7.5 Serielle Verarbeitung mit StAX

Die Pull-API StAX inkl. Implementierung ist Teil der Standardbibliothek und von JDK/JRE ab Version 6.[56](Um die API vor Java 6 nutzen zu können, kann unter http://stax.codehaus.org/ eine Implementierung der API bezogen werden.) Mit ihr lassen sich XML-Dokumente sehr performant ablaufen, jedoch nicht ändern.

Die allgemeine Vorgehensweise zum Parsen eines XML-Dokuments ist folgende:

1. Erzeuge eine XMLInputFactory.
2. Erzeuge den passenden Parser.
3. Wähle XMLStreamReader für die Cursor-Verarbeitung oder XMLEventReader für die Iterator-Verarbeitung.
4. Erfrage mit next() die nächste Komponente des XML-Dokuments.
5. Ermittle den Typ der Komponente, und verarbeite ihn.

7.5.1 Unterschiede der Verarbeitungsmodelle

Die Unterschiede zwischen der Cursor- und der Iterator-Verarbeitung sind auf den ersten Blick nicht eindeutig. Beide Verarbeitungsmodelle bieten ähnliche Methoden, und die Verarbeitung der Inhalte ist auch sehr ähnlich. Der wesentliche Unterschied ist die Art und Weise, wie die Komponenten des XML-Dokuments geliefert werden:

• Bei der Cursor-Verarbeitung wird die Komponente direkt mit dem Parser-Objekt verarbeitet. Hier ist die zentrale Klasse der XMLStreamReader, mit dem auch auf die Inhalte der XML-Datei zugegriffen wird. Da diese Klasse ebenso verwendet wird, um auf das nächste Element der XML-Datei zugreifen zu können, steht zu einem Zeitpunkt immer nur eine Komponente des XML-Dokuments zur Verfügung. Der Vorteil ist die hohe Effizienz, da bei der Verarbeitung keine neuen Objekte erzeugt werden. Ein XML-Parser ist ein Zustandsautomat, und Methoden führen den Automaten von einem Zustand in den nächsten.
• Bei der Iterator-Verarbeitung wird ein XMLEvent-Objekt geliefert, das anderen Methoden übergeben und in einer Datenstruktur gespeichert werden kann.

Abbildung 7.2: XMLStreamReader-Objekte erzeugen Ereignisse.

StAX ist eine symmetrische API, was bedeutet, das es Klassen zum Lesen und auch zum Schreiben von XML-Dokumenten gibt. So wie es für das Lesen die Prinzipien Cursor und Iterator gibt, so bietet die StAX-API die Klassen XMLStreamWriter und XMLEventWriter. Damit ist es möglich, Elemente, die über die Reader gelesen werden, an die Writer zu übergeben und damit Änderungen an den Inhalten zu schreiben.

7.5.2 XML-Dateien mit dem Cursor-Verfahren lesen

Zunächst muss ein Parser erzeugt werden, der das XML-Dokument verarbeiten soll:

InputStream     in      = new FileInputStream( "party.xml" );
XMLInputFactory factory = XMLInputFactory.newInstance();
XMLStreamReader parser  = factory.createXMLStreamReader( in );

Der Parser iteriert über die XML-Datei mit einer Tiefensuche und liefert beim Verarbeiten eine Reihe von Events, die den Typ des XML-Elements anzeigen. Die Eventtypen sind ganzzahlige Werte und als Konstanten in der Klasse XMLStreamConstants festgelegt. Der Parser liefert die folgenden Elemente:

Die Events ATTRIBUTE und NAMESPACE liefert der Parser nur in Ausnahmefällen. Inhalte von Attributen sowie die Namensraumdaten lassen sich beim Event START_ELEMENT erfragen.

Passend zum Event sind verschiedene Methodenaufrufe gültig, etwa getAttributeCount() im Fall eines Elements, das die Anzahl der Attribute liefert. Mit einer Schleife und einer switch-Anweisung lassen sich die Inhalte der XML-Datei dann einfach auswerten:

Listing 7.16: com/tutego/insel/xml/stax/XMLStreamReaderDemo.java, Ausschnitt

XMLInputFactory factory = XMLInputFactory.newInstance();
XMLStreamReader parser = factory.createXMLStreamReader(
                              new FileInputStream( "party.xml" ) );
StringBuilder spacer = new StringBuilder();

while ( parser.hasNext() )
{
  System.out.println( "Event: " + parser.getEventType() );

  switch ( parser.getEventType() )
  {
    case XMLStreamConstants.START_DOCUMENT:
      System.out.println( "START_DOCUMENT: " + parser.getVersion() );
      break;

    case XMLStreamConstants.END_DOCUMENT:
      System.out.println( "END_DOCUMENT: " );
      parser.close();
      break;

    case XMLStreamConstants.NAMESPACE:
      System.out.println( "NAMESPACE: " + parser.getNamespaceURI() );
      break;

    case XMLStreamConstants.START_ELEMENT:
      spacer.append( "  " );
      System.out.println( spacer + "START_ELEMENT: " + parser.getLocalName() );

      // Der Event XMLStreamConstants.ATTRIBUTE wird nicht geliefert!
      for ( int i = 0; i < parser.getAttributeCount(); i++ )
        System.out.println( spacer + "  Attribut: "
                            + parser.getAttributeLocalName( i )
                            + " Wert: " + parser.getAttributeValue( i ) );
      break;

    case XMLStreamConstants.CHARACTERS:
      if ( ! parser.isWhiteSpace() )
        System.out.println( spacer + "  CHARACTERS: " + parser.getText() );
      break;

    case XMLStreamConstants.END_ELEMENT:
      System.out.println( spacer + "END_ELEMENT: " + parser.getLocalName() );
      spacer.delete( (spacer.length() – 2), spacer.length() );
      break;

    default:
      break;
  }
  parser.next();
}

Dieses Beispiel demonstriert das Lesen einer XML-Datei mit dem Cursor-Verfahren. Der folgende Abschnitt 7.5.3 zeigt die Verarbeitung mit dem Iterator-Verfahren.

abstract class javax.xml.stream.XMLInputFactory

• static XMLInputFactory newInstance()
  Liefert ein Exemplar der Fabrik XMLInputFactory. Aus dem Objekt erfolgt als Nächstes üblicherweise ein Aufruf von createXMLEventReader().
• abstract XMLStreamReader createXMLStreamReader(InputStream stream)
• abstract XMLStreamReader createXMLStreamReader(InputStream stream, String encoding)
• abstract XMLStreamReader createXMLStreamReader(Reader reader)
• abstract createXMLStreamReader(Source source)
  Liefert einen XMLStreamReader, der aus unterschiedlichen Quellen liest.

interface javax.xml.stream.XMLStreamReader
extends XMLStreamConstants

• boolean hasNext()
  Sagt, ob es noch ein neues Parse-Event gibt.
• int getEventType()
  Liefert den Typ des Parse-Events, so wie in XMLStreamConstants deklariert. Die Schnittstelle XMLStreamReader erweitert XMLStreamConstants.
• int next()
  Parst das nächste Element und liefert das nächste Parse-Event.
• Die JavaDoc listet die getXXX()-Methoden auf, die alle Eigenschaften wie Namensraum, Attribute usw. des Elements liefert. Die nächste Tabelle zeigt, welche Methoden auf welchen Zuständen erlaubt sind.

7.5.3 XML-Dateien mit dem Iterator-Verfahren verarbeiten *

Die Verarbeitung mit der Iterator-Variante der StAX-API ist ein wenig komplizierter, aber auch viel flexibler. Es wird nicht direkt mit dem allgemeinen Parser-Objekt auf die Daten zugegriffen, sondern es wird bei jeder Iteration ein XMLEvent-Objekt erzeugt. Mit diesem Objekt kann der Typ des Events ermittelt und ganz ähnlich wie bei der Cursor-API ausgewertet werden.

Abbildung 7.3: Klassendiagramm für XMLEventReader und erzeugte Events

Am Anfang wird ein Parser vom Typ XMLEventReader erzeugt, und in einer Schleife werden die einzelnen Komponenten ausgewertet:

Listing 7.17: com/tutego/insel/xml/stax/XMLEventReaderDemo.java, main()

InputStream in = new FileInputStream( "party.xml" );
XMLInputFactory factory = XMLInputFactory.newInstance();
XMLEventReader parser = factory.createXMLEventReader( in );

StringBuilder spacer = new StringBuilder();
while ( parser.hasNext() )
{
  XMLEvent event = parser.nextEvent();

  switch ( event.getEventType() )
  {
    case XMLStreamConstants.START_DOCUMENT:
      System.out.println( "START_DOCUMENT:" );
      break;
    case XMLStreamConstants.END_DOCUMENT:
      System.out.println( "END_DOCUMENT:" );
      parser.close();
      break;
    case XMLStreamConstants.START_ELEMENT:
      StartElement element = event.asStartElement();
      System.out.println( spacer.append("  ")
                          + "START_ELEMENT: "
                          + element.getName() );
      for ( Iterator<?> attributes = element.getAttributes();
            attributes.hasNext(); )
      {
        Attribute attribute = (Attribute) attributes.next();
        System.out.println( spacer + "  Attribut: "
                            + attribute.getName() + " Wert: "
                            + attribute.getValue() );
      }
      break;
    case XMLStreamConstants.CHARACTERS:
      Characters characters = event.asCharacters();
      if ( ! characters.isWhiteSpace() )
        System.out.println( spacer
                            + "  CHARACTERS: "
                            + characters.getData() );
      break;
    case XMLStreamConstants.END_ELEMENT:
      System.out.println( spacer
                          + "END_ELEMENT: "
                          + event.asEndElement().getName() );
      spacer.delete( (spacer.length() – 2), spacer.length() );
      break;
    case XMLStreamConstants.ATTRIBUTE:
      break;

    default :
      break;
  }
}

Diese Form der Verarbeitung sieht auf den ersten Blick komplizierter aus, bietet aber zusätzliche Möglichkeiten, weil die erzeugten Objekte für die weitere Verarbeitung zur Verfügung stehen.

abstract class javax.xml.stream.XMLInputFactory

• abstract XMLEventReader createXMLEventReader(InputStream stream)
• abstract XMLEventReader createXMLEventReader(InputStream stream, String encoding)
• abstract XMLEventReader createXMLEventReader(Reader reader)
• abstract XMLEventReader createXMLEventReader(Source source)
• abstract XMLEventReader createXMLEventReader(XMLStreamReader reader)
  Liefert XMLEventReader, der die Eingabe aus unterschiedlichen Quellen liest.

7.5.4 Mit Filtern arbeiten *

Mithilfe von Filtern gibt es die Möglichkeit, nur Teile eines XML-Dokuments zu parsen. Diese Filter werden durch die Implementierung einer der Schnittstellen javax.xml.stream.EventFilter (für die XML-Events) oder javax.xml.stream.StreamFilter (für die XMLStreamReader) programmiert. Es muss lediglich die Methode accept() implementiert und ein boolean-Wert zurückgegeben werden. Als Parameter erwartet diese Methode entweder einen javax. xml.stream.events.XMLEvent bei der Iterator-Variante oder einen XMLStreamReader bei der Cursor-Variante. Dazu ein Beispiel: Ein Filter soll für die Iterator-Variante die schließenden Tags auslassen:

Listing 7.18: com/tutego/insel/xml/stax/PartyEventFilter.java

package com.tutego.insel.xml.stax;

import javax.xml.stream.EventFilter;
import javax.xml.stream.events.XMLEvent;

public class PartyEventFilter implements EventFilter
{
  @Override public boolean accept( XMLEvent event )
  {
    return ! event.isEndElement();
  }
}

Der Filter wird beim Erzeugen des Parsers mit der XMLInputFactory und dem vorhandenen XMLEventReader erzeugt. Dazu ein Beispiel zur Erzeugung des Parsers mit dem Event-Filter:

XMLEventReader filteredParser = factory.createFilteredReader(
                                  parser, new PartyEventFilter() );

Dieses Verfahren der Dekoration wird in ähnlicher Form bei Streams verwendet.

Das Erzeugen eines Parsers mit einem Filter für die Cursor-Variante funktioniert analog. Mit Filtern bietet die API eine einfache Lösung, wenn nur bestimmte Teile des XML-Dokuments verarbeitet werden sollen.

abstract class javax.xml.stream.XMLInputFactory

• abstract XMLEventReader createFilteredReader(XMLEventReader reader, EventFilter filter)
• abstract XMLStreamReader createFilteredReader(XMLStreamReader reader, StreamFilter filter)
  Liefert XMLEventReader oder XMLStreamReader mit einem Filter.

interface javax.xml.stream.EventFilter

• boolean accept(XMLEvent event)
  Liefert true, wenn das Ereignis in den Ergebnisstrom soll.

interface javax.xml.stream.StreamFilter

• boolean accept(XMLStreamReader reader)
  Liefert false, wenn der XMLStreamReader in einem Zustand ist, bei dem das Element ignoriert werden soll.

7.5.5 XML-Dokumente schreiben

Im Gegensatz zu DOM-orientierten APIs, bei denen das gesamte Dokument im Speicher vorliegt und verändert werden kann, ist es bei StAX nicht möglich, die vorhandene XML-Datei zu verändern. Es ist aber trotzdem möglich, XML zu schreiben. Auch hier wird zwischen der Cursor- und der Iterator-Variante unterschieden. Bei der Iterator-Variante werden Event-Objekte geschrieben, die entweder aus einem gelesenen XML-Dokument stammen oder mit einer XMLEventFactory erzeugt werden. Bei der Cursor-Variante wird mit einem XMLStreamWriter die XML-Komponente direkt erzeugt und geschrieben. In beiden Fällen wird über die XMLOutputFactory ein passender Writer erzeugt. Die Reihenfolge, in der die Komponenten geschrieben werden, entscheidet über den Aufbau des zu erzeugenden XML-Dokuments.

XMLStreamWriter

Zuerst zeigen wir, wie mit der Cursor-Variante eine XML-Datei geschrieben werden kann. Dazu erzeugen wir mit der XMLOutputFactory einen XMLStreamWriter, der die Elemente und Attribute direkt in eine XML-Datei schreibt:

Listing 7.19: com/tutego/insel/xml/stax/XMLStreamWriterDemo.java, main()

XMLOutputFactory factory = XMLOutputFactory.newInstance();
XMLStreamWriter writer = factory.createXMLStreamWriter(
                           new FileOutputStream("writenParty.xml" ) );
// Der XML-Header wird erzeugt
writer.writeStartDocument();
// Zuerst wird das Wurzelelement mit Attribut geschrieben
  writer.writeStartElement( "party" );
    writer.writeAttribute( "datum", "31.12.01" );
    // Unter diesem Element das Element gast mit einem Attribut erzeugen
    writer.writeStartElement( "gast" );
      writer.writeAttribute( "name", "Albert Angsthase" );
    writer.writeEndElement();
  writer.writeEndElement();
writer.writeEndDocument();
writer.close();

Beim Schreiben werden zuvor keine speziellen Objekte in einem XML-Baum erzeugt, sondern die Elemente werden direkt geschrieben. Der große Vorteil ist, dass das Schreiben sehr performant ist und die Größe der XML-Ausgabe beliebig sein kann.

XMLEventWriter *

Das Schreiben von XML-Dokumenten mit dem XMLEventWriter erfolgt in drei Stufen:

1. Von der XMLOutputFactory wird ein Objekt vom Typ XMLEventWriter erfragt. In den XMLEventWriter werden dann die Ereignisobjekte geschrieben.
2. Für das Erzeugen der Event-Objekte wird eine XMLEventFactory benötigt. Mit ihr lassen sich neue XMLEvent-Objekte erzeugen und irgendwo speichern.
3. Die XMLEvent-Objekte werden geschrieben.

Der zentrale Unterschied zwischen dem XMLStreamWriter und XMLEventWriter ist also, dass beim XMLEventWriter erst die XMLEvent-Objekte erzeugt werden – in beliebiger Reihenfolge – und dass sie dann in den XMLEventWriter kommen; die Reihenfolge beim Erzeugen hat keinen Einfluss auf die Reihenfolge in der späteren Ausgabe:

Listing 7.20: com/tutego/insel/xml/stax/ XMLEventWriterDemo.java, main() Teil 1

XMLOutputFactory outputFactory = XMLOutputFactory.newInstance();
XMLEventWriter writer = outputFactory.createXMLEventWriter(
                          new FileOutputStream("writenParty.xml" ) );
XMLEventFactory eventFactory = XMLEventFactory.newInstance();
XMLEvent header = eventFactory.createStartDocument();
XMLEvent startRoot = eventFactory.createStartElement( "", "", "party" );
XMLEvent datumAttribut = eventFactory.createAttribute( "datum", "31.12.2012" );
XMLEvent endRoot = eventFactory.createEndElement( "", "", "party" );

XMLEvent startGast = eventFactory.createStartElement( "", "", "gast" );
XMLEvent name = eventFactory.createAttribute( "name",  "Albert Angsthase" );
XMLEvent endGast = eventFactory.createEndElement( "", "", "gast" );
XMLEvent endDocument = eventFactory.createEndDocument();

Zuerst werden für das Wurzelelement das öffnende und schließende Tag sowie das Attribut datum erzeugt. Hierfür wird die Methode createStartElement() verwendet.

Um die Elemente zu schreiben, werden sie dem XMLEventWriter übergeben. Hier entscheidet die Reihenfolge über den Aufbau der XML-Datei:

Listing 7.21: com/tutego/insel/xml/stax/XMLEventWriterDemo.java, main() Teil 2

writer.add( header );
writer.add( startRoot );
    writer.add( datumAttribut );
    writer.add( startGast );
      writer.add( name );
    writer.add( endGast );
  writer.add( endRoot );
writer.add( endDocument );
writer.close();

In diesem Beispiel wurde gezeigt, wie Events erzeugt werden können und wie sie geschrieben werden. Das Schreiben von Elementen aus einer Eingabe funktioniert analog. Falls sich Elemente wiederholen oder aus einer anderen Quelle stammen (etwa ein XMLEvent, das serialisiert vom Netzwerk kommt), können sie direkt in den XMLEventWriter geschrieben werden. In dem Fall ist die Iterator-Variante flexibler als die Cursor-Variante. Diese Flexibilität wird durch einen etwas höheren Aufwand erkauft.

XMLStreamWriter writer = XMLOutputFactory.newInstance().createXMLStreamWriter(out);
writer = new IndentingXMLStreamWriter( writer );
writer.writeStartDocument();

Zusammenfassung

Wir haben gesehen, wie mit der StAX-API XML gelesen und geschrieben werden kann, welche Unterschiede zwischen der Cursor- und der Iterator-Variante bestehen und welche Filter für die Eingabe zur Verfügung stehen. Grundsätzlich ist die Iterator-Variante die flexiblere Lösung und in den meisten Fällen performant genug. Sie ist in jedem Fall performanter als eine DOM-basierte Lösung, wenn nicht die gesamte XML-Struktur im Speicher benötigt wird. Die Cursor-Variante sollte gewählt werden, wenn hohe Verarbeitungsgeschwindigkeit und geringer Speicherverbrauch Priorität haben. Diese Variante ist insbesondere für Endgeräte mit wenig Speicher und geringer Rechenleistung die bessere Wahl.

Die Anwendungsgebiete der StAX-API sind die gleichen wie die der SAX-API, weil die Vorteile beider Verfahren gute Performance und geringer Speicherverbrauch sind. Für die meisten Programmierer ist diese Form der Verarbeitung einfacher als die SAX-Variante, weil der XML-Inhalt direkt gelesen wird. SAX hat den Vorteil, dass es weit verbreitet ist und in vielen Programmiersprachen zur Verfügung steht. Wir stellen SAX im folgenden Unterkapitel kurz vor.

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