Текущая ситуация и проблемы
Язык XQuery предназначен для описания запросов к XML-данным. На момент написания данной работы XQuery все еще не получил статус рекомендации консорциума W3C, но близок к этому, являясь кандидатом к рекомендации (candidate recommendation). К сожалению, языковые средства модификации XML-данных отстают от средств выборки данных. Консорциум W3C в настоящее время работает над языком для описания модификаций XML-данных, но пока что существует только документ с предварительными требованиями (facility requirements) к этому языку.
Параллельно с работой консорциума W3C по стандартизации языка XQuery опубликован ряд исследовательских работ, посвященных языковым средствам модификации XML-данных [, , ]. В существующих на сегодняшний день реализациях XML-СУБД, как правило, предлагаются средства как для запросов к XML-данным, так и для модификации XML-данных. Для описания запросов в большинстве случаев предоставляется некоторое подмножество языка XQuery. Для описания модификации XML-данных разработчики предоставляют различные вариации предложенных в исследовательской среде языков модификации XML-данных. При этом различия языков бывают достаточно серьезными и касающимися не только синтаксиса выражений, но и семантики их вычисления.
Общей чертой существующих на сегодняшний момент предложений языков модификации XML данных является их отчужденность от языка запросов к XML-данным XQuery. Если быть более точными, то необходимо отметить, что в некоторых работах [] затрагивается вопрос о связи между языком XQuery и языком модификации XML-данных, но полное решение этой проблемы в настоящее время не представлено.
Актуальность задачи тесной интеграции языка XQuery и языка модификации XML-данных проявляется при анализе требований практических предложений. Широко распространено мнение, что язык XQuery по отношению к XML-данным, занимает такое же положение, как язык SQL по отношению к реляционным данным. Мы полагаем, что это не совсем так, потому что язык XQuery во многих случаях претендует на большую роль.
Если выражения языка SQL в практических приложениях используются как средства доступа к базе данных из языка программирования общего назначения, то с языком XQuery ситуация нам представляется несколько иной. По нашему мнению, язык XQuery является самодостаточным для некоторых классов приложений, интенсивно обрабатывающих данные. Среди таких классов приложений мы видим Web-приложения, Web-сервисы, приложения класса управления контентом и ряд других. Язык XQuery содержит мощные средства выборки данных, средства трансформации данных, необходимые управляющие конструкции, что позволяет его использовать для описания бизнес-логики приложений. Главное преимущество такого подхода заключается в том, что разработка приложений ведется на одном языке в рамках одной модели данных, что позволяет избежать известной проблемы потери соответствия (impedance mismatch) [], заключающейся, применительно к XML-данным, в несоответствии модели данных языка программирования и модели данных XML.
Для практического воплощения такого подхода необходима тесная интеграция языка XQuery и языка модификации XML-данных. Типичные проблемы, выявленные при разработке практических приложений на языке XQuery, сводятся к необходимости выражения логики обработки данных, использующей различные состояния данных, например:
- изменить состояние данных при одном условии, изменить состояние данных другим образом при невыполнении этого условия;
- изменить состояние данных при одном условии, выполнить запрос над исходным состоянием при другом условии;
- выполнить запрос над исходным состоянием данных; изменить состояние данных; выполнить новый запрос над исходным и модифицированным состоянием данных.
Для решения подобных задач необходима возможность композиции выражений языка XQuery и языка модификации XML-данных. Именно это мы подразумеваем под тесной интеграцией языка XQuery и языка модификации XML-данных. Однако решение такой задачи "напрямую" порождает серьезные проблемы в силу функциональной природы языка XQuery.
По степени интеграции языка модификации XML-данных и языка запросов XQuery, существующие реализации можно разделить на два класса.
I. Неинтегрированные решения.
Примером такого подхода является реализация языка модификации XML данных в XML-СУБД Sedna. Для выражения логики приложения разработчик может использовать любую последовательность из выражений языка XQuery и языка модификации XML-данных, но выражения их этой последовательности никак не связаны друг с другом. То есть, в сущности, это последовательное выполнение выражений из двух различных языков над одними XML-данными.
II. Интегрированные решения с ограниченной семантикой.
Такой подход реализован, например, с прирожденной XML-СУБД MarkLogic CMS []. В этой системе предлагается 'прямо' расширить язык XQuery конструкциями, модифицирующими состояние XML-данных. С точки зрения модели данных XQuery, такие конструкции возвращают пустую последовательность элементов, но их вычисление происходит с побочными эффектами, заключающимися в изменении состояния данных в базе XML-данных. Такое прямое внедрение в функциональную среду языка XQuery выражений с побочными эффектами приводит к ряду проблем. Суть этих проблем связана с тем, что выражения, модифицирующие XML-данные, могут непредсказуемо менять XML-данные, которые уже логически связаны с конструкциями языка XQuery, внешними по отношению к этим выражениям. Для преодоления этих проблем семантика интегрированного языка в XML СУБД MarkLogic CS ограничена следующим образом. Предполагается, что все изменения, связанные с update-выражениями, вступают в силу только по окончании вычисления всего выражения расширенного языка. То есть в пределах одного выражения доступно только исходное состояние данных. После вычисления выражения состояние данных меняется. Используя последовательность таких расширенных выражений языка XQuery, разработчик выражает логику обработки данных.
При таком подходе к интеграции языковых средств выборки и модификации XML-данных выражения расширенного языка обладают сложной семантикой с отложенным побочным эффектом и недоступным модифицированным состоянием данных.Программы на расширенном таким образом языке обладают ограниченной выразительностью и не являются простыми для восприятия.
Таким образом, для написания практических XML-приложений недостаточно наличие несвязанной комбинации средств языка XQuery и языка изменений XML-данных. Анализ различных прикладных задач показывает, что требуется тесная интеграция выражений языка XQuery и выражений языка модификации XML-данных. Тесная интеграция означает возможность описывать логику обработки данных, используя композицию выражений языка XQuery и выражений языка модификации XML-данных. Требуемая интеграция в настоящее время не реализуется воссе или предоставляется с ограничениями.
