17、加固XML：构建可靠Web应用的关键

最新推荐文章于 2025-10-26 06:48:07 发布

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分类专栏：构建坚不可摧的Web应用之道文章标签： XML Web应用数据验证

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加固XML：构建可靠Web应用的关键

1. XML简介

XML（可扩展标记语言）是一组技术，旨在描述结构化数据。它近年来受到了广泛关注，被认为是解决Web应用开发中诸多问题的灵丹妙药。然而，正如Fred Brooks在1986年指出的，“没有银弹”。尽管XML不是万能的解决方案，但当正确使用时，它可以显著提升Web应用的健壮性和灵活性。

1.1 XML的特点

XML由W3C（万维网联盟）定义，具有以下特点：

结构化数据 ：XML描述了以特定模式组织的数据。结构指的是组件及其之间的关系。
多样化的技术栈 ：XML涵盖了多种技术，如XForms、XHTML、XLink、XML Base、XML Encryption、XML Protocol、XML Query、XML Schema、XPath、XPointer、XSL和XSLT。
文档与数据双重视角 ：XML既可以被视为一个可以通过文本编辑器编辑的文本文档，也可以被视为一种用于序列化数据的格式，这些数据通常由程序自动生成和解析，而不需要人类直接查看或操作。

1.2 XML与HTML的区别

XML和HTML都源自SGML（标准通用标记语言），但两者有显著区别：

特征	XML	HTML
内容与表现	分离内容和表现形式	混合内容和表现形式
灵活性	更加灵活，适合多种用途	专为网页设计
适用场景	作为中间格式，与HTML结合使用	直接用于浏览器显示

2. 何时使用XML？

在决定是否使用XML之前，必须明确它在特定应用场景中的优势和劣势。以下是一些关键考虑因素：

2.1 提升灵活性

使用XML作为中间格式可以增加灵活性，因为一个XML文档可以转换成多种展示格式。例如，通过XSLT（可扩展样式表语言转换），可以将XML文档转换为HTML、PDF或其他格式。这使得内容可以在不同平台上重用，而无需重复编码。

2.2 简化复杂度

直接创建HTML虽然简单，但在某些情况下，使用XML可以简化复杂度。特别是当需要跨多个平台共享数据时，XML作为一种标准化的数据交换格式显得尤为重要。

2.3 示例：在线杂货店应用

考虑一个在线杂货店应用，产品信息原本存储在数据库中，通过Java类查询并编码为HTML。如果要与业务伙伴共享产品列表，可以生成如下的XML文档：

<?xml version="1.0" encoding="US-ASCII"?>
<ProductList>
  <Product color="green" file="apple_fruit_green.gif" id="0" isFruit="true">
    Green apples are great for making caramel apples. The sour taste of the apple and the sweet taste of the caramel blend well together.
  </Product>
  <Product color="green" file="artichoke_veg_green.gif" id="1" isFruit="false">
    Artichoke hearts are the tastiest part of the artichoke. When you eat the heart, it’s love at first bite!
  </Product>
</ProductList>

3. XML验证

确保XML文档的正确性和一致性至关重要。为此，可以采取以下措施：

3.1 检测和预防错误

XML文档应满足以下条件：

格式良好 ：文档结构正确，标签匹配。
有效：符合预定义的DTD（文档类型定义）或Schema。
遵守组标准 ：遵循行业或企业内部的标准。
符合特定规则 ：满足应用程序特有的规则。

3.2 自定义验证

使用脚本或规则进行自定义验证可以帮助确保XML文档的准确性和一致性。例如，可以编写规则来检查WML文档是否符合特定设备的要求。以下是一个使用RuleWizard创建的规则，确保 <select> 元素不包含 multiple="true" 属性：

graph TD;
    A[选择起始节点<select>] --> B[选择@multiple属性];
    B --> C[设置multiple属性为true];
    C --> D[指定输出消息];

3.3 示例：SuperBrand规则

通过RuleWizard，可以创建一个规则，确保WML文档在SuperBrand手机上正确显示。以下是完整的规则和输出消息：

<rule>
  <startNode><select></startNode>
  <attribute>@multiple</attribute>
  <value>true</value>
  <outputMessage>Select should not have multiple="true".</outputMessage>
</rule>

图17-4展示了这一规则的具体实现。

请继续阅读下半部分内容，了解更多的XML加固技术和最佳实践。

4. 数据验证

除了确保XML文档本身的正确性外，还需要验证XML中包含的数据。这是因为XML不仅用于表示代码结构，还用于表示结构化数据。因此，数据验证是确保Web应用稳健性的关键步骤之一。

4.1 验证数据的必要性

在Web应用中，XML常用于传输和存储数据。因此，确保这些数据的完整性和准确性至关重要。例如，在电子商务应用中，XML可能用于表示订单信息、客户资料等。如果这些数据不准确，可能会导致严重的业务问题。

4.2 数据验证方法

以下是几种常用的数据验证方法：

模式验证 ：使用XML Schema或DTD来验证XML文档的结构和内容。
自定义规则 ：编写特定规则来验证数据的特定属性。例如，确保价格字段始终为正数，或者确保日期格式正确。
数据完整性检查 ：确保引用的数据存在且有效。例如，检查外键约束，确保引用的ID存在于相应的表中。

4.3 示例：MathML中的递减顺序规则

MathML是一种基于XML的语言，用于描述数学符号。一个特定的应用规则是要求多项式表达式的各项按降序排列。以下是一个使用RuleWizard创建的规则示例：

graph TD;
    A[创建MathML规则] --> B[选择<math>元素];
    B --> C[遍历子元素];
    C --> D[检查项的顺序];
    D --> E[确保项按降序排列];

图17-8展示了这一规则的具体实现：

<rule>
  <startNode><math></startNode>
  <expression>
    AsNumber(components) > MAX(A)
  </expression>
  <outputMessage>Polynomial terms should be in decreasing order.</outputMessage>
</rule>

5. XML与XSLT的结合

XSLT（可扩展样式表语言转换）是一种用于将XML文档转换为其他格式的强大工具。通过XSLT，可以将XML文档转换为HTML、PDF、WML等多种格式。以下是XSLT在Web应用中的几种常见用法：

5.1 将XML转换为HTML

XSLT可以将XML文档转换为HTML，以便在浏览器中显示。这对于动态生成网页内容非常有用。例如，一个在线商店可以使用XSLT将产品列表XML转换为HTML页面。

5.2 将XML转换为WML

WML（无线标记语言）用于在移动设备上显示内容。通过XSLT，可以将XML文档转换为WML，以适应不同的移动设备。例如，一个新闻应用可以使用XSLT将RSS提要转换为WML，以便在手机上查看。

5.3 示例：在线杂货店应用中的XSLT

在在线杂货店应用中，可以使用XSLT将产品列表XML转换为HTML和WML。以下是将XML转换为HTML的示例：

<xsl:stylesheet version="1.0" xmlns:xsl="http://www.w3.org/1999/XSL/Transform">
  <xsl:template match="/">
    <html>
      <body>
        <h2>Product List</h2>
        <table border="1">
          <tr>
            <th>ID</th>
            <th>Name</th>
            <th>Description</th>
          </tr>
          <xsl:for-each select="ProductList/Product">
            <tr>
              <td><xsl:value-of select="@id"/></td>
              <td><xsl:value-of select="."/></td>
              <td><xsl:value-of select="@description"/></td>
            </tr>
          </xsl:for-each>
        </table>
      </body>
    </html>
  </xsl:template>
</xsl:stylesheet>

6. XML的安全性

在Web应用中，XML的安全性不容忽视。攻击者可能会利用XML注入漏洞来破坏应用或窃取敏感信息。因此，必须采取措施确保XML的安全性。

6.1 防止XML注入

XML注入是一种攻击手段，攻击者通过在XML文档中插入恶意代码来执行未经授权的操作。防止XML注入的关键在于：

输入验证 ：确保所有输入数据经过严格的验证，防止恶意代码注入。
使用安全的解析器 ：选择支持安全功能的XML解析器，如防止外部实体解析（XXE）。
最小权限原则 ：确保XML解析器以最低权限运行，减少潜在的攻击面。

6.2 示例：防止XXE攻击

以下是一个防止XXE攻击的示例代码：

DocumentBuilderFactory factory = DocumentBuilderFactory.newInstance();
factory.setFeature("http://apache.org/xml/features/disallow-doctype-decl", true);
DocumentBuilder builder = factory.newDocumentBuilder();
Document doc = builder.parse(new InputSource(new StringReader(xmlString)));

6.3 XML加密与签名

为了进一步增强安全性，可以使用XML加密和签名。XML加密可以保护敏感数据免受未授权访问，而XML签名可以确保数据的完整性和来源的真实性。

XML加密 ：使用XML Encryption标准对敏感数据进行加密。
XML签名 ：使用XML Signature标准对XML文档进行数字签名。

7. XML的性能优化

在Web应用中，XML的性能优化同样重要。以下是一些优化XML处理性能的方法：

7.1 减少XML文档大小

过大的XML文档会影响性能，特别是在网络传输中。可以通过以下方法减少XML文档的大小：

压缩：使用GZIP等压缩算法对XML文档进行压缩。
简化结构 ：去除不必要的标签和属性，简化XML结构。

7.2 使用高效的解析器

选择高效的XML解析器可以显著提高性能。常见的高效解析器包括：

SAX解析器 ：事件驱动的解析器，适合处理大文件。
StAX解析器 ：流式API，适合处理大文件和内存受限环境。

7.3 示例：使用SAX解析器

以下是一个使用SAX解析器处理XML文档的示例代码：

import org.xml.sax.Attributes;
import org.xml.sax.SAXException;
import org.xml.sax.helpers.DefaultHandler;

public class MyHandler extends DefaultHandler {
    @Override
    public void startElement(String uri, String localName, String qName, Attributes attributes) throws SAXException {
        System.out.println("Start Element :" + qName);
    }

    @Override
    public void endElement(String uri, String localName, String qName) throws SAXException {
        System.out.println("End Element :" + qName);
    }

    @Override
    public void characters(char ch[], int start, int length) throws SAXException {
        System.out.println("Characters : " + new String(ch, start, length));
    }
}

// 使用SAX解析器
SAXParserFactory factory = SAXParserFactory.newInstance();
SAXParser saxParser = factory.newSAXParser();
saxParser.parse(new File("products.xml"), new MyHandler());