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Java 基础之 XQuery：强大的 XML 查询语言

article 2024/12/26 23:44:04

一、什么是 XQuery

XQuery 是一种函数式语言，专门用于检索以 XML 格式存储的信息。它负责从 XML 文档中查找和提取元素及属性，在网络服务中有着广泛的应用，比如提取信息、生成摘要报告、进行数据转换等。

XQuery 是 W3C 设计的一种针对于 XML 的查询语言，类似于 SQL 对数据库的作用，能够筛选出 XML 的子集，并进行分组、排序、计算等，功能非常强大。主流编程语言、关系数据库均提供了部分（完全）的支持，为处理 XML 数据提供了一种新的思路。

XQuery 的主要用途包括从关系数据库中提取信息并用于网络服务、产生存储在数据库中数据的报表以 HTML 显示在网页、从 XML 数据库中搜索信息、从数据库或打包好的软件中提取数据并进行转换以进行其他应用、合并传统的非 XML 的数据以进行统一管理等。

对于学习 XQuery，有一些推荐资源，如书籍《XQuery 权威指南》《ASP.NET 2.0 XML 高级编程》《SQL Server 2005 XML 高级编程》，网站有 W3C XQuery 主页、XMLPlease、W3School、DataDirect、TechNet XQuery 主页等。开发工具推荐使用 Altova XML Spy 2010 Enterprise Edition 和 Stylus Studio 2010 Enterprise Edition，也可以使用 Dreamweaver、Visual Studio、UltraEdit 等。

以使用 Altova XML Spy 2010 Enterprise Edition 为例，可通过以下步骤进行 XQuery 的 “Hello World”：

打开 Altova XML Spy，点击【Project】--【New Project】新建一个项目，Ctrl + S 保存，重命名为 Simple Test。

点击【File】--【New】，选择【XML Extensible Markup Language】，点击【OK】，注意这时会提示要选择一个 DTD 还是 Schema，由于只是新建一个简单的 XML 文件，故选择 Cancel，添加一个 XML 文件：Users.xml。代码为 `

<Users>

</User>

<Name>Jerry</Name>

</User>

<Name>Brooks</Name>

</User>

</Users>`。

3. 新添加的文件默认不是在项目中，保存后在项目中的【XML Files】上右击，选择【Add Files】，将 Users.xml 添加到项目中。

4. 以类似的方法，新建一个 XQuery 文件：Users.xq 并添加到项目中，模板类型选择【xq XML Query Language】。

5. 输入如下代码：`xquery version "1.0";doc("Users.xml")/Users/User/Name`。doc()是一个内置函数，将读取指定的 XML 文件，“/Users/User/Name”称之为路径表达式，注意必须按照元素出现的顺序书写，查询出所有的 Name 节点。Alt + F10 执行查询，当提示选择哪个 XML 文件时，定位到 Users.xml，点击【Execute】，将会新打开一个 XML 文件以显示查询结果。

6. 查询所有指定的元素：`xquery version "1.0";doc("Users.xml")//User`。双斜线“//”表示任意路径，即 User 上面可以有任意父级元素，上面代码即查询所有的 User 元素。

7. 查询指定属性的元素：`xquery version "1.0";doc("Users.xml")/Users/User[@id= "1"]`。“@”表示获取属性，并用中括号括起来，上面表达式的意思为：获取 User 元素中属性 id 为“1”的所有 User 元素，并将查询出相应 User 的所有子元素。

8. 用索引获取指定的元素：`xquery version "1.0";doc("Users.xml")//User[2]`。获取第二个“User”元素及其子元素，注意 XQuery 的索引从 1 开始而不是从 0。

XQuery 查询语言具有许多功能。主要功能列表如下：XQuery 是一种功能语言，用于检索和查询基于 XML 的数据，是具有简单类型系统的面向表达式的编程语言，与 SQL 类似，基于 XPath，并使用 XPath 表达式浏览 XML 文档，是 W3C 标准，被所有主要数据库普遍支持。

XQuery 有很多优点，可用于检索层次结构和表格数据，也可以用于查询树和图形结构，可用于构建网页、查询网页，最适合基于 XML 的数据库和基于对象的数据库，对象数据库比纯表格数据库更加灵活和强大，可用于将 XML 文档转换为 XHTML 文档。

XQuery 和 XPath 关系密切，XQuery 1.0 和 XPath 2.0 共享相同的数据模型，并支持相同的函数和操作符。如果已经学习了 XPath，那么理解 XQuery 就不会有太大问题。

XQuery 可用于以下情况：提取信息以用于 Web 服务、生成摘要报告、将 XML 数据转换为 XHTML、搜索 Web 文档以获取相关信息。

XQuery 是 XML 数据的查询语言，类似于 SQL 是数据库的查询语言，被设计用于查询 XML 数据。XQuery 示例：for $x in doc("books.xml")/bookstore/book where $x/price > 30 order by $x/title return $x/title。

XQuery 的特点包括是查询 XML 数据的语言，用于 XML 就像 SQL 用于数据库一样，基于 XPath 表达式构建，是一种从 XML 文档中查找和提取元素和属性的语言。

XQuery FLWOR 表达式是一个缩写，代表 “For, Let, Where, Order by, Return”，它是一种用于在 XQuery 中进行数据处理的表达式。For 选择一系列节点，Let 将一个序列绑定到一个变量，Where 过滤节点，Order by 对节点排序，Return 返回结果（对每个节点进行一次评估）。

XQuery 扁平化 XML 是指将复杂的 XML 数据结构转换为扁平的表格形式，以便更方便地进行数据分析和处理。XQuery 扁平化 XML 可以分为基于路径的扁平化和基于关系的扁平化两种类型。XQuery 扁平化 XML 具有数据分析、数据集成、数据可视化等优势，在数据仓库、数据集成、数据分析等场景中得到广泛应用。

XQuery 是一种用于查询和处理 XML 数据的编程语言，允许用户从 XML 文档中提取数据，以及对 XML 数据进行转换、过滤和组合等操作。XQuery 对大小写敏感，其元素、属性和变量必须是合法的 XML 名称。字符串值可用单引号或双引号表示，变量以 “$” 开头加上名称，注释位于 “(:” 和 “:)” 之间。XQuery 还支持用户自定义函数。

XQuery 可用于从 XML 文件中提取信息，支持排序和生成 HTML 表格等功能。XQuery 共享 XPath 2.0 的数据模型和支持相同的函数和运算符。其数据类型与 XML Schema 1.0 (XSD) 相同，包括字符串、日期、数值和其他杂项类型。

二、XQuery 在 Java 中的应用场景

在 Web 服务中，使用 XQuery 来查询和生成 XML 格式的响应。

XQuery 在 Web 服务中有广泛的应用。例如，在构建 Web 应用程序时，可以使用 XQuery 来查询和处理从后端数据库或其他数据源获取的 XML 数据，然后生成 XML 格式的响应返回给客户端。XQuery 的灵活性使得它能够根据不同的需求进行定制化的查询和数据转换，满足各种复杂的 Web 服务场景。参考资料中提到 “XQuery 简介_qt xquery 详解 - CSDN 博客” 中也指出 XQuery 广泛应用于需要对 XML 数据进行查询和转换的场景，其中就包括在 Web 服务中使用 XQuery 来查询和生成 XML 格式的响应。

在数据库中，使用 XQuery 来查询和转换 XML 数据。

在数据库领域，XQuery 发挥着重要作用。许多数据库管理系统支持 XML 数据的存储和查询，而 XQuery 则是一种强大的工具，用于在这些数据库中查询和转换 XML 数据。例如，可以使用 XQuery 从存储在数据库中的 XML 文档中提取特定的信息，进行数据过滤、排序和聚合等操作。同时，XQuery 还可以将 XML 数据转换为其他格式，以便与其他系统进行交互。如 “如何使用 XQuery 根据属性过滤 XML 数据_根据属性值... - 腾讯云” 中提到，XQuery 可以用于从 XML 数据库中提取特定数据，并生成报表或进行统计分析。

在内容管理系统中，使用 XQuery 来查询和生成 XML 格式的数据。

内容管理系统通常需要处理大量的 XML 格式的数据，如文章、文档、媒体资源等。XQuery 可以帮助内容管理系统高效地查询和生成 XML 格式的数据。通过使用 XQuery，可以根据特定的条件从 XML 数据源中提取所需的内容，并将其转换为适合展示或发布的格式。例如，在一个新闻内容管理系统中，可以使用 XQuery 从 XML 格式的新闻稿件中提取标题、摘要、发布日期等信息，并生成 HTML 页面进行展示。参考资料中的 “XQuery 简介_qt xquery 详解 - CSDN 博客” 也提到在内容管理系统（CMS）中，使用 XQuery 来查询和生成 XML 格式的数据。

三、Java 中如何使用 XQuery

1. 引入 xQuery 解析器

在 Java 中，可以使用 Saxon 或 XMLStarlet 来解析 xQuery 语句。首先需要在项目中引入相关的 jar 包。例如，可以从 Maven 仓库中添加 Saxon 的依赖：

<dependency>

<groupId>net.sf.saxon</groupId>

<artifactId>Saxon-HE</artifactId>

<version>9.9.1-5</version>

</dependency>

2. 创建 xQuery 查询语句

使用 xQuery 语言编写需要执行的查询语句。例如，查询 XML 文档中所有价格大于 30 的书籍的标题：

for $x in doc('example.xml')//book where $x/price>30 return $x/title

3. 创建 XML 文档

将需要查询的 XML 数据存储在一个 XML 文件中。例如：

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>

<bookstore>

<book>

<title>Book 1</title>

<price>25</price>

</book>

<book>

<title>Book 2</title>

<price>35</price>

</book>

</bookstore>

4. 解析 XML 文档

使用 Java 中的 DOM 或 SAX 解析器解析 XML 文档。例如，可以使用以下代码使用 DOM 解析器解析 XML 文档：

import javax.xml.parsers.DocumentBuilder;

import javax.xml.parsers.DocumentBuilderFactory;

import org.w3c.dom.Document;

public class XMLParser {

public static Document parseXML(String filePath) throws Exception {

DocumentBuilderFactory factory = DocumentBuilderFactory.newInstance();

DocumentBuilder builder = factory.newDocumentBuilder();

return builder.parse(filePath);

}

5. 执行 xQuery 查询

将查询语句传递给 xQuery 解析器，并执行查询操作。以 Saxon 解析器为例，可以使用以下代码执行 xQuery 查询：

import net.sf.saxon.s9api.*;

public class XQueryExample {

public static void main(String[] args) throws SaxonApiException {

// 创建 xQuery 查询语句

String xquery = "for $x in doc('example.xml')//book where $x/price>30 return $x/title";

// 创建 Processor 和 XQueryCompiler 对象

Processor processor = new Processor(false);

XQueryCompiler compiler = processor.newXQueryCompiler();

// 编译查询语句

XQueryExecutable exec = compiler.compile(xquery);

// 创建 XQueryEvaluator 对象

XQueryEvaluator query = exec.load();

// 解析 XML 文档

DocumentBuilder builder = processor.newDocumentBuilder();

XdmNode doc = builder.build(new File("example.xml"));

// 设置查询上下文

query.setContextItem(doc);

// 执行查询并处理结果

XdmValue result = query.evaluate();

for (XdmItem item : result) {

System.out.println(item.getStringValue());

}

6. 处理查询结果

解析器返回查询结果，Java 程序可以将结果存储在内存中或输出到文件等。例如，可以将查询结果存储在一个列表中：

import java.util.ArrayList;

import java.util.List;

import net.sf.saxon.s9api.XdmValue;

public class XQueryResultHandler {

public static List<String> handleResult(XdmValue result) {

List<String> titles = new ArrayList<>();

for (XdmItem item : result) {

titles.add(item.getStringValue());

}

return titles;

}

四、XQuery 在 Java 开发中的优势

灵活性：XQuery 提供了丰富的函数和操作符，可以方便地对 XML 数据进行查询和转换。在 Java 开发中，这种灵活性尤为明显。例如，可以使用 XQuery 的函数和操作符来处理从数据库或其他数据源获取的 XML 数据，根据不同的需求进行定制化的查询和数据转换。比如在内容管理系统中，可以通过 XQuery 灵活地从 XML 数据源中提取所需的内容，并将其转换为适合展示或发布的格式。

强大性：XQuery 支持 FLWOR 表达式，可以执行复杂的查询和转换操作。FLWOR 表达式（For, Let, Where, Order by, Return）类似于 SQL 中的 SELECT 语句，能够对 XML 数据进行强大的筛选、排序和聚合操作。在 Java 应用中，可以利用 XQuery 的 FLWOR 表达式来处理复杂的 XML 数据查询和转换任务，提高数据处理的效率和灵活性。

易于学习：XQuery 的语法类似于 SQL，对于熟悉 SQL 的用户来说，学习 XQuery 相对容易。这使得 Java 开发人员能够快速上手 XQuery，将其应用于 XML 数据的处理中。尤其是对于那些已经有数据库开发经验的人员，更容易理解和掌握 XQuery 的语法和用法，从而提高开发效率。

五、XQuery 注入的危害及防范

XQuery 注入的危害：

XQuery 注入可能会访问存储在敏感数据资源中的信息，获得被入侵服务器的配置信息。就如同在一些实际案例中，攻击者利用 XQuery 注入漏洞，成功获取了数据库中的敏感信息，对企业和用户造成了极大的损失。例如，攻击者可能会获取用户的个人信息、财务数据等，严重侵犯了用户的隐私权。同时，攻击者还可能获得服务器的配置信息，从而进一步攻击服务器，导致服务器瘫痪或被远程控制。

如何避免 XQuery 注入：

- 使用参数化的查询，/root/element [@id=$ID]。参数化查询可以有效地防止 XQuery 注入攻击。通过将用户输入的数据作为参数传递给查询，而不是直接拼接在查询语句中，可以避免攻击者利用恶意输入来改变查询的逻辑。例如，在 Java 中使用 Saxon 解析器时，可以使用类似 SQL 查询中的占位符的方式，声明变量来模拟参数化查询，从而提高查询的安全性。

- 创建一份安全字符串列表，限制用户只能输入该列表中的数据。这样可以有效地限制用户的输入范围，防止攻击者输入恶意的字符或代码。例如，可以创建一个包含合法用户名、密码等数据的安全字符串列表，当用户输入数据时，程序可以检查用户输入是否在安全字符串列表中，如果不在，则拒绝该输入。

- 净化用户输入，fn:doc ()、fn:collection ()、xdmp:eval () 和 xdmp:value () 这些函数需要特别注意，过滤掉 ’、[、= 和 & 等特殊字符。净化用户输入是防止 XQuery 注入的重要措施之一。对于一些可能被攻击者利用的函数，如 fn:doc () 等，需要特别注意对用户输入的过滤。可以通过编写过滤函数，对用户输入的字符串进行检查，去除可能导致注入攻击的特殊字符。例如，可以使用正则表达式来过滤用户输入，确保输入的字符串

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