【51CTO獨家特稿】CAM即內容裝配機制（Content Assembly Mechanism），它是一個XML結構驗證方法，由于它是一個新生事物，文檔很少，因此本文就當掃盲了。

XML文檔的驗證需要確認文檔是完整的，并且符合在文檔類型定義（Document Type Definition 即DTD）中指定的規則，DTD是最早的規范說明方法，它提供了有用但有限的功能來驗證XML文檔結構，但只有一點語義；接著出現了XML Schema，它提供了更多靈活性和功能，增強了對結構的支持，并且很好地支持了語義，Schematron，RelaxNG已經嘗試提升對語義的支持，但都沒有取得什么進展；現在一種全新的技術在OASIS的保護下開發出來了，它就是CAM。

CAM不僅是一門schema語言，其設計目的是更好地滿足業務交流和互操作性要求，它提供了強有力的機制來驗證XML結構和語義，使其簡潔、易于使用和易于維護；它提供了一個上下文機制 -- 一種基于XML自身其它部分或外部參數來動態調整那些應被視為有效的XML實例。

CAM是一個令人興奮的技術，它的未來充滿希望，但它是一個新技術，可能有好有壞；CAM的開發非常迅速，因此在本文中，你可能會發現很多‘在寫本文的時候’的字眼。開發團隊也很勤奮，你反饋的問題可能很快就會得到修復，而且有些問題可能你還沒有發現就已經被修復了。

因此，在寫本文的時候，CAM文檔還很潦草：有一個正式的規范，一份白皮書，一份PowerPoint演示文稿和一些簡要介紹了編輯器和API的網頁。還沒有明確的指導和教程，本文的目標就是：“CAM：缺少的手冊”，擴大CAM文檔陣營。

你需要

◆基本上熟悉XPath，CAM大量使用了Xpath定義業務規則，請參考w3School的Xpath教程溫習一下。

◆基本上熟悉XML Schema，雖然本文表面上看起來是XML Schema的繼承，因為它廣泛地依賴于與XML Schema的對比，作為最有效的溝通方法，請參考w3School的XML Schema教程溫習一下。

規定合法XML

XML文檔是元素的多層次組合，它是一個用于存儲任何數量文字或數據結構的樹狀存儲結構，XML文檔需要很好的格式，這意味著它只有一個根，其元素和屬性必須符合簡單的XML語法規則，在XML沒有映射到特定的問題域（如數學、書籍協作或金融交易）之前，它都沒什么用處，這種映射將抽象的XML區域以一種專業XML語言與你的特定問題對應起來，任何專用語義都必須事先定義好，否則就會被認為是無效的，遭到拒絕。

思考一下下面的顧客地址：

﹤address﹥

  ﹤address_street﹥221B Baker Street﹤/address_street﹥

  . . .

  ﹤/address﹥

為了在XML Schema中驗證這個XML片段，你通常會定義一個如下的結構：

﹤xs:element name="address"/﹥

  . . .

  ﹤xs:element name="address_street" type="xs:string"/﹥

  . . .

  ﹤/xs:element﹥

這些限制條件指出﹤address_street﹥元素必須存在，并且必須包含在﹤address﹥元素內，還必須包含一個字符串。對于一個地址而言，一個簡單的字符串值可能是適當的，但其它字段你應該使用更具體的東西，要么是一個專門的字符串（一種衍生的，有限制的字符串）、日期、整數或其它定義類型。
XML Schema是一種基于語法的系統，在它里面你需要同時為語義和結構定義語法；另一方面，Schematron是一個基于規則的系統，你可以使用規則同時指定語義和結構，即你不僅使用規則指定address_street是一個字符串，還用規則指定﹤address_street﹥必須顯示在﹤address﹥元素內，XML Schema和Schematron從根本上說語義和結構都是糾纏在一起的。在編程方面耦合度很高，這是不可取的。
相比之下，CAM是一個混合系統，它將結構從語義中獨立出來（低耦合），使用規則指定語義，例如address示例看起來象：

﹤as:Structure﹥

  ﹤address﹥

  ﹤address_street﹥%street number and name%﹤/address_street﹥

  . . .

  ﹤/address﹥

  ﹤/as:Structure﹥

  

  ﹤as:Rules﹥

  ﹤as:constraint action="datatype(//address_street,string)" /﹥

  ﹤/as:Rules﹥

CAM模板的﹤as:Structure﹥小節定義了XML文檔的層次結構，實際上它是從XML文檔示例復制過來的，只不過將真實數據替換成占位符（以百分號標志出來）而已，因此前面的CAM模板表示是一個使用%street number and number%占位符替換真實數據的XML實例。
﹤as:Structure﹥小節補充了部分語義，它定義了一個元素包含了哪些其他元素，以及順序，和Schematron不一樣，你不需要費力地編寫規則代碼定義結構，CAM以所見即所得的形式指定結構，而Schematron不得不自己動手寫代碼，就和使用微軟Word字處理軟件一樣方便，所見即所得形式相對使用RTF文本生成Word文檔而言，編寫RTF實在是太乏味、太困難了，而且容易犯錯，如圖1所示。

圖1

所見即所得示例，微軟Word使用更直觀的形式編輯文檔（左側），但這兩種方式實際上都在完成同一件事情
即使有一些很酷的工具如XmlSpy或Liquid XML Studio可以幫助你實現所見即所得的感覺，XML Schema也不是所見即所得的，思考一下下面的示例代碼，它定義了一個cost，范圍在1-999，保留2位小數。

﹤xs:element name="cost"﹥

  ﹤xs:simpleType﹥

  ﹤xs:restriction base="xs:decimal"﹥

  ﹤xs:fractionDigits value="2" /﹥

  ﹤xs:totalDigits value="5" /﹥

  ﹤xs:minInclusive value="1" /﹥

  ﹤xs:maxInclusive value="999" /﹥

  ﹤/xs:restriction﹥

  ﹤/xs:simpleType﹥

  ﹤/xs:element﹥

下面顯示的兩個CAM語法是等同的：

﹤as:constraint action="setNumberMask(//Part/cost,###.##)" /﹥

﹤as:constraint action="setNumberRange(//Part/cost,1-999)" /﹥

CAM模板的﹤as:Rules﹥小節定義了在﹤as:Structure﹥小節中明確嵌入的語義之外的所有語義，包括數據類型、約束、基數、條件等。

CAM的優勢

表1總結了相對于XML Schema和DTD，CAM的關鍵優勢，表這每行將會在本文后面介紹，或以后的文章中介紹。

表1

表 1 重要的驗證特性，DTD，XML Schema和CAM對比表

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CAM編輯器介紹

從http://www.jcam.org.uk/下載最新版本的CAM編輯器，你可以選擇下載CAM模板編輯器或Jcam引擎，本文中大部分地方你只需要CAM模板編輯器就夠了（Jcam引擎執行CAM驗證）。
為了啟動CAM編輯器，你可能需要從零開始或從一個現有的XML文件或XSD文件創建一個模板，你會發現實際上創建一個模板還是瞞簡單的，我們還是使用W3C的Purchase Order模型開始，將這個文件存儲到本地，命名為po.xsd，在編輯器中，選擇‘文件’?‘從模型新建模板’，指定你剛剛存儲的文件的目錄和文件名（如圖2所示），在處理這個文件時程序可能會停頓幾秒鐘，處理完畢后，它會填滿根元素comment區域。

圖2

從模型新建模板對話框，指定你的XSD文件的路徑和文件名，然后從模型中選擇根元素，以便CAM編輯器為你創建一個基礎的CAM模板

Comment元素是po.xsd文件中所有﹤xsd:element﹥節點的第一個節點（按字母順序）的名字，這個文件包含兩個節點：comment和purchaseOrder。在下面的節選中以粗體顯示。你可以在清單1中查看完整的模型。

清單1 Po.xsd模型

下面是從w3c獲得了原始po.xsd模型，本文將使用它構建CAM模板：

你實際上想要purchaseOrder作為根，因此在對話框中將根元素切換成purchaseOrder，然后點擊‘確定’生成模板，此時程序會提示你保存模板，保存后模板就在CAM模板編輯器中打開了，如圖3所示：

圖3

CAM編輯器，從po.xsd模型生成模板后，編輯器同時顯示了結構和規則

編輯器中的每個標簽容器都涉及到一個視圖，結構視圖以樹形結構顯示XML的層次，圖3顯示定單有一個orderData屬性和四個子節點：shipTo，billTo，comment和items。items節點可能包括多個item子節點。CAM編輯器精確地反映了基礎XML CAM模板文件（PurchaseOrder/purchaseOrder_from_schema.cam），如下所示，這個文件中的﹤as:AssemblyStructure﹥小節顯示的內容實際上與圖3中結構視圖中的信息是一致的：

相比之下，XSD文件混合了結構和業務規則，因此維護成本更高，下面是一個完整CAM文件的頂層框架，顯示了兩個主要的元素：

你可以在清單2中查看完整的CAM模板文件。

清單2 生成的CAM模板

從原始XML模型文件生成的purchaseOrder_from_schema.cam模板：

規則視圖（圖3中高亮顯示）顯示了所有的業務規則，組成了模板的語義，與結構不同，規則存儲在文件中時與規則視圖不一樣，表2將規則視圖中的規則集中在一起了，在沒有研究這些規則的詳細情況時，你可以從它們發現：

◆規則可能是有條件的或絕對的，例如orderDate依賴于它的長度格式要求改變。

◆項目和條件是通過XPath指定的，在CAM中會廣泛使用到XPath，它提供了極大的靈活性和清晰度，相比之下，XML Schema 1.0只為高級的xs:unique和xs:key concepts使用XPath。

◆規則可能適用于很廣的元素范圍，也可能只能適用于很少的元素，XPath支持選擇文檔的中任何一部分：一個元素、一個屬性、所有你給定名稱的元素、所有在樹中確定位置的元素等。

◆規則是壓縮的、簡潔的、非常直觀的。實際上，正如你將會看到的，編寫CAM規則和編寫應用程序需求是一樣的。

表 2 編輯器中的業務規則：為定單轉換XML Schema，讓CAM自動生成這些規則。

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CAM驗證示例

現在你可以使用手中的模板驗證XML文件，W3C網站上除了提供定單模型外，還提供了一個定單實例（PurchaseOrder/po.xml），但下載下來的會有一個印刷錯誤，圖4高亮顯示了錯誤，如果你嘗試打開或驗證畸形的XML文件，CAM編輯器會顯示堆棧轉儲信息和錯誤消息（也看圖4），并拒絕載入文件。

圖4

畸形XML文件：這個圖顯示了為什么原始的po.xml文件不是合適的，將其載入CAM編輯器時顯示出其錯誤

當你通過將感嘆號和左半邊尖括號對換位置修復這個錯誤后（正確的文件是PurchaseOrder/po_corrected.xml），你可以使用CAM編輯器載入這個XML文件，CAM編輯器以XML視圖形式顯示這個文件，繪制成如結構視圖那樣的樹狀結構，如圖5所示，目前在模板中相同的元素顯示的是真實的值而不是占位符。

圖5

XML視圖：當你打開一個XML文件時，以XML視圖形式顯示樹形結構，可以折疊和展開

為了驗證文檔，選擇‘運行’?‘運行JCam’，你將會看到如圖6所示的Jcam運行對話框，默認情況下，Jcam選擇載入的XML文件，應該可以通過它的結構ID如purchaseOrder（這個結構的根）來識別，點擊‘完成’關閉這個對話框開始驗證，結果顯示在主窗口中下方的運行結果視圖中，注意驗證過程發現了兩個錯誤，盡管在圖6中只顯示了一個，如果你仔細一看，你會發現有錯誤的節點上會有一個黃色或紅色的圖標，在本例中，錯誤發生在﹤zip﹥元素上，它的父元素﹤shipTo﹥也顯示了一個錯誤圖標，甚至根元素﹤purchaseOrder﹥也顯示了一個錯誤圖標。同樣，你可以推斷第二個錯誤是隱藏在﹤billTo﹥元素中的。

圖6

執行驗證：驗證結果顯示在運行結果視圖中，每個驗證失敗的元素或屬性都有一個錯誤標記，它的上級元素就有一個警告標記

這個XML文件在任何XML Schema編輯器中驗證都沒有錯誤，為什么在這里驗證就失敗了呢？運行結果視圖中的錯誤指出zip代碼根據CAM模板的定義是無效的，這個模板會檢查是否是一個浮點數，因為在美國zip代碼要么是5位要么是9位的整數，zip代碼的CAM模板規則來自XSD規格說明XSD規格說明簡單說明了zip代碼是一個十進制數，這一點你可以從清單1中看到：在USAddress復雜類型中查找zip字段，CAM模板生成程序應該避免不用的輸入輸出。但你可能不同意，我提交的XSD規格說明太寬松了，數據類型應該是一個整數而不是一個十進制數，下面的部分將會介紹如何使用CAM編輯器來糾正這個錯誤。

當你按照本文的例子進行研究時，你可能會遇到模板沒有象預期那樣運轉，在這種時候要檢查兩樣東西：

◆點擊‘工具’→‘驗證CAM模板’菜單項查找所有問題。

◆如果你在運行JCam對話框中點擊‘完成’按鈕，似乎什么事情都不會發生，按‘取消’關閉對話框，然后查看控制臺視圖中的錯誤消息，例如，如果你忘記指定要驗證的XML文件了，對話框不會禁用完成按鈕，控制臺視圖中報告的錯誤是‘模板是空的’，這多少會讓人有些誤解。如果控制臺視圖什么都沒有顯示，那就表示一切ok。

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創建業務規則

在結構視圖中選擇﹤shipTo﹥元素下的﹤zip﹥元素，附加到這個元素的規則顯示在項目規則（ItemRules）視圖中，在本例中只有一個規則，使用的是setNumberMask謂詞。在類別（category）列中的規則上點擊右鍵打開這個規則的上下文菜單，然后選擇‘編輯規則’，打開編輯約束規則對話框，如圖7所示。

圖7

編輯約束規則：為了修復setNumberMask謂詞附加到//shipTo/zip元素，選擇結構視圖中的元素，打開它的上下文菜單，選擇編輯規則打開編輯約束規則對話框，點擊數字特征碼字段明確指定特征碼

在數字特征碼字段上點擊，打開另一個對話框編輯特征碼，現在只需要將######.##修改為#####即可，關閉這兩個對話框，在主編輯器窗口中，你會看到更新后的規則，重新執行一次驗證，//shipTo/zip錯誤應該不會再出現，只留下//billTo/zip錯誤，很明顯這是一個相同的錯誤，因此你可以使用相同的手段修復它，但因為//billTo/zip和//shipTo zip的值應該一樣，這樣就可以使用一個通用的規則而不用每個指定一條規則了，本文的第二部分將會詳細地介紹如何使用通用規則。

規則更新后你也應該更新占位符（圖7中的項目1），如果你和圖6比較，你會發現值從%54321.00%變成%54321%了，它更能代表zip代碼，在這個特殊的例子中，元素的占位符和關聯的規則的緊密相關的，假設它們自動相互跟蹤是合理的，但在許多情況下，關系并不是直接的，元素和規則是多對多的關系：你可以對一個元素應用多個規則，或者一個規則應用給多個元素。

為了更新圖7所示的元素占位符，在結構視圖中//shipTo/zip字段上打開上下文菜單，選擇‘編輯文本’，在對話框中將54321.00%修改成%54321%。

占位符為兩個角色服務，CAM處理程序單獨使用它確定某個元素的內容是否已被修復，這是由圍繞在占位符兩邊的百分比符號確定的，注意在更新元素的占位符前，你要重新驗證//shipTo/zip字段，確認在百分比符號中間的值被CAM處理程序忽略。

百分比符號之間的值應該是準確、簡明地指出包含什么元素，通常上下文已經為你完成了大部分工作：元素的名字是‘zip’，在美國它會被立即認為是5、9或10位整數，通過設置占位符為%54321%，你告訴用戶模板只接受5個字符的zip代碼。

強度測試驗證

現在你已經更新了占位符和規則，但只修改這兩個地方就足夠驗證zip代碼了嗎？為了測試它，你需要為CAM處理程序提供不同的測試用例，最簡單的方法是打開包含你要驗證的數據的XML視圖，修改//shipTo/zip的值，然后再重新驗證，你可以在XML視圖中象結構視圖那樣編輯節點：打開上下文菜單選擇編輯文本，確定最小值以便覆蓋到所有范圍，讓每個值都被驗證一次，表3提供了這樣一個列表，從這個表中可以看到有兩個地方一個是pass掉，而另一個卻沒有過，只有這兩個驗證函數都過了才行。

表 3 zip代碼測試用例：這個表顯示了使用數字型特征碼#####和使用字符串型特征碼00000進行驗證的結果，結果以綠色表示的是正確的，以紅色表示的是錯誤的

這兩個測試都通過具有相同的原因：特征碼是數字，這兩個測試都是有效的數字。雖然zip代碼只包含數字，實際上它是一個字符串，從數字上來說，00001和1是相等的，在zip代碼域中，00001代表一個有效的代碼，而1不是。因此要使用numeric特征碼代替textual特征碼，為//shipTo/zip打開編輯約束對話框，將行為從setNumberMask修改成setStringMask，在String Mask字段上點擊打開特征碼編輯器，輸入5個0，或者按數字0-9之間任何一個數字5次，然后退出這兩個對話框，如果你現在重新驗證表3中的每個測試用例，你會發現它們所有的測試結果都是正確的。

在正式的CAM規格說明書的3.4.3節（CAM內容特征碼語法）列出了有效的特征碼字符，表4就是改變自它的。

表 4 特征碼字符：當規則行為需要特征碼時，這些字符有特定的含義

如果你想找一個具有完整、清晰文檔，并且所有的bug都被消除的工具，那這個可能會讓你失望，但你如果不介意寶石周圍那一點點瑕疵，我相信在你的兵器庫中CAM會是一個偉大的工具，最后，我要告訴那些熱心的開發者們，CAM編輯器和CAM引擎最近的版本（我用的是1.6.2版）中的行為完全是合理的。

這是第一部分的內容，到此就結束了，現在你至少知道其實使用CAM設計時還是很簡單的，在本文的第二部分中，你將會看到CAM的強大之處，另外，你還將會看到關于開發模板和規則使用的技術更深入的討論，包括：通用結構和通用規則，基于內部或外部因子的條件驗證，詳細比較XSD關于數據類型、排序和基數。最后還將介紹如何避免常犯的錯誤。

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