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Gerenciamento de Dados XML

V Escola Regional de Informática Norte Mini-Curso. Gerenciamento de Dados XML. Ronaldo dos Santos Mello INE/CTC/UFSC ronaldo@inf.ufsc.br. Sobre este mini-curso. Motivação XML consolida-se como padrão para representação e transferência de dados

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Gerenciamento de Dados XML

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  1. V Escola Regional de Informática Norte Mini-Curso Gerenciamento de Dados XML Ronaldo dos Santos Mello INE/CTC/UFSC ronaldo@inf.ufsc.br

  2. Sobre este mini-curso... • Motivação • XML consolida-se como padrão para representação e transferência de dados • necessidade de armazenamento e manipulação de dados XML • Objetivos • apresentação (“revisão”) da tecnologia XML • estado da arte na área de gerenciamento de dados XML

  3. Roteiro • Introdução • Representação de Dados em XML • Tecnologia XML • XML e Bancos de Dados • gerenciamento de dados XML através de bancos de dados relacionais • gerenciamento de dados XML através de bancos de dados XML nativos • Conclusão

  4. Roteiro • Introdução • Representação de Dados em XML • Tecnologia XML • XML e Bancos de Dados • gerenciamento de dados XML através de bancos de dados relacionais • gerenciamento de dados XML através de bancos de dados XML nativos • Conclusão

  5. XML (eXtensible Markup Language) • Tecnologia desenvolvida pela W3C • W3C: World Wide Web Consortium • definição de padrões para a Web • consórcio formado por acadêmicos e empresários • Padrão para representação e transferência de dados • Motivação: Aplicações Web • extração, manipulação, integração e publicação de dados através da Web

  6. Protocolos XML • Definidos em diversos domínios de aplicação • comércio eletrônico • CMXL, eBisXML, GCI, ... • referências bibliográficas • padrão DBLP, padrão SIGMOD, padrão BibTeX, ... • sistemas de informação geográfica • SVG, GML, ... • ...

  7. Uso Extensivo de Protocolos XML... • Problemas a serem resolvidos • tratamento de dados XML pelos programas de aplicação • projeto da estrutura dos dados XML • facilidades para armazenamento e manipulação de dados XML • ... • A tecnologia de Banco de Dados (BD) é útil neste contexto

  8. Tecnologia XML x Tecnologia BD • Simliaridades • documentos XML mantém coleções de dados • tecnologia XML oferece mecanismos para definição e manipulação de dados • DTD, XSD, XQuery, XSL, DOM, ... • Diferenças • dado XML não é um dado convencional • tecnologia XML é carente de alguns mecanismos de gerenciamento de dados • integridade, segurança, indexação, ...

  9. Tecnologia XML x Tecnologia BD • Conclusão • tecnologia XML não é equivalente à tecnologia de BD • Desafio para a comunidade científica de BD • gerenciamento eficiente de dados XML • como tratar? • extensão de SGBDs existentes? • desenvolvimento de SGBDs específicos para XML?

  10. Roteiro • Introdução • Representação de Dados em XML • Tecnologia XML • XML e Bancos de Dados • gerenciamento de dados XML através de bancos de dados relacionais • gerenciamento de dados XML através de bancos de dados XML nativos • Conclusão

  11. Formato XML • XML é uma meta-linguagem de marcação • meta-linguagem • XML é um padrão aberto • cada aplicação define o protocolo (linguagem) para a representação dos seus dados • linguagem de marcação • semelhante à linguagem HTML • utiliza tags para descrição os dados • tag: indica a intenção do dado e delimita o seu conteúdo

  12. Exemplo de Dado XML tag (intenção do dado) <livro> <titulo>Tecnologia XML</titulo> <autor> <nome>João da Silva</nome> <eMail>js@hotmail.com</eMail> <endereco> <comercial>rua A, 34 – Fpolis - SC</comercial> <residencial>rua B, 5 – Fpolis – SC</residencial> </endereco> </autor> ... <capitulo nome=“Introdução”>Este capítulo apresenta ... <secao> <nome>Linguagens de Marcação</nome> ... </secao> </capitulo> ... </livro> conteúdo do dado estrutura hierárquica, ordenada e complexa

  13. XML x HTML • HTML • linguagem de marcação • tags predefinidas e com intenção específica • formatação da apresentação de dados em browsers • XML • meta-linguagem de marcação • não há tags predefinidas • intenção das tags é definida pela aplicação

  14. Sintaxe XML • Dados XML são definidos em um documento XML • Um documento XML contém • cabeçalho • dados • elementos simples ou compostos • atributos de elementos • referências a entidades • comentários • instruções de processamento

  15. Exemplo de Documento XML <?xml version =“1.0” encoding ="ISO-8859-1“> <!–- documento XML sobre livros --> <!DOCTYPE listalivros [ <!ENTITY xml “eXtensible Markup Language”> ... ]> <listaLivros> <livro ISBN=“112”> <título>Tecnologia &xml</título> <autor> <nome>João da Silva</nome> <eMail>js@hotmail.com</eMail> </autor> ... <capítulo nome=“Introdução”>A &xml foi ... <seção> <nome>Linguagens de Marcação</nome> ... </seção> </capítulo> ... </livro> ... </listaLivros>

  16. Exemplo de Documento XML <?xml version =“1.0” encoding ="ISO-8859-1"> <!–- documento XML sobre livros --> <!DOCTYPE listalivros [ <!ENTITY xml “eXtensible Markup Language”> ... ]> <listaLivros> <livro ISBN=“112”> <título>Tecnologia &xml</título> <autor> <nome>João da Silva</nome> <eMail>js@hotmail.com</eMail> </autor> ... <capítulo nome=“Introdução”>A &xml foi ... <seção> <nome>Linguagens de Marcação</nome> ... </seção> </capítulo> ... </livro> ... </listaLivros> cabeçalho

  17. Exemplo de Documento XML <?xml version =“1.0” encoding ="ISO-8859-1"> <!–- documento XML sobre livros --> <!DOCTYPE listalivros [ <!ENTITY xml “eXtensible Markup Language”> ... ]> <listaLivros> <livro ISBN=“112”> <título>Tecnologia &xml</título> <autor> <nome>João da Silva</nome> <eMail>js@hotmail.com</eMail> </autor> ... <capítulo nome=“Introdução”>A &xml foi ... <seção> <nome>Linguagens de Marcação</nome> ... </seção> </capítulo> ... </livro> ... </listaLivros> comentário

  18. Exemplo de Documento XML <?xml version =“1.0” encoding ="ISO-8859-1"> <!–- documento XML sobre livros --> <!DOCTYPE listalivros [ <!ENTITY xml “eXtensible Markup Language”> ... ]> <listaLivros> <livro ISBN=“112”> <título>Tecnologia &xml</título> <autor> <nome>João da Silva</nome> <eMail>js@hotmail.com</eMail> </autor> ... <capítulo nome=“Introdução”>A &xml foi ... <seção> <nome>Linguagens de Marcação</nome> ... </seção> </capítulo> ... </livro> ... </listaLivros> instrução de processamento

  19. Exemplo de Documento XML <?xml version =“1.0” encoding ="ISO-8859-1"> <!–- documento XML sobre livros --> <!DOCTYPE listalivros [ <!ENTITY xml “eXtensible Markup Language”> ... ]> <listaLivros> <livro ISBN=“112”> <título>Tecnologia &xml</título> <autor> <nome>João da Silva</nome> <eMail>js@hotmail.com</eMail> </autor> ... <capítulo nome=“Introdução”>A &xml foi ... <seção> <nome>Linguagens de Marcação</nome> ... </seção> </capítulo> ... </livro> ... </listaLivros> elemento raiz elemento simples (#PCDATA) elemento composto elemento misto

  20. Exemplo de Documento XML <?xml version =“1.0” encoding ="ISO-8859-1"> <!–- documento XML sobre livros --> <!DOCTYPE listalivros [ <!ENTITY xml “eXtensible Markup Language”> ... ]> <listaLivros> <livro ISBN=“112”> <título>Tecnologia &xml</título> <autor> <nome>João da Silva</nome> <eMail>js@hotmail.com</eMail> </autor> ... <capítulo nome=“Introdução”>A &xml foi ... <seção> <nome>Linguagens de Marcação</nome> ... </seção> </capítulo> ... </livro> ... </listaLivros> atributo

  21. Exemplo de Documento XML <?xml version =“1.0” encoding ="ISO-8859-1"> <!–- documento XML sobre livros --> <!DOCTYPE listalivros [ <!ENTITY xml “eXtensible Markup Language”> ... ]> <listaLivros> <livro ISBN=“112”> <título>Tecnologia &xml</título> <autor> <nome>João da Silva</nome> <eMail>js@hotmail.com</eMail> </autor> ... <capítulo nome=“Introdução”>A &xml foi ... <seção> <nome>Linguagens de Marcação</nome> ... </seção> </capítulo> ... </livro> ... </listaLivros> declaração de entidade referência a uma entidade

  22. Documento XML Bem Formado • Requisitos • contém um elemento raiz • define elementos com tags inicial e final • define atributos com conteúdo delimitado por aspas simples (‘) ou aspas duplas (“) • Parser XML • programa que verifica se um documento XML é bem formado • alguns browsers são capazes de realizar tal verificação

  23. Roteiro • Introdução • Representação de Dados em XML • Tecnologia XML • XML e Bancos de Dados • gerenciamento de dados XML através de bancos de dados relacionais • gerenciamento de dados XML através de bancos de dados XML nativos • Conclusão

  24. Tecnologia XML • Esquemas • DTD e XSD • Linguagens de consulta • XPath e XQuery • APIs • DOM, ... • Transformação e apresentação de dados • XSL • . . .

  25. Definição de Esquemas • Esquema XML • define restrições para a organização hierárquica dos elementos em um doc XML • documento válido • documento cuja estrutura está de acordo com um esquema • validação é feita por um parser • Duas recomendações • DTD(Document Type Definition) • XSD(XML Schema Definition)

  26. DTD • Primeira recomendação da W3C • Gramática para definição de hierarquia • baseada em seqüências ordenadas e escolhas • Definição de elementos • compostos, textuais (#PCDATA), vazios (EMPTY), mistos ((#PCDATA | ...)*) ou com conteúdo aberto (ANY) • Definição de atributos • obrigatórios (#REQUIRED) opcionais (#IMPLIED), fixos (#FIXED), valor default, enumeração, referência (ID, IDREF(S))

  27. DTD - Exemplo <!ELEMENT listaLivros (livro+)> <!ELEMENT livro (título, autor+, capítulo+)> <!ATTLIST livro ISBN CDATA #IMPLIED> <!ELEMENT título (#PCDATA)> <!ELEMENT autor (nome, eMail?)> <!ELEMENT nome (#PCDATA)> <!ELEMENT eMail (#PCDATA)> <!ELEMENT capítulo (#PCDATA | seção)*> <!ATTLIST capítulo nome CDATA #REQUIRED> <!ELEMENT seção (nome, conteúdo)> <!ATTLIST seção ident ID> <!ELEMENT conteúdo (#PCDATA)> <!ATTLIST conteúdo ref IDREFS #IMPLIED>

  28. XSD • Recomendação mais recente • Sintaxe XML • Extensão da funcionalidade de um DTD • definição e especialização de tipos de elementos • definição de tipos de dados • simples (string, integer, boolean, ...) • complexos (list, union) • facilidades adicionais para definição de restrições • intervalos de valores permitidos, padrões de conteúdo via expressões regulares, ... • . . .

  29. XSD - Exemplo <?xml version=“1.0” encoding=“UTF-8”> <xsd:schema xmlns:xsd=“http://www.w3.org/2001/XMLSchema”> ... <!-– Declaração de Tipos --> <xsd:simpleType name=“Tisbn”> <xsd:restriction base=“xsd:string”> <xsd:pattern value=“[0-9]{2}-[0-9]{3}-[0-9]{4}-[0-9]”/> </xsd:restriction> </xsd:simpeType> <xsd:complexType name=“Tlivro”> <xsd:sequence> <xsd:element name=“titulo” type=“xsd:string”/> <xsd:element name=“autor” type=“Tautor” minOccurs=“1” maxOccurs=“unbounded”/> <xsd:element name=“preço” type=“xsd:float“/> ... </xsd:sequence> <xsd:attribute name=“isbn” type=“Tisbn”/> </xsd:complexType> ...

  30. XSD – Exemplo (cont.) ... <xsd:complexType name=“TlivroTécnico” base=“Tlivro” derivedBy=“extension”> <xsd:element name=”area" type=“xsd:string" minOccurs=“1” maxOccurs=“1”/> </complexType> ... <!-– Declaração de Elementos --> <xsd:element name=“listaLivros”> <xsd:complexType> <xsd:element name=“livro” type=“Tlivro”/> minOccurs=“1” maxOccurs=“unbounded”/> </xsd:complexType> </xsd:element> </xsd:schema>

  31. XPath • Primeira recomendação para consulta a dados • Linguagem para acessar partes de um doc XML • sintaxe: expressões de caminho • assemelha-se à navegação em diretórios de arquivos • exemplo • expressão XPath: /livro/título • resultado: <resultado> <título>Tecnologia XML</título> <título>Sistema de Banco de Dados</título> . . . </resultado>

  32. XPath - Exemplos /(elemento raiz – todo o doc XML) /livro/*/eMail(‘*’ substitui 1 elem) /livro//seção(qq elemento descendente seção) /livro/capítulo[1](primeiro capítulo de livros) /livro/capítulo/nome | /livro/capítulo/seção/nome(união) /livro/@ISBN(acesso a um atributo) /livro[título=“XML”] (filtro) /livro[@ISBN=“112”]/título (filtro) /livro//secao[../@nome=“XML e BD”] (filtro)

  33. XQuery • Recomendação mais recente • Oferece mais recursos que a XPath • junções, definição de estruturas de resultado, variáveis de consulta, atributos calculados, funções de agregação, ... • Sintaxe básica (expressão “FLWR”) forvariável in expressãoXPath [letassociação de novas variáveis] [wherecondição] returnestrutura de resultado

  34. XQuery - Exemplos (consulta simples) for $liv in /livro where $liv/autor/nome = “João Silva” return { $liv/@ISBN, $liv/titulo } • for $liv in /livro • let $pDesc := $liv/preço - $liv/preço * 0.1 • where $liv/categoria = “ficcao” • return <FiccaoDesc>{$liv/titulo, $pDesc}</FiccaoDesc> • for $liv1 in /livro[@ISBN = “562”] • for $liv2 in /livro • where $liv2/@ISBN != $liv1/@ISBN • and $liv2/autor/nome = $liv1/autor/nome • return $liv2/titulo (nova estrutura de resultado) (junção)

  35. DOM (Document Object Model) • Modelo de dados para XML • modelo hierárquico (árvore) • API DOM • principais classes de objetos • document, node, nodelist e element • métodos para consulta e atualização de dados • Parsers DOM • validam um doc XML • geram um objeto document

  36. título mail Objetos do Modelo DOM document node listaLivros . . . livro ISBN livro preço autor autor “Tecnologia XML” 79.00 element nome nome “Maria Souza” “js@hotmail.com” “João da Silva” “jsilva@xxx.com” nodelist

  37. Exemplos de Métodos da API DOM document nodeList element

  38. DOM – Exemplo (JavaScript) var doc, raiz, livro1, autores, autor2; doc = new ActiveXObject(“Microsoft.XMLDOM”); doc.load(“livros.xml”); if (doc.parseError != 0) ...; else { raiz = doc.documentElement; /* busca o primeiro livro (primeiro nodo filho) */ livro1 = raiz.childNodes.item(0); /* busca a lista de autores do primeiro livro */ autores = livro1.getElementsbyTagName(“autor”); /* busca o segundo autor */ autor2 = autores.item(1); /* escreve o nome do autor – primeiro nodo filho */ document.write(“Nome do segundo autor: “ + autor.childNodes.item(0).data); }

  39. XSL (XML Style sheet Language) • Style sheet(folha de estilos) • define regras para a apresentação de dados • XSL • linguagem de definição de folha de estilos para um doc XML • formatação de apresentação • transformação do conteúdo do documento XML (XSLT) • indicação de que dados serão exibidos ou descartados • inserção de novos conteúdos • conversão XMLHTML, XMLXML, XMLTexto puro, ...

  40. Documento XSL • Define uma folha de estilo • Sintaxe XML • Referenciado em um doc XML • Processador XSL • programa que valida e executa as regras definidas em um doc XSL • alguns browsers Web processam docs XSL <?xml version=“1.0” ?> <?xml-stylesheet type=“text/xsl” href=“estilo.xsl” ?> ...

  41. Estrutura de um Doc XSL(T) <stylesheetxmlns = "http://www.w3.org/XSL/Transform/1.0"> </templatematch = “/livro/autor"> ... </template> ... </stylesheet> namespace default (DTD da W3C com instruções XSL) elemento raiz padrão: indica o elemento ou atributo para o qual a regra se aplica (expressão XPath) regra de formatação

  42. Exemplo de Transformação XSL Transformação: doc XSL Entrada: doc XML <stylesheet xmlns = ...> <template match = "listaLivros"> <html><head> <title>Livros Técnicos</title> </head> <apply-templates/> </html> </template> <template match = “livro"> <P> <apply-templatesselect = “livro[@tipo = "tecnico"]"> <sort = "título"> </apply-templates> </P> </template> ... <listaLivros> <livro tipo=“tecnico” ISBN=“01”> <título>XML Companion<\título> <autor> <nome>N. Bradley<\nome> ... <\autor> ... <\livro> <livro tipo=“tecnico” ISBN=“02”> <título>Data on the Web<\título> <autor> <nome>S. Abiteboul<\nome>... <\autor> ... <\livro>... </listaLivros> processar elementos filhos selecionar livros técnicos ordenar por títrulo

  43. Exemplo de Transformação XSL Transformação: doc XSL Entrada: doc XML ... <variable name = "separador">,</variable> <template match = "título"> <value-of select = "."> <value-of select = "{$separador}"> </template> <template match = "author/name"> <value-of select = "."> </template> </stylesheet> <listaLivros> <livro tipo=“tecnico” ISBN=“01”> <título>XML Companion<\título> <autor> <nome>N. Bradley<\nome> ... <\autor> ... <\livro> <livro tipo=“tecnico” ISBN=“02”> <título>Data on the Web<\título> <autor> <nome>S. Abiteboul<\nome>... <\autor> ... <\livro> ... </listaLivros> selecionar o conteúdo de título selecionar o conteúdo do nome do autor

  44. Exemplo de Transformação XSL Entrada: doc XML Saída: doc HTML <listaLivros> <livro tipo=“tecnico” ISBN=“01”> <título>XML Companion<\título> <autor> <nome>N. Bradley<\nome> ... <\autor> ... <\livro> <livro tipo=“tecnico” ISBN=“02”> <título>Data on the Web<\título> <autor> <nome>S. Abiteboul<\nome>... <\autor> ... <\livro> ... </listaLivros> <html> <head> <title> Livros Técnicos </title> </head> <P> XML Companion,N. Bradley </P> <P> Data on the Web,S. Abiteboul </P> ... </html>

  45. Roteiro • Introdução • Representação de Dados em XML • Tecnologia XML • XML e Bancos de Dados • gerenciamento de dados XML através de bancos de dados relacionais • gerenciamento de dados XML através de bancos de dados XML nativos • Conclusão

  46. XML e BD • Dados XML • manipulados por diversos domínios de aplicação • Tecnologia de BD • necessária para a manutenção de dados XML persistentes • XML & BD • XML é um dado não-convencional • dado semi-estruturado • tecnologia de BD necessita ser estendida para tratar este tipo de dado

  47. Dados Semi-Estruturados • Principais características • estrutura heterogênea • estrutura auto-descritiva • estrutura parcial • estrutura dinâmica

  48. Estrutura heterogênea • Cada ocorrência de dado pode ter um esquema particular <autor> <nome>Patrícia Vilain</nome> <endereco> <rua>Beira-Mar</rua> <numero>767</numero> <cidade>Fpolis</cidade> </endereco> <fone>3313333</fone> <fone>3313332</fone> </autor> <autor> <nome>Ronaldo Mello</nome> <endereco>rua B,23</endereco> <eMail>ronaldo@inf.ufsc.br</eMail> </autor>

  49. Estrutura auto-descritiva • Cada ocorrência de dado carrega o seu esquema <autor> <nome>Patrícia Vilain</nome> <endereco> <rua>Beira-Mar</rua> <numero>767</numero> <cidade>Fpolis</cidade> </endereco> <fone>3313333</fone> <fone>3313332</fone> </autor>

  50. Estrutura parcial • Apenas parte da descrição de um dado pode ser estruturada <capítulo numero = 2 titulo = “Tecnologia XML”> Este capítulo descreve ... XML<ref>(Mel03)</ref>. XML é um padrão ... <secao numero = 1> <titulo>DTD</titulo> Esta seção descreve ... </secao> ... </capítulo>

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