详解XML中的模式Schema

飞奔的炮台

文档定义模型为XML文档提供了规范，DTD的引入虽然解决了XML文档的规范化问题，但它文件格式类型和XML文件格式类型不一致，同时DTD提供的数据类型有限有时候无法满足行业的需求，所以引入了Schema。Schema模式可以确定XML文档的元素和属性的结构、元素的顺序、元素和属性的数据值，根据范围、枚举以及样式匹配等。

一、Schema初识
XML Schema语言也被称为XML Schema Definition (XSD)，它的作用是定义一份XML文档的合法组件群（XML文档的结构），就像DTD的作用一样。 XML Schema以XML语言作为基础，也可以说XML Schema自身就是XML的一种应用。
1、Schema作用
XML Schema和DTD的作用一样，都是用来定义一个XML文档的结构的模式，那么为什么有了DTD还要有XML Schema呢？ 因为，XML Schema比DTD作用更加强大。
Xml Schema 比 DTD的优越性：
（1）模式是可扩展的
（2）模式比 DTD 功能更丰富且更有用
（3）模式是用 XML 编写的
（4）模式支持数据类型
（5）模式支持名称空间
（6）不需要在学习其他的语言
（7）可以直接使用XML编辑器来编写XML Schema
（8）可以直接使用XML解析器来解析XML Schema
（9）可以使用XML DOM来灵活的操作XML Schema
（10）可以使用XSLT技术来转换XML Schema
2、对比学习
1.1 作用上
两者相同，都是定义了一个XML文档的结构的模式。
1.2 用法上
两者作用相同，但是语法上有些区别。Schema是DTD的扩展，同样支持元素和属性的定义，并且定义的语法相似，但Schema可以给元素和属性添加相应的数据类型，同时还引入了全局和局部元素声明的语法，另外根据元素和属性的数据内容引入了简单类型和复杂类型。
所谓的简单类型(SimpleType)和复杂类型(ComplexType)，它们本身并不是具体的数据类型，它们只是对节点或者自定义类型的类型作一个抽象的说明。
也就是说Schema的引入使得模式的声明更加类似于我们使用的编程语言。
二、实例详解
2.1 Schema实例
清单1：User.xml文档结构

<?xml version="1.0"？>   
  <用户列表>   
    <用户>   
       <用户名>xx</用户名>   
       <密码>123456</密码>   
       <用户类型>1</用户类型>   
     </用户>   
  </用户列表>

清单2：使用全局组件形式来定义Schema，User.xsd

<!-- 使用全局组件形式定义 -->   
  <?xml version='1.0' encoding='utf-8'?>   
  <xs:schema xmlns:xs='https://www.w3.org/2001/XMLSchema' elementFormDefault='qualified' attributeFormDefualt='unqualified'>   
   <xs:element name='用户列表' type='userlist'/>   
   <xs:complexType name='userlist'><!-- 使用complexType声明该类型为复合类型的元素 -->   
    <xs:sequence><!-- 使用sequence说明下面的元素必须按顺序在XML文档中显示 -->   
     <xs:element name='用户' type='user'/>   
    </xs:sequence>   
   </xs:complexType>   
   <xs:complexType name='user'>   
    <xs:sequence>   
     <xs:element name='用户名' type='user'/>   
     <xs:element name='密码' type='user'/>   
     <xs:element name='用户类型' type='user'/>   
    </xs:sequence>   
   </xs:complexType>   
  </xs:schema>

清单3：使用局部形式定义Schema，User.xsd

<!-- 使用局部形式定义 -->   
  <?xml version='1.0' encoding='utf-8'?>   
  <xs:schema xmlns:xs='https://www.nishishui.org/2000/XML Schema' elementFormDefault='qualified' attributeFormDefualt='unqualified'>   
   <xs:element name='用户列表'>   
    <xs:complexType>   
     <xs:sequence>   
    <xs:element name='用户'>   
     <xs:complexType>   
      <xs:sequence>   
       <xs:element name='用户名' type='xs:string'/>   
       <xs:element name='密码' type='xs:string'/>   
       <xs:element name='用户类型' type='xs:integer'/>   
      </xs:sequence>   
     </xs:complexType>   
    </xs:element>   
     </xs:sequence>   
    </xs:complexType>   
   </xs:element>   
  </xs:schema>

清单2和清单3的都定义了User.xsd，它们的作用是相同的，都是为了验证XML文档的合法性，但定义的方法不同，清单2是使用全局组件的形式定义，而清单3使用的局部形式定义，具体的区别请看下文。

2.2 基本用法
上文中我们分别从作用和用法上对Schema和DTD进行了对比分析，Schema和DTD最大的区别在于Schema引入了数据类型，其它的如元素和属性的声明等类似于DTD，在下面讨论时就不再详述。
Schema基本内容导图：

2.2.1 引用语法
当一个模式文件建立好以后，可以用它来验证某一个XML文档的有效性，也就是说检验某个XML文档是否遵循了模式文件的定义。 那么，XML文档怎么来引用一个模式文档呢？
Schema模型的引用更类似于前面所说的命名空间的应用方法，具体实例如下：

<?xml version='1.0' encoding='utf-8'?>   
  <用户列表 xmlns:xsi=http://www.nishishui.org/2000/XMLSchema xsi:noNamespaceSchemaLocation='user.xsd'><!-- 引用user.xsd -->   
   <用户>   
    <用户名>我是谁</用户名>   
    <密码>123456</密码>   
    <用户类型>1</用户类型>   
   </用户>   
  </用户列表>

2.2.2 元素类型
（1）按照内容的不同分为简单和复杂元素，分别使用simpleType和complexType标示。
简单元素：元素中内容只能是文本，不包含其它的元素和属性。

<?xml version='1.0' encoding='utf-8'?>   
  <xs:schema xmlns:xs='https://www.nishishui.org/2000/XML Schema' elementFormDefault='qualified' attributeFormDefualt='unqualified'>   
    <xs:element name='age'>   
      <xs:simpleType><!-- 使用关键字simpleType声明简单元素 -->   
        <!--restriction关键字结合minInclusive和maxInclusive控制了XML中元素可接受的值范围为0~100-->   
        <xs:restriction base="xs:integer">   
          <xs:minInclusive value='0'/>   
          <xs:maxInclusive value='100'/>   
        </xs:restriction>   
      </xs:simpleType>   
    </xs:element>   
  </xs:schema>

复杂元素：元素中包含其它的元素和属性。它有四种类型，分别是空元素、只包含其他元素、只包含正文、包含正文又包含其他元素。

<?xml version='1.0' encoding='utf-8'?>   
  <xs:schema xmlns:xs='https://www.nishishui.org/2000/XML Schema' elementFormDefault='qualified' attributeFormDefualt='unqualified'>   
    <xs:element name='age'>   
      <xs:complexType><!-- 使用关键字complexType声明复杂元素 -->   
        <!--sequence控制XML内容中元素出现的顺序-->   
        <xs:sequence>   
          <!-- 定义具体的元素，这些都是简单元素-->   
          <xs:element name='firstname' type='xs:string'/>   
          <xs:element name='lastname' type='xs:string'/>   
        </xs:sequence>   
      </xs:complexType>   
    </xs:element>   
  </xs:schema>

（2）按照定义位置可分为局部和全局元素。
全局元素：<element>元素的父元素必须是<schema>；
局部元素：局部元素声明只能出现在复杂类型（<complexType>元素）定义内部。即<element>元素的父元素只能是<all>、<choice>或<sequence>元素。

<?xml version='1.0' encoding='utf-8'?>   
  <xs:schema xmlns:xs='https://www.nishishui.org/2000/XML Schema' elementFormDefault='qualified' attributeFormDefualt='unqualified'>   
    <xs:element name='用户' type='user'/><!-- 全局元素 -->   
    <xs:element name='用户名' type='xs:string'/><!-- 全局元素 -->   
    <xs:element name='密码' type='xs:string'><!-- 全局元素 -->   
      <xs:complexType name='user'>   
        <!--sequence控制XML内容中元素出现的顺序-->   
        <xs:sequence>   
          <!-- 定义具体的元素，这些都是简单元素-->   
          <!-- 定义局部元素，使用ref关键字引用，并使用minOccurs和maxOccurs制定元素出现的最少和最多的次数-->   
          <xs:element ref='用户名' minOccurs='0' maxOccurs='1'/><!-- 局部元素-->   
          <xs:element ref='密码' minOccurs='0' maxOccurs='1'/><!-- 局部元素-->   
        </xs:sequence>   
      </xs:complexType>   
    </xs:element>   
  </xs:schema>