@rate
)

)
)}</insurance>

where$Customer0/@customerid=$Customer/@customerid

return
transform
copy$item:=$Customer0/Item
modify(doinsert$insuranceaslastinto$item)
return$item
}</Items>
)

where$Customer/@customerid=$customerid

return
transform
copy$cust:=$Customer
modify(doinsert$itemsaslastinto$cust)
return$cust

'passingcustidas"customerid",rateas"rate"));

OPENc_cur;
END



　　对这个存储过程的调用接受两个运行时参数，customerid 和保险 XML。
　　

call customerItemsWithInsurance(?,?)

　　显然，在上面的示例中，如果要操作的数据库数据是 XML 格式的，那么可以使用 XQuery 实现比只使用 SQL 时更多的业务逻辑。另外，查询中使用的 XML 甚至不需要在数据库中存在。因此，SQL/XML 查询中涉及的 XML 数据可以按照层次化形式存储在数据库中，可以由 SQL/XML 函数生成，甚至可以作为运行时参数传递给查询。数据库和应用服务器之间的差异逐渐变得模糊了。
　　优点和缺点
　　所有新技术在刚刚出现时都会有一些问题。一些问题是由于实现还不成熟造成的，其他问题是由于开发人员还不适应变化。

• 尽管性能有所改进，但是仍然比不上关系数据。
  
• XQuery 是一种新语言，而且一些 SQL/XML 函数的语法需要花时间适应。
  
• 有许多遗留数据采用关系格式。
  
• 最重要的是，这是一种创建业务应用程序和数据模式的新方式，它与当前的面向对象应用程序和规范化关系模式很不一样。
  
• 能够对这类查询进行调试和优化的工具还不多。
  

　　尽管存在这些缺点，但是新的模型管理数据的方式更加自然。在应用程序层和数据库层中都按原样维护和操作业务数据信息，而且您将第 3 部分中看到，甚至在客户机层中也是如此。

• 尽管外围语言可能不一样（Java、XQuery、JavaScript、PHP），但是在所有层中用来在 XML 文档中移动的语言都是相同的（XPath）。
  
• 即使遗留数据是关系型的，但是通过使用 Viper 2 中引入的一些 SQL/XML 函数，可以轻松地查询这些数据并将它们转换为 XML。看一下第 1 部分中的示例 “第二种情况 —— 所有数据在数据库中存储为关系形式”。可以使用 Viper 2 中引入的 XMLROW 函数简化这个查询。
  

  Select XMLROW (customerid, firstname, lastname OPTION as attributes ROW Customer) from customer_table where customerid=?

  
  
  　　还可以在关系数据和 XML 数据之间创建联结。在这个示例场景中，如果有第三个表，其中包含购买商品的产品说明，而且这是一个关系表，那么可以使用商品 ID 执行联结，从而获得购买的每种商品的产品说明。
  
  
  
  图 5. 联结关系列和 XML 列
  
  
  
  

  Select details, weight from SQLPRODUCT, ITEM_TABLE where xmlexists ('$itemxml/item[@itemid=$pid]' passing ITEM_TABLE.ITEMXML AS "itemxml", SQLPRODUCT.PID AS "pid" )

  
  
  　　在 DB2 9 中，可以使用 passing 子句向 SQL 语句中嵌入的 XQuery 传递运行时参数，但是不能向 XQuery 中嵌入的 SQL 传递参数。在 Viper 2 中，这个限制已经消除了，现在可以向 XQuery 中嵌入的关系查询传递运行时变量。
  
  
  
  清单 7. 向 XQuery 中嵌入的 SQL 传递运行时变量
  

  values(xmlquery(' for $Customer0 in db2-fn:xmlcolumn("PURCHASE_TABLE.ITEMXML")/Customer where $Customer0/@customerid= $custid return ( $Customer0/Item, db2-fn:sqlquery( ''select xmlrow(details, description, weight option ROW "description") from sqlproduct where pid= parameter(1)'', $Customer0/Item/@ID)) ' passing cast( ? AS varchar(255) ) as "custid" ))

  
  
  　　因此，即使一部分数据位于关系表中，一些数据是 XML，现在都可以在 SQL 查询、XQuery 或这两者中在 XML 数据和关系数据之间进行动态联结。
  
  
• 在某些情况下，性能可能不是大问题，因为：
  
  
  
  • 能够为数据库中存储的 XML 文档创建基于 XPath 表达式的索引。
    

    create index custfname on customer_table(info) generate key using xmlpattern '/Customer/@firstname' as sql varchar(64)

    
    
  • 因为数据库模式更简单，所以减少了所需的联结数量。
    
  • 因为现在可以在查询中缩减数据，然后再把数据发送给应用程序，所以可以减少 I/O。
    
  • 随时可以使用 SQL/XML 函数（比如 XMLTable）将 XML 文档中的关键信息提取到关系列中，并为它们创建关系索引。
    
  • 可以为 XML 文档创建文本搜索索引。
    
  
  
  

　　结束语
　　XML 已经取得了稳固的地位。大多数行业和政府组织都对他们的 XML 模式做了标准化，并要求电子文档必须符合这些模式。既然通过线路交换的 B2B 数据已经采用了 XML 格式，为什么不在数据库中按原样（pureXML）存储这些数据呢？将数据存储为 XML 之后，可以使用 XQuery 和标准的 SQL/XML 对它进行编制索引、查询、检验、操作、转换和更新。随着越来越多的应用程序逻辑被放在查询中，数据库可以以 Web 服务和 feed 的形式公开它的存储过程，从而成为面向服务体系结构（SOA）环境中活跃的参与者。
　　“旧的秩序已经改变了，新的秩序正在形成。”（The old order changeth, yielding place to new.） Morte d'Arthur
　　


　　参考资料
　　学习

• 您可以参考本文在 developerWorks 全球站点上的 英文原文。
  
• “ISV success with DB2 Viper”：准备将应用程序、例程和脚本迁移到 DB2 Viper。
  
• 
  关于 DB2 XML 的技术文章：寻找更多关于 DB2 和 XML 的文章。
  
• “DB2 Viper 快速入门”（developerWorks，2006 年 4 月）：了解如何创建管理 XML 数据的数据库对象以及用 XML 数据填充 DB2 数据库。
  
• “用 SQL 查询 DB2 XML 数据”（developerWorks，2006 年 4 月）：了解如何用 SQL 和 SQL/XML 查询 XML 列中存储的 DB2 数据。
  
• “使用 XQuery 查询 DB2 XML 数据”（developerWorks，2006 年 5 月）：了解如何用 XQuery 查询 XML 列中存储的数据。
  
• 
  XML Programming with PHP and Ajax：在面向服务体系结构和其他业务场景中使用 DB2 9 的 XML 功能。
  
• “结合使用 DB2 原生 XML 与 PHP”（developerWorks，2005 年 11 月）：了解如何使用 DB2 Universal Database for Linux, UNIX, and Windows 的新版本中的本机 XML 功能简化应用程序代码和关系模式。
  
• “Native XML Support in DB2 Universal Database”：对新的 DB2 XML 支持和传统关系数据库技术进行对比。
  
• 
  developerWorks China Information Management 专区：学习关于 DB2 的更多知识。在这里可以找到技术文档、how-to 文章、培训、下载、产品信息等等。
  
• 随时关注 developerWorks 技术活动和网络广播。