XML 验证是指使用特定的规则和工具检查 XML 文档是否符合预定义的结构、语法和约束。验证的目的是确保 XML 文档的格式是正确的，并且符合某些标准或规范，这些标准可以是 DTD（文档类型定义）、XML Schema 或 Relax NG 等。

1. XML 验证的目的

  • 语法验证：确保 XML 文档的语法正确，比如正确使用开始和结束标签、属性等。
  • 结构验证：确保 XML 文档的结构符合预定义的约束和规则。
  • 数据验证：确保文档中数据的格式或类型符合规定。

2. XML 验证的方式

XML 的验证主要通过两种方法来完成：

  1. 使用 DTD（文档类型定义）：DTD 是定义 XML 文档合法结构和元素规则的标准。
  2. 使用 XML Schema：XML Schema 提供了一种比 DTD 更强大、更灵活的方式来定义 XML 文档的结构、数据类型和约束。

3. DTD（文档类型定义）验证

DTD 是一种描述 XML 文档结构的语言，定义了合法的元素、属性以及它们的顺序、出现次数等规则。DTD 可以在 XML 文档内部定义，也可以通过外部文件来定义。

3.1 内嵌 DTD

内嵌 DTD 是将 DTD 定义直接放入 XML 文件内部。通常放在文件的开头部分。

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE person [
    <!ELEMENT person (name, age)>
    <!ELEMENT name (#PCDATA)>
    <!ELEMENT age (#PCDATA)>
]>
<person>
    <name>John Doe</name>
    <age>30</age>
</person>
  • 这个 DTD 定义了一个 person 元素，包含 name 和 age 两个子元素，且它们的内容为 PCDATA（可解析字符数据）。

3.2 外部 DTD

外部 DTD 是将 DTD 定义放在单独的文件中，然后通过 DOCTYPE 声明引用。

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE person SYSTEM "person.dtd">
<person>
    <name>John Doe</name>
    <age>30</age>
</person>

person.dtd 文件内容：

<!ELEMENT person (name, age)>
<!ELEMENT name (#PCDATA)>
<!ELEMENT age (#PCDATA)>
  • 通过引用外部 DTD 文件，XML 文档可以验证是否符合该 DTD 定义的结构。

4. XML Schema 验证

XML Schema 是一种比 DTD 更强大的 XML 结构描述语言。它不仅可以定义元素和属性的结构，还可以定义数据类型、数据范围、长度限制等复杂规则。

4.1 XML Schema 基本结构

XML Schema 文件使用 XSD（XML Schema Definition）语言编写，它的后缀通常是 .xsd。它允许对数据类型进行精确控制。

示例 person.xsd：

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<xs:schema xmlns:xs="http://www.w3.org/2001/XMLSchema">
    <xs:element name="person">
        <xs:complexType>
            <xs:sequence>
                <xs:element name="name" type="xs:string"/>
                <xs:element name="age" type="xs:int"/>
            </xs:sequence>
        </xs:complexType>
    </xs:element>
</xs:schema>

在上面的示例中：

  • name 元素是字符串类型（xs:string）。
  • age 元素是整数类型（xs:int）。
  • 使用 xs:complexType 和 xs:sequence 定义了元素的顺序和结构。

4.2 XML 文档引用 XML Schema

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<person xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
        xsi:noNamespaceSchemaLocation="person.xsd">
    <name>John Doe</name>
    <age>30</age>
</person>

在此示例中，XML 文档使用 xsi:noNamespaceSchemaLocation 属性引用了外部的 person.xsd Schema 文件，确保 XML 文档的内容符合 Schema 定义。

4.3 验证过程

XML Schema 验证过程包括：

  1. 结构验证：检查文档的元素和属性是否符合 Schema 定义的规则。
  2. 数据验证：确保数据类型（如 xs:string、xs:int）与实际内容匹配。
  3. 约束验证：检查元素的顺序、必填性、最小/最大出现次数等是否符合约束。

5. Relax NG 验证

Relax NG 是一种轻量级的 XML 模式定义语言，可以用于描述 XML 文档的结构。它与 XML Schema 类似，但语法更简洁，并且支持两种主要的语法：

  • XML 语法
  • Compact 语法

它被认为比 XML Schema 更易于使用和理解，尤其适合简单的 XML 结构。

6. XML 验证工具

为了确保 XML 文档符合规定的模式，可以使用一些验证工具来执行验证。这些工具会检查 XML 是否符合 DTD、XML Schema 或其他约束。常见的验证工具包括：

  • XMLSpy：支持 DTD、XML Schema 等格式的验证。
  • Saxon：一个支持 XML Schema 和 XSLT 的处理器，提供验证功能。
  • xmllint：一个命令行工具，支持 DTD 和 XML Schema 验证。
  • Java SAXParser 或 DOMParser：Java 提供的 XML 解析器，可以在解析 XML 时进行验证。

示例：使用 xmllint 进行 XML 验证

xmllint --noout --schema person.xsd person.xml

这个命令将验证 person.xml 文件是否符合 person.xsd Schema 的定义。

7. 总结

XML 验证是确保 XML 文档符合预定结构和数据规则的重要步骤。通过使用 DTD、XML Schema 或 Relax NG，可以对 XML 文档进行结构和数据验证，确保文档的正确性和一致性。验证不仅有助于发现格式错误，还可以保证数据在不同系统之间传输时的可靠性和正确性。