Datenbanken und XML: Konzepte, Anwendungen, Systeme

352 Pages·2002·8.1 MB·German

by  Dipl.-Inform. Wassilios Kazakos

Xpert. press
Springer-Verlag Berlin Heidelberg GmbH
Die Reihe Xpert.press des Springer-Verlags
vermittelt Professionals in den Bereichen
Betriebs- und Informationssysteme, Software
Engineering und Programmiersprachen aktuell
und kompetent relevantes Fachwissen tiber
Technologien und Produkte zur Entwicklung
und Anwendung moderner Informations
technologien.
Wassilios Kazakos . Andreas Schmidt
Peter Tomczyk
Datenbanken
undXML
Konzepte, Anwendungen, Systeme
Unter Mitarbeit von
Oliver Braun, Dieter Giindisch, Thomas Marz
Prof. Dr. Guido Moerkotte, Paul Schmidt, Alexei Valikov
Vorwortvon
Prof. Dr. Peter Lockemann
t
Springer
Dipl.-Inform. Wassilios Kazakos [email protected]
Dipl.-Inform. Andreas Schmidt [email protected]
Dipl.-Wirtsch.-Inf. Peter Tomczyk ptomczyk@fzLde
Forschungszentrum Informatik
Haid-und-Neu-Str.1O-14
76131 Karlsruhe
Die Deutsche Bibliothek -CIP-Einheitsaufnahme
Kazakos, Wassilios: Datenbanken und XML: Konzepte, Anwendungen, Systeme I
Wassilios Kazakos; Andreas Schmidt; Peter Tomczyk. Vorw. von P. Lockemann. -
Berlin; Heidelberg; New York; Barcelona; Hongkong; London; Mailand; Paris; Tokio:
Springer, 2002
(Xpert.press)
ISBN 978-3-642-62626-5 ISBN 978-3-642-56375-1 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-642-56375-1
0101 deutsche buecherei
ISSN 1439-5428
ISBN 978-3-642-62626-5
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© Springer-Verlag Berlin Heide1berg 2002
Ursprung1ich erschienen bei Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2002
Softcover reprint of the hardcover 1s t edition 2002
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Satz: Satzaufbereitung durch Autor
Gedruckt auf sliurefreiem Papier SPIN: 10834671 33/3142XO -543210
Flir Petra, Christine und Olga
Vorwort
XML hat sich in einem Siegeszug ohnegleichen zur lingua franca
entwickelt und damit etwas geschafft, was anderen Sprachen im
Verlauf der mehr als dreiBigjahrigen Geschichte der Informatik nicht
vergonnt war. Am nachsten kam diesem Ziel vielleicht noch SQL.
Aber Datenbanksprachen erlangen nun einmal nicht dieselbe
Verbreitung wie das allgegenwartige Internet. Dnd so musste die er
folgsgewohnte Datenbanktechnik auch erst einmal lemen, statt zu
agieren und die Richtung zu bestimmen auf die Vorgaben anderer zu
reagieren. Wie diese Reaktion aussieht, davon handelt dieses Buch.
Die Datenbanktechnik hat ubrigens gute Grtinde und hervorra
gende Chancen, der Entwicklung in XML ihren eigenen Stempel
aufzupragen. Datenbanktechnik beherrscht Merkmale, die Diensten
im Internet erst zu weitlaufiger Brauchbarkeit verhelfen - zumindest
wenn man das Web als eine gigantische Informationsbasis versteht.
Da ist zum Einen der Dmgang mit Skalierbarkeit: Datenbanktechnik
weiB, wie man riesige und ins Dnermessliche wachsende Datenbe
stande zu verwalten hat. Da ist zum Zweiten Persistenz: Datenbank
technik verleiht Datenbestanden eine potenziell unbegrenzte Le
bensdauer. Da ist zum Dritten Robustheit: Datenbanktechnik erhalt
die Konsistenz der Daten - wie immer sie definiert sein mag - uber
aIle Fahmisse hinweg, von denen es angesichts der langen Lebens
dauer nicht wenige geben wird. Da ist zum Vierten deskriptiver Zu
gang: Angesichts von GroBe und dynarnischem Wachstum kann
man das gewunschte Ergebnis nur noch durch seine Eigenschaften
erfassen, nicht aber durch einen Plan, der den Weg zum Ergebnis
beschreibt. Dnd dann ist da zum Funften Peiformanz: Die Datenba
sis mag noch so umfangreich sein, es lasst sich immer intern ein
Plan erzeugen, dessen Antwortzeit weitgehend unempfindlich gegen
die GroBe der Datenbasis ist.
Will man die Datenbanktechnik - und damit die genannten
Merkmale - mit den ubrigen Diensten im Internet zusammenftihren,
bedarf es eines Brtickenschlags. Die Pfeiler halt die Datenbanktech
nik aber von jeher vor: das Datenmodell. Ein Datenmodell bietet po-
Vorwort -- VII
-
lymorphe Regeln, nach denen die Datenbasis zu strukturieren ist,
und nach denen die strukturellen Freiraume fur Zwecke der Konsis
tenzwahrung weiter eingegrenzt werden konnen, und einen Satz von
polymorphen Operatoren, die den Umgang - Lesen und Fortschrei
ben - mit der Datenbasis regeln. Damit die Operatoren aber iiber
haupt ein Ergebnis liefern konnen, miissen sie in der Lage sein, die
Datenbasis zu interpretieren und damit sozusagen monomorph zu
agieren. Die Interpretation liefert das Datenbasisschema, das nun
freilich voraussetzt, dass sich die Daten in der Datenbasis in vorbe
stimmte Muster, also in Datentypen, pressen lassen. Wer hoch ska
lieren muss, wird sich dieser Voraussetzung kaum entziehen konnen,
will er iiberhaupt den Uberblick wahren. Und auch Robustheit
braucht einen Bezugspunkt, und den bietet eben auch das Datenba
sisschema. SchlieBlich ist es die Verbindung von Skalierbarkeit, Per
formanz und deskriptivem Zugang, die zur Entwicklung deskripti
ver, mengenorientierter Anfragesprachen gefiihrt hat, denen - und
das ist sogar ein gewisses Novum bei XML - noch deskriptive
Transformationssprachen fur die Anderungsvorgange hinzuzufugen
sind.
All das sind Eigenschaften, die Datenbankdienste auch im Inter
net anbieten sollten. Datenbanksysteme bieten also Pfeiler, aber die
Briicke selbst bleibt noch zu bauen. Wie sie aussieht, das muss XML
- oder eigentlich genauer: seine Anhtinger und die Standardisie
rungsgremien - sagen. Mit dieser Briicke beschaftigt sich das vor
liegende Buch. Wie die Pfeiler realisiert werden, wie also ein Da
tenbanksystem im Innern mit XML umgeht, spielt dagegen eine un
tergeordnete Rolle. Damit wird auch deutlich, an welchen Leserkreis
sich das Buch vorrangig wendet: An diejenigen, die Internet und Da
tenbanken iiber XML zusammenfuhren wollen oder miissen.
Noch sind Briickenbauer gefragt! Die Autoren stellen das metho
dische Riistzeug bereit. Nun ist es an den Lesern, mit dem Riistzeug
zu tragfahigen Briicken zu gelangen!
Prof. Dr. Peter Lockemann.
VIII • Vorwort
•
•
Inhalt
1 Einleitung ................................................................................ 1
1.1 Warum dieses Buch? ......................................................... l
1.2 Der rote Faden ................................................................... 2
1.3 Danksagung ....................................................................... 3
1.4 URL zum Buch .................................................................. 4
TElL I Einftihrung ........................................................................... 5
2 XML-Grundlagen .................................................................... 7
2.1 Einleitung ........................................................................... 7
2.2 Was ist XML? ................................................................... 7
2.3 Dokumenttypen und Namensraume ............................... 10
2.4 Verkniipfungen mittels XLink ........................................ 13
2.4.1 Einfache Verkniipfungen ....................................... 14
2.4.2 Erweiterte Verkniipfungen ..................................... 15
2.5 Adressierung mittels XPath ............................................ 16
2.5.1 Pfadausdruck .......................................................... 16
2.5.2 Achsen .................................................................... 19
2.5.3 Kurzschreibweise ................................................... 23
3 XML als Datenmodell ............................................................ 25
3.1 Uber die Strukturiertheit von Daten ................................ 25
3.1.1 Einfiihrung .............................................................. 25
3.1.2 Das We sen von "Struktur" ..................................... 26
3.2 Semistrukturiertes Datenmodell ...................................... 27
3.2.1 Einfiihrung .............................................................. 27
3.2.2 Was sind semistrukturierte Daten? ........................ 28
3.2.3 Datenmodell OEM ................................................. 28
3.3 XML und Datenbanken ................................................... 31
3.3.1 XML und die Strukturierung von Daten ............... 31
3.3.2 Ein Datenmodell fUr XML.. ................................... 31
3.3.3 Exkurs: Vergleich mit anderen Datenmodellen .... 33
3.3.4 Datenbanktechniken fUr XML. .............................. 35
Inhalt -- IX
-
TElL II Grundlegende Datenbanktechniken ............................. 37
4 Schema .............................................................................. 39
4.1 Einfuhrung ....................................................................... 39
4.1.1 Warum Schema? ..................................................... 39
4.1.2 Schema und die drei Stromungen von XML ......... 40
4.2 Uberblick tiber XML Schema ........................................ .42
4.2.1 Validierungskonzept. .............................................. 43
4.3 Datentypen ....................................................................... 44
4.3.1 Einfache Typen ...................................................... .46
4.3.2 Definition neuer einfacher Typen .......................... 51
4.4 Struktur ............................................................................ 53
4.4.1 Element- und Attributdeklarationen ...................... 54
4.4.2 Komplexe Typen .................................................... 54
4.4.3 Ableitung komplexer Typen und Typhierarchie ... 58
4.5 Konsistenzregeln ............................................................. 61
4.5.1 Problem der Nullwerte ........................................... 62
4.5.2 IDIIDREF in XML-DTDs ...................................... 62
4.5.3 Schliisselbedingungen ............................................ 63
4.5.4 Fremdschliisselbeziehungen ................................... 65
4.6 Wiederverwendung und Erweiterbarkeit ........................ 67
4.6.1 Modellgruppen und Attributgruppen ..................... 68
4.6.2 Einbinden von extemen Schemata ......................... 68
4.6.3 Dokumentation des Schemas ................................. 69
4.6.4 Schemaannotationen ............................................... 70
4.7 Weitere Schemaansatze ................................................... 71
4.7.1 RELAXNG ............................................................ 72
4.7.2 Schematron ............................................................. 74
4.7.3 XMLData Reduced (XDR) ................................... 75
4.8 Zukunft und Fazit ............................................................ 76
4.8.1 Offene Probleme ..................................................... 77
4.8.2 Fazit ........................................................................ 77
5 Zugriff .............................................................................. 79
5.1 XML-Anfragesprachen im Uberblick ............................. 79
5.1.1 Lesende und schreibende Zugriffe ......................... 79
5.1.2 Anfragesprachen
und die drei Stromungen von XML ................................ 80
5.1.3 Selektions-und Transformationsaspekt.. ............... 83
5.1.4 Ansatze fur eine XML-Anfragesprache ................. 84
5.2 XQuery ............................................................................. 85
5.2.1 Uberblick ................................................................ 85
5.2.2 Grundstruktur und Verarbeitungsmodell ............... 86
5.2.3 Pfadausdriicke ......................................................... 88
x •
Inhalt
•
•
5.2.4 Knotenlistenoperatoren und -funktionen ............... 89
5.2.5 Operationen auf atomaren Werten ......................... 91
5.2.6 Logische Operatoren und Funktionen .................. 93
5.2.7 Funktionen .............................................................. 94
5.2.8 Datentypen und XQuery ........................................ 95
5.2.9 XML-Syntax von XQuery ..................................... 96
5.3 Weitere Anfragesprachen ................................................ 98
5.3.1 XQL ........................................................................ 99
5.3.2 Erweiterung des SQL-Standards .......................... 101
5.4 Schreibzugriffe .............................................................. 101
5.4.1 Einftihrung ............................................................ 101
5.4.2 XUpdate ................................................................ 102
5.4.3 Erweiterungen von XQuery ................................. 104
5.5 Fazit ............................................................................ 105
6 Weiterverarbeitung und Prasentation ............................... l07
6.1 Einleitung ....................................................................... 107
6.2 XSLT ............................................................................ 108
6.2.1 Templates ............................................................. 110
6.2.2 Stylesheets ............................................................ 119
6.3 XForms -Benutzerinteraktion tiber Web-Formulare ... 123
6.3.1 Anfrageschnittstellen ..................................................... 125
7 Anwendungsschnittstellen ................................................... 127
7.1 Einleitung ....................................................................... 127
7.2 DOM ............................................................................ 128
7.2.1 Die Dokumentstruktur in DOM ........................... 129
7.2.2 DOM Levell ....................................................... 131
7.2.3 DOM Level 2 ....................................................... 131
7.2.4 DOM Level 3 ....................................................... 133
7.2.5 DOM Implementierungen .................................... 133
7.3 SAX ............................................................................ 133
7.3.1 Einleitung ............................................................. 133
7.3.2 Das Ereignismodell .............................................. 134
7.4 XML:DB ........................................................................ 136
7.5 Bewertung ...................................................................... 137
TElL III Einbindung in den Datenbankentwurfsprozess ....... 139
8 XML und der Entwurfsprozess .......................................... 141
8.1 Einftihrung ..................................................................... 141
8.2 Klassische Entwurfsmethodik ....................................... 142
8.3 Abbildung existierender Datenbanken ......................... 143
9 Abbildung konzeptueller Modelle ...................................... 147
Inhalt -- XI
-