联合使用 Java 的 NamespaceContext 对象和 XPath

用 Java API 解析名称空间的几种方法

如果想要在 XPath 表达式中使用名称空间,必须提供对此名称空间 URI 所用前缀的链接。本文介绍了向名称空间映射提供前缀的三种不同方式。本文亦包含了示例代码以方便您编写自己的 NamespaceContext。

Holger Kraus, IT 专家, WSO2 Inc

Holger 曾在德国的 University of Bonn 攻读数学专业。自 1996 年开始,他就一直在 IBM Global Business Services 工作,为客户开发网站的解决方案。由于经常在自己的项目中使用这些技术,Holger 积累了大量 XPath 和 Java 编程方面的经验。



2009 年 6 月 15 日

前提条件和示例

在本文中,我假设您非常熟悉 Brett McLaughlin 在其题为 “Evaluating XPaths from the Java™ platform” 一文中介绍的技术细节。如果您不是十分确定该如何使用 XPath 运行 Java 程序,请参考 Brett 的这篇文章(相关链接,请参见 参考资料)。有关加载 XML 文件和求值 XPath 表达式所需 API 的更多信息,也可同样参考此文章。

本文所有的示例均使用如下这个 XML 文件:

清单 1. 示例 XML
<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>

<books:booklist
  xmlns:books="http://univNaSpResolver/booklist"
  xmlns="http://univNaSpResolver/book"
  xmlns:fiction="http://univNaSpResolver/fictionbook">
  <science:book xmlns:science="http://univNaSpResolver/sciencebook">
    <title>Learning XPath</title>
    <author>Michael Schmidt</author>
  </science:book>
  <fiction:book>
    <title>Faust I</title>
    <author>Johann Wolfgang von Goethe</author>
  </fiction:book>
  <fiction:book>
    <title>Faust II</title>
    <author>Johann Wolfgang von Goethe</author>
  </fiction:book>
</books:booklist>

这个 XML 示例包含三个在根元素内声明的名称空间,一个在此结构的更深层元素上声明的名称空间。您将可以看到这种设置所带来的差异。

常用的缩略语

  • API:应用程序编程接口(application programming interface)
  • DOM:文档对象模型(Document Object Model)
  • URI:统一资源标识符(Universal Resource Identifier)
  • XHTML:可扩展超文本标记语言(Extensible Hypertext Markup Language)
  • XML:可扩展标记语言(Extensible Markup Language)
  • XSD:XML 模式定义(XML Schema Definition)
  • XSLT:可扩展样式表语言转换(Extensible Stylesheet Language Transformations)

这个 XML 示例的第二个有趣之处在于元素 booklist 具有三个子元素,均名为 book。但是第一个子元素具有名称空间 science,而其他子元素则具有名称空间 fiction。这意味着这些元素完全有别于 XPath。在接下来的这些例子中,您将可以看到这种特性产生的结果。

示例源代码中有一个需要注意之处:此代码没有针对维护进行优化,只针对可读性进行了优化。这意味着它将具有某些冗余。输出通过 System.out.println() 以最为简单的方式生成。在本文中有关输出的代码行均缩写为 “...”。此外,在本文中,我并未涉及帮助程序方法,但这些方法均包括在了下载文件中(参见 下载)。

理论背景

名称空间究竟有何意义?为何要如此关注它呢?名称空间是元素或属性的标识符的一部分。元素或属性可以具有相同的本地名称,但是必须使用不同的名称空间。它们完全不同。请参考上述示例(science:bookfiction:book)。若要综合来自不同资源的 XML 文件,就需要使用名称空间来解决命名冲突。以一个 XSLT 文件为例。它包含 XSLT 名称空间的元素、来自您自己名称空间的元素以及(通常)XHTML 名称空间的元素。使用名称空间,就可以避免具有相同本地名称的元素所带来的不确定性。

名称空间由 URI(在本例中为 http://univNaSpResolver/booklist)定义。为了避免使用这个长字符串,可以定义一个与此 URI 相关联的前缀(在本例中为 books)。请记住此前缀类似于一个变量:其名称并不重要。如果两个前缀引用相同的 URI,那么被加上前缀的元素的名称空间将是相同的(请参见 清单 5 中的示例 1)。

XPath 表达式使用前缀(比如 books:booklist/science:book)并且您必须提供与每个前缀相关联的 URI。这时,就需要使用 NamespaceContext。它恰好能够实现此目的。

本文给出了提供前缀和 URI 之间的映射的不同方式。

在此 XML 文件中,映射由类似 xmlns:books="http://univNaSpResolver/booklist" 这样的 xmlns 属性或 xmlns="http://univNaSpResolver/book"(默认名称空间)提供。

提供名称空间解析的必要性

如果 XML 使用了名称空间,若不提供 NamespaceContext,那么 XPath 表达式将会失效。清单 2 中的示例 0 充分展示了这一点。其中的 XPath 对象在所加载的 XML 文档之上构建和求值。首先,尝试不用任何名称空间前缀(result1)编写此表达式。之后,再用名称空间前缀(result2)编写此表达式。

清单 2. 无名称空间解析的示例 0
    private static void example0(Document example)
            throws XPathExpressionException, TransformerException {
        sysout("\n*** Zero example - no namespaces provided ***");

        XPath xPath = XPathFactory.newInstance().newXPath();

...
        NodeList result1 = (NodeList) xPath.evaluate("booklist/book", example,
                XPathConstants.NODESET);
...
        NodeList result2 = (NodeList) xPath.evaluate(
                "books:booklist/science:book", example, XPathConstants.NODESET);
...
    }

输出如下所示。

清单 3. 示例 0 的输出
*** Zero example - no namespaces provided ***
First try asking without namespace prefix:
--> booklist/book
Result is of length 0
Then try asking with namespace prefix:
--> books:booklist/science:book
Result is of length 0
The expression does not work in both cases.

在两种情况下,XPath 求值并不返回任何节点,而且也没有任何异常。XPath 找不到节点,因为缺少前缀到 URI 的映射。

硬编码的名称空间解析

也可以以硬编码的值来提供名称空间,类似于 清单 4 中的类:

清单 4. 硬编码的名称空间解析
public class HardcodedNamespaceResolver implements NamespaceContext {

    /**
     * This method returns the uri for all prefixes needed. Wherever possible
     * it uses XMLConstants.
     * 
     * @param prefix
     * @return uri
     */
    public String getNamespaceURI(String prefix) {
        if (prefix == null) {
            throw new IllegalArgumentException("No prefix provided!");
        } else if (prefix.equals(XMLConstants.DEFAULT_NS_PREFIX)) {
            return "http://univNaSpResolver/book";
        } else if (prefix.equals("books")) {
            return "http://univNaSpResolver/booklist";
        } else if (prefix.equals("fiction")) {
            return "http://univNaSpResolver/fictionbook";
        } else if (prefix.equals("technical")) {
            return "http://univNaSpResolver/sciencebook";
        } else {
            return XMLConstants.NULL_NS_URI;
        }
    }

    public String getPrefix(String namespaceURI) {
        // Not needed in this context.
        return null;
    }

    public Iterator getPrefixes(String namespaceURI) {
        // Not needed in this context.
        return null;
    }

}

请注意名称空间 http://univNaSpResolver/sciencebook 被绑定到了前缀 technical(不是之前的 science)。结果将可以在随后的 示例(清单 6)中看到。在 清单 5 中,使用此解析器的代码还使用了新的前缀。

清单 5. 具有硬编码名称空间解析的示例 1
    private static void example1(Document example)
            throws XPathExpressionException, TransformerException {
        sysout("\n*** First example - namespacelookup hardcoded ***");

        XPath xPath = XPathFactory.newInstance().newXPath();
        xPath.setNamespaceContext(new HardcodedNamespaceResolver());

...
        NodeList result1 = (NodeList) xPath.evaluate(
                "books:booklist/technical:book", example,
                XPathConstants.NODESET);
...
        NodeList result2 = (NodeList) xPath.evaluate(
                "books:booklist/fiction:book", example, XPathConstants.NODESET);
...
        String result = xPath.evaluate("books:booklist/technical:book/:author",
                example);
...
    }

如下是此示例的输出。

清单 6. 示例 1 的输出
*** First example - namespacelookup hardcoded ***
Using any namespaces results in a NodeList:
--> books:booklist/technical:book
Number of Nodes: 1
<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
  <science:book xmlns:science="http://univNaSpResolver/sciencebook">
    <title xmlns="http://univNaSpResolver/book">Learning XPath</title>
    <author xmlns="http://univNaSpResolver/book">Michael Schmidt</author>
  </science:book>
--> books:booklist/fiction:book
Number of Nodes: 2
<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
  <fiction:book xmlns:fiction="http://univNaSpResolver/fictionbook">
    <title xmlns="http://univNaSpResolver/book">Faust I</title>
    <author xmlns="http://univNaSpResolver/book">Johann Wolfgang von Goethe</author>
  </fiction:book>
<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
  <fiction:book xmlns:fiction="http://univNaSpResolver/fictionbook">
    <title xmlns="http://univNaSpResolver/book">Faust II</title>
    <author xmlns="http://univNaSpResolver/book">Johann Wolfgang von Goethe</author>
  </fiction:book>
The default namespace works also:
--> books:booklist/technical:book/:author
Michael Schmidt

如您所见,XPath 现在找到了节点。好处是您可以如您所希望的那样重命名前缀,我对前缀 science 就是这么做的。XML 文件包含前缀 science,而 XPath 则使用了另一个前缀 technical。由于这些 URI 都是相同的,所以节点均可被 XPath 找到。不利之处是您必须要在多个地方(XML、XSD、 XPath 表达式和此名称空间的上下文)维护名称空间。

从文档读取名称空间

名称空间及其前缀均存档在此 XML 文件内,因此可以从那里使用它们。实现此目的的最为简单的方式是将这个查找指派给该文档。

清单 7. 从文档直接进行名称空间解析
public class UniversalNamespaceResolver implements NamespaceContext {
    // the delegate
    private Document sourceDocument;

    /**
     * This constructor stores the source document to search the namespaces in
     * it.
     * 
     * @param document
     *            source document
     */
    public UniversalNamespaceResolver(Document document) {
        sourceDocument = document;
    }

    /**
     * The lookup for the namespace uris is delegated to the stored document.
     * 
     * @param prefix
     *            to search for
     * @return uri
     */
    public String getNamespaceURI(String prefix) {
        if (prefix.equals(XMLConstants.DEFAULT_NS_PREFIX)) {
            return sourceDocument.lookupNamespaceURI(null);
        } else {
            return sourceDocument.lookupNamespaceURI(prefix);
        }
    }

    /**
     * This method is not needed in this context, but can be implemented in a
     * similar way.
     */
    public String getPrefix(String namespaceURI) {
        return sourceDocument.lookupPrefix(namespaceURI);
    }

    public Iterator getPrefixes(String namespaceURI) {
        // not implemented yet
        return null;
    }

}

请注意如下这些事项:

  • 如果文档在使用 XPath 前已更改,那么此更改还将反应在名称空间的这个查找上,因为指派是在需要的时候通过使用文档的当前版本完成的。
  • 对名称空间或前缀的查找在所用节点的祖先节点完成,在我们的例子中,即节点 sourceDocument。这意味着,借助所提供的代码,您只需在根节点上声明此名称空间。在我们的示例中,名称空间 science 没有被找到。
  • 此查找在 XPath 求值时被调用,因此它会消耗一些额外的时间。

如下是示例代码:

清单 8. 从文档直接进行名称空间解析的示例 2
    private static void example2(Document example)
            throws XPathExpressionException, TransformerException {
        sysout("\n*** Second example - namespacelookup delegated to document ***");

        XPath xPath = XPathFactory.newInstance().newXPath();
        xPath.setNamespaceContext(new UniversalNamespaceResolver(example));

        try {
...
            NodeList result1 = (NodeList) xPath.evaluate(
                    "books:booklist/science:book", example,
                    XPathConstants.NODESET);
...
        } catch (XPathExpressionException e) {
...
        }
...
        NodeList result2 = (NodeList) xPath.evaluate(
                "books:booklist/fiction:book", example, XPathConstants.NODESET);
...
        String result = xPath.evaluate(
                "books:booklist/fiction:book[1]/:author", example);
...
    }

此示例的输出为:

清单 9. 示例 2 的输出
*** Second example - namespacelookup delegated to document ***
Try to use the science prefix: no result
--> books:booklist/science:book
The resolver only knows namespaces of the first level!
To be precise: Only namespaces above the node, passed in the constructor.
The fiction namespace is such a namespace:
--> books:booklist/fiction:book
Number of Nodes: 2
<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
  <fiction:book xmlns:fiction="http://univNaSpResolver/fictionbook">
    <title xmlns="http://univNaSpResolver/book">Faust I</title>
    <author xmlns="http://univNaSpResolver/book">Johann Wolfgang von Goethe</author>
  </fiction:book>
<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
  <fiction:book xmlns:fiction="http://univNaSpResolver/fictionbook">
    <title xmlns="http://univNaSpResolver/book">Faust II</title>
    <author xmlns="http://univNaSpResolver/book">Johann Wolfgang von Goethe</author>
  </fiction:book>
The default namespace works also:
--> books:booklist/fiction:book[1]/:author
Johann Wolfgang von Goethe

正如输出所示,在 book 元素上声明的、具有前缀 science 的名称空间并未被解析。求值方法抛出了一个 XPathExpressionException。要解决这个问题,需要从文档提取节点 science:book 并将此节点用作代表(delegate)。但是这将意味着对此文档要进行额外的解析,而且也不优雅。

从文档读取名称空间并缓存它们

NamespaceContext 的下一个版本要稍好一些。它只在构造函数内提前读取一次名称空间。对一个名称空间的每次调用均回应自缓存。这样一来,文档内的更改就变得无关紧要,因为名称空间列表在 Java 对象创建之时就已被缓存。

清单 10. 从文档缓存名称空间解析
public class UniversalNamespaceCache implements NamespaceContext {
    private static final String DEFAULT_NS = "DEFAULT";
    private Map<String, String> prefix2Uri = new HashMap<String, String>();
    private Map<String, String> uri2Prefix = new HashMap<String, String>();

    /**
     * This constructor parses the document and stores all namespaces it can
     * find. If toplevelOnly is true, only namespaces in the root are used.
     * 
     * @param document
     *            source document
     * @param toplevelOnly
     *            restriction of the search to enhance performance
     */
    public UniversalNamespaceCache(Document document, boolean toplevelOnly) {
        examineNode(document.getFirstChild(), toplevelOnly);
        System.out.println("The list of the cached namespaces:");
        for (String key : prefix2Uri.keySet()) {
            System.out
                    .println("prefix " + key + ": uri " + prefix2Uri.get(key));
        }
    }

    /**
     * A single node is read, the namespace attributes are extracted and stored.
     * 
     * @param node
     *            to examine
     * @param attributesOnly,
     *            if true no recursion happens
     */
    private void examineNode(Node node, boolean attributesOnly) {
        NamedNodeMap attributes = node.getAttributes();
        for (int i = 0; i < attributes.getLength(); i++) {
            Node attribute = attributes.item(i);
            storeAttribute((Attr) attribute);
        }

        if (!attributesOnly) {
            NodeList chields = node.getChildNodes();
            for (int i = 0; i < chields.getLength(); i++) {
                Node chield = chields.item(i);
                if (chield.getNodeType() == Node.ELEMENT_NODE)
                    examineNode(chield, false);
            }
        }
    }

    /**
     * This method looks at an attribute and stores it, if it is a namespace
     * attribute.
     * 
     * @param attribute
     *            to examine
     */
    private void storeAttribute(Attr attribute) {
        // examine the attributes in namespace xmlns
        if (attribute.getNamespaceURI() != null
                && attribute.getNamespaceURI().equals(
                        XMLConstants.XMLNS_ATTRIBUTE_NS_URI)) {
            // Default namespace xmlns="uri goes here"
            if (attribute.getNodeName().equals(XMLConstants.XMLNS_ATTRIBUTE)) {
                putInCache(DEFAULT_NS, attribute.getNodeValue());
            } else {
                // The defined prefixes are stored here
                putInCache(attribute.getLocalName(), attribute.getNodeValue());
            }
        }

    }

    private void putInCache(String prefix, String uri) {
        prefix2Uri.put(prefix, uri);
        uri2Prefix.put(uri, prefix);
    }

    /**
     * This method is called by XPath. It returns the default namespace, if the
     * prefix is null or "".
     * 
     * @param prefix
     *            to search for
     * @return uri
     */
    public String getNamespaceURI(String prefix) {
        if (prefix == null || prefix.equals(XMLConstants.DEFAULT_NS_PREFIX)) {
            return prefix2Uri.get(DEFAULT_NS);
        } else {
            return prefix2Uri.get(prefix);
        }
    }

    /**
     * This method is not needed in this context, but can be implemented in a
     * similar way.
     */
    public String getPrefix(String namespaceURI) {
        return uri2Prefix.get(namespaceURI);
    }

    public Iterator getPrefixes(String namespaceURI) {
        // Not implemented
        return null;
    }

}

请注意在代码中有一个调试输出。每个节点的属性均被检查和存储。但子节点不被检查,因为构造函数内的布尔值 toplevelOnly 被设置为 true。如果此布尔值被设为 false,那么子节点的检查将会在属性存储完毕后开始。有关此代码,有一点需要注意:在 DOM 中,第一个节点代表整个文档,所以,要让元素 book 读取这些名称空间,必须访问子节点刚好一次。

在这种情况下,使用 NamespaceContext 非常简单:

清单 11. 具有缓存了的名称空间解析的示例 3(只面向顶级)
    private static void example3(Document example)
            throws XPathExpressionException, TransformerException {
        sysout("\n*** Third example - namespaces of toplevel node cached ***");

        XPath xPath = XPathFactory.newInstance().newXPath();
        xPath.setNamespaceContext(new UniversalNamespaceCache(example, true));

        try {
...
            NodeList result1 = (NodeList) xPath.evaluate(
                    "books:booklist/science:book", example,
                    XPathConstants.NODESET);
...
        } catch (XPathExpressionException e) {
...
        }
...
        NodeList result2 = (NodeList) xPath.evaluate(
                "books:booklist/fiction:book", example, XPathConstants.NODESET);
...
        String result = xPath.evaluate(
                "books:booklist/fiction:book[1]/:author", example);
...
    }

这会导致如下输出:

清单 12. 示例 3 的输出
*** Third example - namespaces of toplevel node cached ***
The list of the cached namespaces:
prefix DEFAULT: uri http://univNaSpResolver/book
prefix fiction: uri http://univNaSpResolver/fictionbook
prefix books: uri http://univNaSpResolver/booklist
Try to use the science prefix:
--> books:booklist/science:book
The cache only knows namespaces of the first level!
The fiction namespace is such a namespace:
--> books:booklist/fiction:book
Number of Nodes: 2
<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
  <fiction:book xmlns:fiction="http://univNaSpResolver/fictionbook">
    <title xmlns="http://univNaSpResolver/book">Faust I</title>
    <author xmlns="http://univNaSpResolver/book">Johann Wolfgang von Goethe</author>
  </fiction:book>
<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
  <fiction:book xmlns:fiction="http://univNaSpResolver/fictionbook">
    <title xmlns="http://univNaSpResolver/book">Faust II</title>
    <author xmlns="http://univNaSpResolver/book">Johann Wolfgang von Goethe</author>
  </fiction:book>
The default namespace works also:
--> books:booklist/fiction:book[1]/:author
Johann Wolfgang von Goethe

上述代码只找到了根元素的名称空间。更准确的说法是:此节点的名称空间被构造函数传递给了方法 examineNode。这会加速构造函数的运行,因它无需迭代整个文档。不过,正如您从输出看到的,science 前缀不能被解析。XPath 表达式导致了一个异常(XPathExpressionException)。

从文档及其所有元素读取名称空间并对之进行缓存

此版本将从这个 XML 文件读取所有名称空间声明。现在,即便是前缀 science 上的 XPath 也是有效的。但是有一种情况让此版本有些复杂:如果一个前缀重载(在不同 URI 上的嵌套元素内声明),所找到的最后一个将会 “胜出”。在实际中,这通常不成问题。

在本例中,NamespaceContext 的使用与前一个示例相同。构造函数内的布尔值 toplevelOnly 必须被设置为 false

清单 13. 具有缓存了的名称空间解析的示例 4(面向所有级别)
    private static void example4(Document example)
            throws XPathExpressionException, TransformerException {
        sysout("\n*** Fourth example - namespaces all levels cached ***");

        XPath xPath = XPathFactory.newInstance().newXPath();
        xPath.setNamespaceContext(new UniversalNamespaceCache(example, false));
...
        NodeList result1 = (NodeList) xPath.evaluate(
                "books:booklist/science:book", example, XPathConstants.NODESET);
...
        NodeList result2 = (NodeList) xPath.evaluate(
                "books:booklist/fiction:book", example, XPathConstants.NODESET);
...
        String result = xPath.evaluate(
                "books:booklist/fiction:book[1]/:author", example);
...
    }

其输出结果如下:

清单 14. 示例 4 的输出
*** Fourth example - namespaces all levels cached ***
The list of the cached namespaces:
prefix science: uri http://univNaSpResolver/sciencebook
prefix DEFAULT: uri http://univNaSpResolver/book
prefix fiction: uri http://univNaSpResolver/fictionbook
prefix books: uri http://univNaSpResolver/booklist
Now the use of the science prefix works as well:
--> books:booklist/science:book
Number of Nodes: 1
<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
  <science:book xmlns:science="http://univNaSpResolver/sciencebook">
    <title xmlns="http://univNaSpResolver/book">Learning XPath</title>
    <author xmlns="http://univNaSpResolver/book">Michael Schmidt</author>
  </science:book>
The fiction namespace is resolved:
--> books:booklist/fiction:book
Number of Nodes: 2
<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
  <fiction:book xmlns:fiction="http://univNaSpResolver/fictionbook">
    <title xmlns="http://univNaSpResolver/book">Faust I</title>
    <author xmlns="http://univNaSpResolver/book">Johann Wolfgang von Goethe</author>
  </fiction:book>
<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
  <fiction:book xmlns:fiction="http://univNaSpResolver/fictionbook">
    <title xmlns="http://univNaSpResolver/book">Faust II</title>
    <author xmlns="http://univNaSpResolver/book">Johann Wolfgang von Goethe</author>
  </fiction:book>
The default namespace works also:
--> books:booklist/fiction:book[1]/:author
Johann Wolfgang von Goethe

结束语

实现名称空间解析,有几种方式可供选择,这些方式大都好于硬编码的实现方式:

  • 如果示例很小并且所有名称空间均位于顶部元素内,指派到此文档的方式将会十分有效。
  • 如果 XML 文件较大且具有深层嵌套和多个 XPath 求值,最好是缓存名称空间的列表。
  • 但是如果您无法控制 XML 文件,并且别人可以发送给您任何前缀,最好是独立于他人的选择。您可以编码实现您自己的名称空间解析,如示例 1 (HardcodedNamespaceResolver)所示,并将它们用于您的 XPath 表达式。

在上述这些情况下,解析自此 XML 文件的 NamespaceContext 能够让您的代码更少、并且更为通用。


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描述名字大小
本文示例的源代码sourceCode.zip7KB

参考资料

学习

  • 从 Java 平台计算 XPath(Brett McLaughlin,developerWorks,2008 年 7 月):阅读这个有关联合使用 XPath 和 Java API 的指南。
  • IBM XML 认证:了解如何成为 IBM 认证的 XML 和相关技术的开发人员。
  • XML 技术库:developerWorks XML 专区提供了大量技术文章和技巧、教程、标准以及 IBM 红皮书。
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Zone=XML, Java technology
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ArticleTitle=联合使用 Java 的 NamespaceContext 对象和 XPath
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