Web數據庫

萬維網簡稱為Web。Web可以描述為在Internet上運行的、全球的、交互的、動態的、跨平台的、分佈式的、圖形化的超文本信息系統。

1．Web的工作原理

Web是伴隨着Internet技術而產生的。在計算機網絡中，對於提供Web服務的計算機稱為Web服務器。Web採用瀏覽器/服務器的工作方式。每個Web服務器上都放置着大量的Web信息。Web信息的基本單位是Web頁（網頁），多個網頁組成了一個Web節點。每個Web節點的起始頁稱為“主頁”，且擁有一個URL地址（統一資源定位地址）。Web節點之間及網頁之間都是以超文本結構（非線性的網狀結構）來進行組織的。

2．Web的工作步驟

Web的工作步驟如下。

（1）用户打開客户端計算機中的瀏覽器軟件（例如Internet Explorer）。

（2）用户輸入要啓動的Web主頁的URL地址，瀏覽器將生成一個HTTP請求。

（3）瀏覽器連接到指定的Web服務器，併發送HTTP請求。

（4）Web服務器接到HTTP請求，根據請求的內容不同作相應的處理，再將網頁以HTML文件格式發回給瀏覽器。

（5）瀏覽器將網頁顯示到屏幕上。

HTML（Hypertext Markup Language，超文本標記語言）是創建網頁的計算機語言。所謂網頁實際上就是一個HTML文檔。文檔內容由文本和HTML標記組成。HTML文檔的擴展名就是.html或.htm。瀏覽器負責解釋HTML文檔中的標記，並將HTML文檔顯示成網頁。

（1）HTML標記

HTML標記的作用是告訴瀏覽器網頁的結構和格式。每一個標記用尖括號〈〉括起來。大多數標記都有一個開始標記和一個結束標記。標記不分大小寫。多數標記都帶有自己的屬性。例如字體標記有FACE、COLOR、SIZE等屬性：FACE定義字體；COLOR定義字體的顏色；SIZE定義字體的大小。

使用格式： BEIJING 。

網頁中有很多文本鏈接和圖片鏈接。鏈接，又被稱為超鏈接，用於鏈接到WWW萬維網中的其他網頁上。在HTML文檔中表示超鏈接的標記是，通過屬性HREF指出鏈接的網頁地址URL。

（2）HTML程序

HTML程序必須以標記開始，以標記結束。在和標記之間主要由兩部分組成：文件頭和文件體。文件頭用標記 來標識，文件體用標記來標識。在文件的頭部通常包含整個網頁的一些信息。例如標記是用來説明網頁的名稱；標記是用來説明網頁的其他信息，如設計者姓名和版權信息等。所有在瀏覽器中要顯示的內容稱為網頁的主體，必須放在標記中。下面給出的是一個空網頁的HTML程序。

(在此標記中寫網頁的標題)

(在此標記中寫網頁的內容)

（3）HTML規範

HTML規範又稱為HTML標準，它總在不斷地發展。每一新版本的出現，HTML都會增加新的特性和內容。

在不同的瀏覽器中，網頁的顯示效果可能會有所不同。每一個瀏覽器都使用自己獨特的方式解釋HTML文檔中的標記，並且多數瀏覽器不完全支持HTML的所有特性。因為，像Microsoft和Netscape公司在HTML標準上又開發了一些特有的HTML標記和屬性，稱之為HTML的擴展。這些標記和屬性只被他們自己的瀏覽器所識別，不可能被其他公司的瀏覽器識別。如果瀏覽器不能識別HTML文檔中的標記，則會忽略這個標記。

（4）HTML程序的編輯環境與運行環境

HTML文檔是一個普通的文本文件（ASCII），不包含任何與平台、程序有關的信息。因此HTML文檔可以利用任何文本編輯器來方便地生成。要注意的是HTML文檔的擴展名必須是.html或.htm。運行HTML文檔可以在任何瀏覽器下進行，並可在瀏覽器上查看網頁的HTML源代碼。

關於HTML語言中標記的種類與使用方法將會在第5章中更詳細地進行介紹。

HTML是Web上的通用語言，隨着Internet的深入人心，WWW上的Web文件日益複雜化、多樣化，人們開始感到了HTML這種固定格式的標記語言的不足。1996年W3C開始對HTML的後續語言進行研究，並於1998年正式推出了XML（Extensible Markup Language，可擴展標記語言）。在設計網頁時，XML提供了比HTML更靈活的方法。

（1）XML語言的特點

XML是國際組織W3C為適應WWW的應用，將SGML （Standard Generalized Markup Language）標準進行簡化形成的元標記語言。簡單地説，XML是使用標記來描述內容或與內容相關的形式信息的通用語言。一個XML文檔由標記和字符數據組成。

而作為元標記語言，XML不再使標記固定，允許網頁的設計者定義數量不限的標記來描述內容，同時還允許設計者創建自己的使用規則。

（2）XML的DTD

DTD（Document Type Definition,文檔類型定義）是一組應用在XML文檔中的自定義標記語言的技術規範。DTD中定義了標記的含義及關於標記的語法規則。語法規則中確定了在XML文檔中使用哪些標記符，它們應該按什麼次序出現，標記符之間如何 嵌套，哪些標記符有屬性等等。DTD可以包含在它所描述的XML文檔中，但通常它是一份單獨的文檔或者一系列文檔。作為外部文件可通過URL鏈接，被不同的XML文檔 共享。

XML把DTD的定義權開放，不同行業可以根據自己的實際需求定義描述內容的DTD，以適應本行業內部的信息交流和存檔需要。因此，適合於不同行業、不同平台的標記語言大批湧現。

DTD定義的基本格式是：。其中的規則包括：元素聲明ELEMENT，屬性聲明ATTLIST，實體聲明ENTITY，等。通常出版發行業描述圖書的信息需要有：書號、書名、作者、出版社、出版日期等，那麼下面給出的便是為描述圖書信息而制定的一個DTD和與它對應的XML文檔。

ISBN0001

XML3.0技術內幕

John

清華大學出版社

2001

8

另一本書信息省略

不難看出，在XML的程序清單中使用了具有意義的標記，如、和等。這種用法的優點是：標記具有含義，源碼易於閲讀理解；其次是處理程序可以根據文檔類型定義來驗證XML文檔是否合法。

（3）XML的CSS與XSL

強調內容描述與形式描述的分離，一方面可以使XML文件的編寫者更集中精力於數據本身，而不受顯示方式的細節影響；另一方面允許為相同的數據定義不同的顯示方式，從而適合於不同應用、不同媒體，使XML數據得到最大程度的重用。XML文檔數據的顯示形式是通過樣式單定義的。CSS（Cascading Style Sheets）是XML使用的一種標準的級聯樣式單，XSL（Extensible Style Language）則是可擴展的樣式語言。

由於XML允許用户創建任何所需的標記，而通用瀏覽器卻既無法預期用户標記的意義，又無法為顯示這些標記而提供規則，因此用户必須為自己創建的XML文檔編寫樣式單，樣式單可以實現共享。

瀏覽器對一個XML文檔的處理過程是，首先去關聯它所指定的樣式單文件，如果該樣式單是一個XSL文件，則按照規定對XML數據進行轉換然後再顯示，XSL本身也是基於XML語言的，可以將XML轉化為HTML後再顯示。如果該樣式單是一個CSS文件，瀏覽器就會按照樣式單的規定給每個標記賦予一組樣式後再顯示。

Web數據庫訪問技術通常是通過三層結構來實現的。建立與Web數據庫連接訪問的技術方法可歸納為CGI技術，ODBC技術和ASP、JSP、PHP技術。

CGI（Common Gateway Interface，通用網關界面）是一種Web服務器上運行的基於Web瀏覽器輸入程序的方法，是最早的訪問數據庫的解決方案。CGI程序可以建立網頁與數據庫之間的連接，將用户的查詢要求轉換成數據庫的查詢命令，然後將查詢結果通過網頁返回給用户。

CGI程序需要通過一個接口才能訪問數據庫。這種接口多種多樣，數據庫系統對CGI程序提供了各種數據庫接口如Perl、C/C++、VB等。為了使用各種數據庫系統，CGI程序支持ODBC方式，通過ODBC接口訪問數據庫。

ODBC（Open Database Connectivity，開放數據庫互接）是一種使用SQL的應用程序接口（API）。ODBC最顯著的優點就是它生成的程序與數據庫系統無關，為程序員方便地編寫訪問各種DBMS的數據庫應用程序提供了一個統一接口，使應用程序和數據庫源之間完成數據交換。ODBC的內部結構為4層：應用程序層、驅動程序管理器層、驅動程序層、數據源層。它們之間的關係如圖1-5所示。由於ODBC適用於不同的數據庫產品，因此許多服務器擴展程序都使用了包含ODBC層的系統結構。

Web服務器通過ODBC數據庫驅動程序向數據庫系統發出SQL請求，數據庫系統接收到的是標準SQL查詢語句，並將執行後的查詢結果再通過ODBC傳回Web服務器，Web服務器將結果以HTML網頁傳給Web瀏覽器，工作原理如圖1-6所示。

由於Java語言所顯示出來的編程優勢贏得了眾多數據庫廠商的支持。在數據庫處理方面，Java提供的JDBC為數據庫開發應用提供了標準的應用程序編程接口。與ODBC類似，JDBC也是一種特殊的API，是用於執行SQL語句的Java應用程序接口。它規定了Java如何與數據庫之間交換數據的方法。採用Java和JDBC編寫的數據庫應用程序具有與平台無關的特性。

ASP是Microsoft開發的動態網頁技術，主要應用於Windows NT+IIS或 Windows 9x+PWS平台。確切地説ASP不是一種語言，而是Web服務器端的開發環境。利用ASP可以產生和運行動態的、交互的、高性能的Web服務應用程序。ASP支持多種腳本語言，除了VBScript和Pscript，也支持Perl語言，並且可以在同一ASP文件中使用多種腳本語言以發揮各種腳本語言的最大優勢。但ASP默認只支持VBScript和Pscript，若要使用其他腳本語言，必須安裝相應的腳本引擎。ASP支持在服務器端調用ActiveX組件ADO對象實現對數據庫的操作。在具體的應用中，若腳本語言中有訪問數據庫的請求，可通過ODBC與後台數據庫相連，並通過ADO執行訪問庫的操作。關於ASP的編程技術將會在第7章中詳細介紹。

JSP是Sun公司推出的新一代Web開發技術。作為Java家族的一員，幾乎可以運行在所有的操作系統平台和Web服務器上，因此JSP的運行平台更為廣泛。JSP支持的腳本語言只有Java。JSP使用JDBC實現對數據庫的訪問。目標數據庫必須有一個JDBC的驅動程序，即一個從數據庫到Java的接口，該接口提供了標準的方法使Java應用程序能夠連接到數據庫並執行對數據庫的操作。JDBC不需要在服務器上創建數據源，通過JDBC、JSP就可以實現SQL語句的執行。

PHP是Rasmus Lerdorf推出的一種跨平台的嵌入式腳本語言，可以在Windows、UNIX、Linux等流行的操作系統和IIS、Apache、Netscape等Web服務器上運行，用户更換平台時，無需變換PHP代碼。PHP是通過Internet合作開發的開放源代碼軟件，它借用了C、Java、Perl語言的語法並結合PHP自身的特性，能夠快速寫出動態生成頁面。PHP可以通過ODBC訪問各種數據庫，但主要通過函數直接訪問數據庫。PHP支持絕大多數的數據庫，提供許多與各類數據庫直接互連的函數，包括Sybase、Oracle、SQL Server等，其中與SQL Server數據庫互連是最佳組合。

當前，Internet/Intranet技術發展異常迅速，越來越多的數據庫應用軟件運行在Internet/Intranet環境下。在此之前，數據庫應用系統的發展經歷了單機結構、集中式結構、客户機/服務器（C/S）結構之後，隨着Internet的普及，又出現了瀏覽器/服務器（B/S）結構與多層結構。在構造一個應用系統時，首先考慮的是系統的體系結構，採用哪種結構取決於系統的網絡環境、應用需求等因素。

二層C/S結構是當前非常流行的數據庫系統結構，在這種結構中，客户機提出請求，服務器對客户機的服務請求做出回答。它把界面和數據處理操作分開在前端（客户端）和後端（服務器端），這個主要特點使得C/S系統的工作速度主要取決於進行大量數據操作的服務器，而不是前端的硬件設備；同時也大大降低了對網絡傳輸速度的要求，因為只須客户端把服務請求發送給數據庫服務器，數據庫服務器只把服務結果傳回前端。

在設計時，對數據可能有如下不同的處理形式。

（1）在處理時，客户機先向服務器索取數據，然後釋放數據庫，即客户機發出的是文件請求，在客户機端處理數據，最後將結果送回服務器。這種處理方式的缺點很明顯：所有的應用處理都在客户端完成，這就要求客户端的計算機必須有足夠的能力，以便執行需要的任何程序。更為糟糕的是，由於所有的處理均在客户端完成，每次運行時都要將文件整體傳送到客户端，然後才能執行。如：Student表中有30 000條記錄，客户端發出命令：

Select * From Student Where Sno='200101'

這條命令將要求服務器將Student表中的所有記錄傳送到客户端，然後在客户端執行查詢，結果只用到一條記錄；如果查詢的記錄不存在，網絡傳輸的數據實際上是無 用的。如此大的數據傳輸量是不可想象的。因此，人們提出了在服務器中能夠執行部分代碼的客户機/服務器結構。

（2）在處理時，客户機接受用户要求，併發給服務器；在服務器端處理用户要求，最後將結果傳回客户機顯示或打印。這種處理方式網絡通信量較小。客户機向服務器發出的是處理請求，而不是文件請求，處理請求中的代碼在服務器端執行後向客户機傳送處理後的結果。

這樣，為了特定任務，客户機上的程序和服務器上的程序協同工作：客户機端的代碼用於完成用户的輸入輸出及數據的檢查，而服務器端的代碼完成對數據庫的操作。

客户機/服務器結構的另一個主要特點在於軟件、硬件平台的無關性。數據庫服務器上的數據庫管理系統集中負責管理數據，它向客户端提供一個開放的使用環境，客户端通過數據庫接口，如ODBC（開放數據庫連接）和SQL語言訪問數據庫，也就是説，不管客户端採用什麼樣的硬件和軟件，它只要能夠通過網絡和數據庫接口程序連接到服務器，就可對數據庫進行訪問。

在客户機/服務器結構中，常把客户機稱為前台，而把服務器端稱為後台。前台應用程序的功能包括用户界面、接收用户數據、處理應用邏輯、向後台發出請求、同時接收後台返回的結果，最後再將返回的結果按一定的格式或方式顯示給用户。而後台服務器則負責共享外部設備、存取共享數據、響應前台客户端的請求並回送結果等工作。前台的應用程序和數據一般是用户專用的，而後台的數據和代碼是所有用户可以共享的。

由於數據庫服務器不僅要管理共享數據，保證數據的完整性，還要執行一部分代碼，完成客户端的一些處理請求，所以對用於服務器的計算機提出較高的要求。最好要採用一台專用的服務器，有較快的處理速度，有大容量的硬盤和內存，支持磁帶等大容量的存儲設備。

上面講的客户機/服務器結構將應用分在了客户機、服務器兩級，稱其為兩層客户機/ 服務器結構。總之，兩層C/S結構的基本工作方式是客户程序向數據庫服務器發送SQL請求，服務器返回數據或結果。

這種C/S結構有兩種實現方式，一種是客户來完成表示部分和應用邏輯部分，而服務器完成數據訪問部分，這種情況是以客户為中心的，適用於應用相對簡單、數據訪問量不是很大的情況。另一種是以服務器為中心的，把一些重要的應用邏輯部分放到服務器上，這樣可充分利用服務器的計算能力，減少網絡上需要傳送的數據。通常以存儲過程和觸發器的形式出現，但存儲過程都依賴於特定數據庫，不同數據庫之間很難移植，而三層C/S結構可以很好地解決這個問題。

注意：觸發器（trigger）是數據庫系統中，一個在插入、刪除、修改操作之後運行的記錄級事件代碼。不同的事件可以對應不同的動作。通常有3種類型的觸發器：INSERT觸發器、DELETE觸發器和UPDATE觸發器。

由於兩層結構的客户機/服務器系統本身固有的缺陷，使得它不能應用於一些大型、結構較為複雜的系統中，故出現了3層結構的客户機/服務器系統，將兩層結構中服務器部分和客户端部分的應用單獨劃分出來，即採用“客户機—應用服務器—數據庫服務器”結構（如圖1-8所示）。典型的數據庫應用可分為三部分：表示部分、應用邏輯（商業邏輯）部分和數據訪問部分，三層結構便是對應於這三部分。

其中，應用服務器和數據庫服務器可位於同一主機，也可位於不同主機。客户機是應用的用户接口部分，負責用户與應用程序的交互，運行在客户機端的軟件也稱為表示層軟件。應用服務器存放業務邏輯層（也稱為功能層）軟件，是應用邏輯處理的核心，實現具體業務。它能響應客户機請求，完成業務處理或複雜計算。若有數據庫訪問任務時，應用服務器層可根據客户機的要求向數據庫服務器發送SQL指令。應用邏輯變得複雜或增加新的應用時，可增加新的應用服務器。數據庫服務器便是用來執行功能層送來的SQL指令，完成數據的存儲、訪問和完整性約束等。操作完成後再通過應用服務器向客户機返回操作結果。

隨着Internet技術和Web技術的廣泛應用，C/S結構已無法滿足人們的需要。因為在典型C/S體系中，通常為客户安裝前端應用程序的做法已不再現實，並且限制客户端工作環境只能基於Windows、Macintosh或UNIX等操作系統也不切實際。於是基於瀏覽器/服務器結構（Browser/Server）的系統應運而生。

採用B/S結構後，在客户端只需安裝一個通用的瀏覽器即可，不再受具體操作系統和硬件的制約，實現了跨平台的應用。

基於B/S結構的典型應用通常採用三層結構：“瀏覽器—Web服務器—數據庫服務器”，B/S模式的工作原理是：通過瀏覽器以超文本的形式向Web服務器提出訪問數據庫的請求，Web服務器接受客户請求後，激活對應的CGI程序將超文本HTML語言轉化為SQL語法，將這個請求交給數據庫，數據庫服務器得到請求後，進行數據處理，然後將處理結果集返回給CGI程序。CGI再將結果轉化為HTML，並由Web服務器轉發給請求方的瀏覽器，如圖1-9所示。

在B/S模式中，客户端的標準配置是瀏覽器，如IE；業務功能處理由獨立的應用服務器處理，Web服務器成為應用處理的標準配置；數據處理仍然由數據庫服務器處理。

從本質上講，B/S結構與傳統的C/S結構都是以同一種請求和應答方式來執行應用的，區別主要在於：C/S是一種兩層或三層結構模式，其客户端集中了大量應用軟件，而B/S是一種基於超鏈接（HyperLink）、HTML、Java的三級或多級C/S結構，客户端僅需單一的瀏覽器軟件，是一種全新的體系結構，解決了跨平台問題。這兩種結構在不同方面都有着廣泛的應用。雖然C/S結構在Internet環境下明顯不如B/S結構具有優勢，但它在局域網環境下仍具有優勢。

多層結構應用軟件與傳統的兩層結構應用軟件相比，有可伸縮性好、可管理性強、安全性高、軟件重用性好等諸多優點，如何在Internet/Intranet環境下構建應用軟件體系結構就成為一個非常重要的問題，也是現今軟件體系研究的一個新熱點。

各種技術層出不窮，如最初的靜態HTML頁面、簡單的CGI網關程序、Java Applet程序，ASP等Web數據庫技術，還有動態的Java在線遊戲及PHP技術等。

實際上，多層的概念是由Sun公司提出來的。Sun公司提出的多層應用體系包括4層：客户層、頂端Web服務層、應用服務層和數據庫層。其中頂端Web服務層是Sun公司多層體系結構中非常重要的一層，它主要起代理和緩存的作用。頂端Web服務器的作用是緩存本地各客户機經常使用的Java Applet程序和靜態數據，通常被放置在客户機所在的局域網內，起到一個Java Applet主機（向Web瀏覽器傳送Java Applet程序的計算機）和訪問其他服務的代理作用。與普通代理服務器的作用相同。構建多層結構應用軟件時，選用Java平台是一個很好的選擇，因為它跨越各應用平台。總之，在Java平台上構建多層應用軟件體系代表着今後Internet/Intranet應用的趨勢。