Web数据库指在互联网中以Web查询
接口方式访问的数据库资源。促进Internet发展的因素之一就是Web技术。由
静态网页技术的HTML到
动态网页技术的CGI、ASP、PHP、JSP等,Web技术经历了一个重要的变革过程。Web已经不再局限于仅仅由
静态网页提供信息服务,而改变为动态的网页,可提供交互式的信息查询服务,使信息数据库服务成为了可能。Web数据库就是将数据库技术与Web技术融合在一起,使数据库系统成为Web的重要有机组成部分,从而实现数据库与网络技术的无缝结合。这一结合不仅把Web与数据库的所有优势集合在了一起,而且充分利用了大量已有数据库的信息资源。Web数据库由
数据库服务器(Database Server)、中间件(Middle Ware)、Web服务器(Web Server)、浏览器(Browser)4部分组成。
原理与步骤
万维网简称为Web。Web可以描述为在Internet上运行的、全球的、交互的、动态的、跨平台的、分布式的、图形化的超文本信息系统。
1.Web的工作原理
Web是伴随着Internet技术而产生的。在计算机网络中,对于提供Web服务的计算机称为Web服务器。Web采用浏览器/服务器的工作方式。每个Web服务器上都放置着大量的Web信息。Web信息的基本单位是Web页(网页),多个网页组成了一个Web节点。每个Web节点的起始页称为“主页”,且拥有一个URL地址(统一资源定位地址)。Web节点之间及网页之间都是以超文本结构(非线性的网状结构)来进行组织的。
2.Web的工作步骤
Web的工作步骤如下。
(1)用户打开客户端计算机中的浏览器软件(例如Internet Explorer)。
(2)用户输入要启动的Web主页的URL地址,浏览器将生成一个HTTP请求。
(3)浏览器连接到指定的Web服务器,并发送HTTP请求。
(4)Web服务器接到HTTP请求,根据请求的内容不同作相应的处理,再将网页以HTML文件格式发回给浏览器。
(5)浏览器将网页显示到屏幕上。
WWW世界中的标记语言
HTML语言
HTML(Hypertext Markup Language,超文本标记语言)是创建网页的计算机语言。所谓网页实际上就是一个HTML文档。文档内容由文本和HTML标记组成。HTML文档的扩展名就是.html或.htm。浏览器负责解释HTML文档中的标记,并将HTML文档显示成网页。
(1)HTML标记
HTML标记的作用是告诉浏览器网页的结构和格式。每一个标记用尖括号〈〉括起来。大多数标记都有一个开始标记和一个结束标记。标记不分大小写。多数标记都带有自己的属性。例如字体标记有FACE、COLOR、SIZE等属性:FACE定义字体;COLOR定义字体的颜色;SIZE定义字体的大小。
使用格式: BEIJING 。
网页中有很多文本链接和图片链接。链接,又被称为超链接,用于链接到WWW万维网中的其他网页上。在HTML文档中表示超链接的标记是,通过属性HREF指出链接的网页地址URL。
(2)HTML程序
HTML程序必须以标记开始,以标记结束。在和标记之间主要由两部分组成:文件头和文件体。文件头用标记 来标识,文件体用标记来标识。在文件的头部通常包含整个网页的一些信息。例如标记是用来说明网页的名称;标记是用来说明网页的其他信息,如设计者姓名和版权信息等。所有在浏览器中要显示的内容称为网页的主体,必须放在标记中。下面给出的是一个空网页的HTML程序。
(在此标记中写网页的标题)
(在此标记中写网页的内容)
(3)HTML规范
HTML规范又称为HTML标准,它总在不断地发展。每一新版本的出现,HTML都会增加新的特性和内容。
在不同的浏览器中,网页的显示效果可能会有所不同。每一个浏览器都使用自己独特的方式解释HTML文档中的标记,并且多数浏览器不完全支持HTML的所有特性。因为,像Microsoft和Netscape公司在HTML标准上又开发了一些特有的HTML标记和属性,称之为HTML的扩展。这些标记和属性只被他们自己的浏览器所识别,不可能被其他公司的浏览器识别。如果浏览器不能识别HTML文档中的标记,则会忽略这个标记。
(4)HTML程序的编辑环境与运行环境
HTML文档是一个普通的文本文件(ASCII),不包含任何与平台、程序有关的信息。因此HTML文档可以利用任何文本编辑器来方便地生成。要注意的是HTML文档的扩展名必须是.html或.htm。运行HTML文档可以在任何浏览器下进行,并可在浏览器上查看网页的HTML源代码。
关于HTML语言中标记的种类与使用方法将会在第5章中更详细地进行介绍。
可扩展标记语言(XML)
HTML是Web上的通用语言,随着Internet的深入人心,WWW上的Web文件日益复杂化、多样化,人们开始感到了HTML这种固定格式的标记语言的不足。1996年W3C开始对HTML的后续语言进行研究,并于1998年正式推出了XML(Extensible Markup Language,可扩展标记语言)。在设计网页时,XML提供了比HTML更灵活的方法。
(1)XML语言的特点
XML是国际组织W3C为适应WWW的应用,将SGML (Standard Generalized Markup Language)标准进行简化形成的元标记语言。简单地说,XML是使用标记来描述内容或与内容相关的形式信息的通用语言。一个XML文档由标记和字符数据组成。
而作为元标记语言,XML不再使标记固定,允许网页的设计者定义数量不限的标记来描述内容,同时还允许设计者创建自己的使用规则。
(2)XML的DTD
DTD(Document Type Definition,文档类型定义)是一组应用在XML文档中的自定义标记语言的技术规范。DTD中定义了标记的含义及关于标记的语法规则。语法规则中确定了在XML文档中使用哪些标记符,它们应该按什么次序出现,标记符之间如何 嵌套,哪些标记符有属性等等。DTD可以包含在它所描述的XML文档中,但通常它是一份单独的文档或者一系列文档。作为外部文件可通过URL链接,被不同的XML文档 共享。
XML把DTD的定义权开放,不同行业可以根据自己的实际需求定义描述内容的DTD,以适应本行业内部的信息交流和存档需要。因此,适合于不同行业、不同平台的标记语言大批涌现。
DTD定义的基本格式是:。其中的规则包括:元素声明ELEMENT,属性声明ATTLIST,实体声明ENTITY,等。通常出版发行业描述图书的信息需要有:书号、书名、作者、出版社、出版日期等,那么下面给出的便是为描述图书信息而制定的一个DTD和与它对应的XML文档。
ISBN0001
XML3.0技术内幕
John
清华大学出版社
2001
8
另一本书信息省略
不难看出,在XML的程序清单中使用了具有意义的标记,如、和等。这种用法的优点是:标记具有含义,源码易于阅读理解;其次是处理程序可以根据文档类型定义来验证XML文档是否合法。
(3)XML的CSS与XSL
强调内容描述与形式描述的分离,一方面可以使XML文件的编写者更集中精力于数据本身,而不受显示方式的细节影响;另一方面允许为相同的数据定义不同的显示方式,从而适合于不同应用、不同媒体,使XML数据得到最大程度的重用。XML文档数据的显示形式是通过样式单定义的。CSS(Cascading Style Sheets)是XML使用的一种标准的级联样式单,XSL(Extensible Style Language)则是可扩展的样式语言。
由于XML允许用户创建任何所需的标记,而通用浏览器却既无法预期用户标记的意义,又无法为显示这些标记而提供规则,因此用户必须为自己创建的XML文档编写样式单,样式单可以实现共享。
浏览器对一个XML文档的处理过程是,首先去关联它所指定的样式单文件,如果该样式单是一个XSL文件,则按照规定对XML数据进行转换然后再显示,XSL本身也是基于XML语言的,可以将XML转化为HTML后再显示。如果该样式单是一个CSS文件,浏览器就会按照样式单的规定给每个标记赋予一组样式后再显示。
访问技术
Web数据库访问技术通常是通过三层结构来实现的。建立与Web数据库连接访问的技术方法可归纳为CGI技术,ODBC技术和ASP、JSP、PHP技术。
CGI技术
CGI(Common Gateway Interface,通用网关界面)是一种Web服务器上运行的基于Web浏览器输入程序的方法,是最早的访问数据库的解决方案。CGI程序可以建立网页与数据库之间的连接,将用户的查询要求转换成数据库的查询命令,然后将查询结果通过网页返回给用户。
CGI程序需要通过一个接口才能访问数据库。这种接口多种多样,数据库系统对CGI程序提供了各种数据库接口如Perl、C/C++、VB等。为了使用各种数据库系统,CGI程序支持ODBC方式,通过ODBC接口访问数据库。
ODBC技术
ODBC(Open Database Connectivity,开放数据库互接)是一种使用SQL的应用程序接口(API)。ODBC最显著的优点就是它生成的程序与数据库系统无关,为程序员方便地编写访问各种DBMS的数据库应用程序提供了一个统一接口,使应用程序和数据库源之间完成数据交换。ODBC的内部结构为4层:应用程序层、驱动程序管理器层、驱动程序层、数据源层。它们之间的关系如图1-5所示。由于ODBC适用于不同的数据库产品,因此许多服务器扩展程序都使用了包含ODBC层的系统结构。
Web服务器通过ODBC数据库驱动程序向数据库系统发出SQL请求,数据库系统接收到的是标准SQL查询语句,并将执行后的查询结果再通过ODBC传回Web服务器,Web服务器将结果以HTML网页传给Web浏览器,工作原理如图1-6所示。
由于Java语言所显示出来的编程优势赢得了众多数据库厂商的支持。在数据库处理方面,Java提供的JDBC为数据库开发应用提供了标准的应用程序编程接口。与ODBC类似,JDBC也是一种特殊的API,是用于执行SQL语句的Java应用程序接口。它规定了Java如何与数据库之间交换数据的方法。采用Java和JDBC编写的数据库应用程序具有与平台无关的特性。
ASP、JSP、PHP技术
ASP是Microsoft开发的动态网页技术,主要应用于Windows NT+IIS或 Windows 9x+PWS平台。确切地说ASP不是一种语言,而是Web服务器端的开发环境。利用ASP可以产生和运行动态的、交互的、高性能的Web服务应用程序。ASP支持多种脚本语言,除了VBScript和Pscript,也支持Perl语言,并且可以在同一ASP文件中使用多种脚本语言以发挥各种脚本语言的最大优势。但ASP默认只支持VBScript和Pscript,若要使用其他脚本语言,必须安装相应的脚本引擎。ASP支持在服务器端调用ActiveX组件ADO对象实现对数据库的操作。在具体的应用中,若脚本语言中有访问数据库的请求,可通过ODBC与后台数据库相连,并通过ADO执行访问库的操作。关于ASP的编程技术将会在第7章中详细介绍。
JSP是Sun公司推出的新一代Web开发技术。作为Java家族的一员,几乎可以运行在所有的操作系统平台和Web服务器上,因此JSP的运行平台更为广泛。JSP支持的脚本语言只有Java。JSP使用JDBC实现对数据库的访问。目标数据库必须有一个JDBC的驱动程序,即一个从数据库到Java的接口,该接口提供了标准的方法使Java应用程序能够连接到数据库并执行对数据库的操作。JDBC不需要在服务器上创建数据源,通过JDBC、JSP就可以实现SQL语句的执行。
PHP是Rasmus Lerdorf推出的一种跨平台的嵌入式脚本语言,可以在Windows、UNIX、Linux等流行的操作系统和IIS、Apache、Netscape等Web服务器上运行,用户更换平台时,无需变换PHP代码。PHP是通过Internet合作开发的开放源代码软件,它借用了C、Java、Perl语言的语法并结合PHP自身的特性,能够快速写出动态生成页面。PHP可以通过ODBC访问各种数据库,但主要通过函数直接访问数据库。PHP支持绝大多数的数据库,提供许多与各类数据库直接互连的函数,包括Sybase、Oracle、SQL Server等,其中与SQL Server数据库互连是最佳组合。
层次体系
当前,Internet/Intranet技术发展异常迅速,越来越多的数据库应用软件运行在Internet/Intranet环境下。在此之前,数据库应用系统的发展经历了单机结构、集中式结构、客户机/服务器(C/S)结构之后,随着Internet的普及,又出现了浏览器/服务器(B/S)结构与多层结构。在构造一个应用系统时,首先考虑的是系统的体系结构,采用哪种结构取决于系统的网络环境、应用需求等因素。
客户机/服务器结构
1.二层C/S结构
二层C/S结构是当前非常流行的数据库系统结构,在这种结构中,客户机提出请求,服务器对客户机的服务请求做出回答。它把界面和数据处理操作分开在前端(客户端)和后端(服务器端),这个主要特点使得C/S系统的工作速度主要取决于进行大量数据操作的服务器,而不是前端的硬件设备;同时也大大降低了对网络传输速度的要求,因为只须客户端把服务请求发送给数据库服务器,数据库服务器只把服务结果传回前端。
在设计时,对数据可能有如下不同的处理形式。
(1)在处理时,客户机先向服务器索取数据,然后释放数据库,即客户机发出的是文件请求,在客户机端处理数据,最后将结果送回服务器。这种处理方式的缺点很明显:所有的应用处理都在客户端完成,这就要求客户端的计算机必须有足够的能力,以便执行需要的任何程序。更为糟糕的是,由于所有的处理均在客户端完成,每次运行时都要将文件整体传送到客户端,然后才能执行。如:Student表中有30 000条记录,客户端发出命令:
Select * From Student Where Sno='200101'
这条命令将要求服务器将Student表中的所有记录传送到客户端,然后在客户端执行查询,结果只用到一条记录;如果查询的记录不存在,网络传输的数据实际上是无 用的。如此大的数据传输量是不可想象的。因此,人们提出了在服务器中能够执行部分代码的客户机/服务器结构。
(2)在处理时,客户机接受用户要求,并发给服务器;在服务器端处理用户要求,最后将结果传回客户机显示或打印。这种处理方式网络通信量较小。客户机向服务器发出的是处理请求,而不是文件请求,处理请求中的代码在服务器端执行后向客户机传送处理后的结果。
这样,为了特定任务,客户机上的程序和服务器上的程序协同工作:客户机端的代码用于完成用户的输入输出及数据的检查,而服务器端的代码完成对数据库的操作。
客户机/服务器结构的另一个主要特点在于软件、硬件平台的无关性。数据库服务器上的数据库管理系统集中负责管理数据,它向客户端提供一个开放的使用环境,客户端通过数据库接口,如ODBC(开放数据库连接)和SQL语言访问数据库,也就是说,不管客户端采用什么样的硬件和软件,它只要能够通过网络和数据库接口程序连接到服务器,就可对数据库进行访问。
在客户机/服务器结构中,常把客户机称为前台,而把服务器端称为后台。前台应用程序的功能包括用户界面、接收用户数据、处理应用逻辑、向后台发出请求、同时接收后台返回的结果,最后再将返回的结果按一定的格式或方式显示给用户。而后台服务器则负责共享外部设备、存取共享数据、响应前台客户端的请求并回送结果等工作。前台的应用程序和数据一般是用户专用的,而后台的数据和代码是所有用户可以共享的。
由于数据库服务器不仅要管理共享数据,保证数据的完整性,还要执行一部分代码,完成客户端的一些处理请求,所以对用于服务器的计算机提出较高的要求。最好要采用一台专用的服务器,有较快的处理速度,有大容量的硬盘和内存,支持磁带等大容量的存储设备。
上面讲的客户机/服务器结构将应用分在了客户机、服务器两级,称其为两层客户机/ 服务器结构。总之,两层C/S结构的基本工作方式是客户程序向数据库服务器发送SQL请求,服务器返回数据或结果。
这种C/S结构有两种实现方式,一种是客户来完成表示部分和应用逻辑部分,而服务器完成数据访问部分,这种情况是以客户为中心的,适用于应用相对简单、数据访问量不是很大的情况。另一种是以服务器为中心的,把一些重要的应用逻辑部分放到服务器上,这样可充分利用服务器的计算能力,减少网络上需要传送的数据。通常以存储过程和触发器的形式出现,但存储过程都依赖于特定数据库,不同数据库之间很难移植,而三层C/S结构可以很好地解决这个问题。
注意:触发器(trigger)是数据库系统中,一个在插入、删除、修改操作之后运行的记录级事件代码。不同的事件可以对应不同的动作。通常有3种类型的触发器:INSERT触发器、DELETE触发器和UPDATE触发器。
2.三层C/S结构
由于两层结构的客户机/服务器系统本身固有的缺陷,使得它不能应用于一些大型、结构较为复杂的系统中,故出现了3层结构的客户机/服务器系统,将两层结构中服务器部分和客户端部分的应用单独划分出来,即采用“客户机—应用服务器—数据库服务器”结构(如图1-8所示)。典型的数据库应用可分为三部分:表示部分、应用逻辑(商业逻辑)部分和数据访问部分,三层结构便是对应于这三部分。
其中,应用服务器和数据库服务器可位于同一主机,也可位于不同主机。客户机是应用的用户接口部分,负责用户与应用程序的交互,运行在客户机端的软件也称为表示层软件。应用服务器存放业务逻辑层(也称为功能层)软件,是应用逻辑处理的核心,实现具体业务。它能响应客户机请求,完成业务处理或复杂计算。若有数据库访问任务时,应用服务器层可根据客户机的要求向数据库服务器发送SQL指令。应用逻辑变得复杂或增加新的应用时,可增加新的应用服务器。数据库服务器便是用来执行功能层送来的SQL指令,完成数据的存储、访问和完整性约束等。操作完成后再通过应用服务器向客户机返回操作结果。
浏览器/服务器结构
随着Internet技术和Web技术的广泛应用,C/S结构已无法满足人们的需要。因为在典型C/S体系中,通常为客户安装前端应用程序的做法已不再现实,并且限制客户端工作环境只能基于Windows、Macintosh或UNIX等操作系统也不切实际。于是基于浏览器/服务器结构(Browser/Server)的系统应运而生。
采用B/S结构后,在客户端只需安装一个通用的浏览器即可,不再受具体操作系统和硬件的制约,实现了跨平台的应用。
基于B/S结构的典型应用通常采用三层结构:“浏览器—Web服务器—数据库服务器”,B/S模式的工作原理是:通过浏览器以超文本的形式向Web服务器提出访问数据库的请求,Web服务器接受客户请求后,激活对应的CGI程序将超文本HTML语言转化为SQL语法,将这个请求交给数据库,数据库服务器得到请求后,进行数据处理,然后将处理结果集返回给CGI程序。CGI再将结果转化为HTML,并由Web服务器转发给请求方的浏览器,如图1-9所示。
在B/S模式中,客户端的标准配置是浏览器,如IE;业务功能处理由独立的应用服务器处理,Web服务器成为应用处理的标准配置;数据处理仍然由数据库服务器处理。
从本质上讲,B/S结构与传统的C/S结构都是以同一种请求和应答方式来执行应用的,区别主要在于:C/S是一种两层或三层结构模式,其客户端集中了大量应用软件,而B/S是一种基于超链接(HyperLink)、HTML、Java的三级或多级C/S结构,客户端仅需单一的浏览器软件,是一种全新的体系结构,解决了跨平台问题。这两种结构在不同方面都有着广泛的应用。虽然C/S结构在Internet环境下明显不如B/S结构具有优势,但它在局域网环境下仍具有优势。
Internet/Intranet信息系统的多层体系结构
多层结构应用软件与传统的两层结构应用软件相比,有可伸缩性好、可管理性强、安全性高、软件重用性好等诸多优点,如何在Internet/Intranet环境下构建应用软件体系结构就成为一个非常重要的问题,也是现今软件体系研究的一个新热点。
各种技术层出不穷,如最初的静态HTML页面、简单的CGI网关程序、Java Applet程序,ASP等Web数据库技术,还有动态的Java在线游戏及PHP技术等。
实际上,多层的概念是由Sun公司提出来的。Sun公司提出的多层应用体系包括4层:客户层、顶端Web服务层、应用服务层和数据库层。其中顶端Web服务层是Sun公司多层体系结构中非常重要的一层,它主要起代理和缓存的作用。顶端Web服务器的作用是缓存本地各客户机经常使用的Java Applet程序和静态数据,通常被放置在客户机所在的局域网内,起到一个Java Applet主机(向Web浏览器传送Java Applet程序的计算机)和访问其他服务的代理作用。与普通代理服务器的作用相同。构建多层结构应用软件时,选用Java平台是一个很好的选择,因为它跨越各应用平台。总之,在Java平台上构建多层应用软件体系代表着今后Internet/Intranet应用的趋势。