SOAP净化有线协议（一）：SOAP基础知识

SOAP净化有线协议（一）：SOAP基础知识 2007-07-27 17:59 | (分类:默认分类)

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<爱生活,爱猫扑 align=right marginWidth=0 marginHeight=0 src="http://www.cnnet.com.cn/servlets/ad?Pool=tech_pip" frameBorder=0 noResize width=360 scrolling=no height=300>许多开发者都遇到过这样的情形：一个CORBA客户程序需要获得分布式组件对象模型（DCOM）客户程序的服务，或者相反。常见的解决方案是使用一个COM/CORBA桥。然而，这种解决方案存在许多问题。假设在两个已经很复杂的系统之间（CORBA ORB和COM之间）引入了一个新的软件，在CORBA的Internet Inter-ORB Protocol（IIOP）到DCOM的Object Remote Procedure Call（ORPC）之间，繁杂的双向转换将使得中间起桥接作用的软件变得很复杂。任何对IIOP协议和ORPC协议的修改都导致修改桥接软件。如果我说SOAP能够缓解这个问题，你会怎么想呢？感兴趣吗？

SOAP的全称是Simple Object Access Protocol，即简单对象访问协议。简单地说，SOAP是一种有线协议，类似于CORBA的IIOP、DCOM的ORPC或Java远程方法调用的Java远程方法协议（Java Remote Method Protocol，JRMP）。你也许会怀疑，既然已经有了那么多有线协议，为什么我们还需要另外一种？事实上，这不正好导致前面所讨论的问题吗？这些问题都有道理，但是，SOAP和其他有线协议有所不同。

我们来分析一下：

• IIOP、ORPC和JRMP都是二进制协议，而SOAP则是一种使用XML的以文本为基础的协议。利用XML进行数据编码为SOAP带来一些独一无二的功能。例如，调试以SOAP为基础的应用程序更容易，因为阅读XML要比阅读二进制数据容易得多。另外，由于所有的SOAP消息都是文本格式，和IIOP、ORPC或者JRMP相比，SOAP更容易和防火墙协作。
  
• SOAP协议以非供应商私有的协议为基础，即XML、HTTP和Simple Mail Transfer Protocol（SMTP），所有供应商都可以使用SOAP协议。例如，Microsoft和各个CORBA ORB供应商（例如Iona）一样，已经承诺支持SOAP。IBM在创建SOAP协议的过程中起到了重要的作用，它也为Java程序员创建了一个优秀的SOAP工具包。该公司已经把工具包捐赠给Apache Software Foundation的XML Project，后者以该软件包为基础，构造出了Apache-SOAP实现。这个实现在Apache许可之下免费提供给用户。再返回来看本文开头提出的问题，如果DCOM使用SOAP，ORB供应商也使用了SOAP，那么，COM/CORBA协同操作中出现的问题将变得不值一提。

SOAP决不只是一个漂亮的口号，它是一种即将深入渗透到未来分布式计算的技术。人们希望，SOAP结合其他技术，比如UDDI（Universal Discovery Description, and Integration）和WSDL（Web Services Description Language），在Web服务这一概念的支持下，改变未来商业应用跨越Web进行通信的方法。我甚至无法充分地表达出在开发者的工具包中加上SOAP知识的重要程度。这是一个关于SOAP的系列文章，总共四篇。这是第一篇，介绍一些基础知识。我们将从SOAP这一思想的构思说起。

一、SOAP简介
如前所述，SOAP用XML作为数据编码格式。用XML作为数据编码格式并非SOAP的原创，实际上这是一种相当自然的选择。XML-RPC和ebXML也同样使用XML。要了解这方面的更多信息，请参见本文最后的“参考资源”。

请考虑下面的Java接口：

Listing 1

public interface Hello
{
public String sayHelloTo(String name);
}

客户程序在调用sayHelloTo()方法时提供了一个名字，它希望从服务器接收到一则个性化的“Hello”信息。现在，假定RMI、CORBA和DCOM都不存在，开发者必须负责串行化方法调用，并把消息发送给远程机器。几乎所有的人都会说“这该使用XML”，我同意。因此，让我们先从对服务器的请求格式开始。假设要模拟sayHelloTo("John")调用，我打算发送的请求是：

Listing 2

<?xml version="1.0"?>
<Hello>
<sayHelloTo>
<name>John</name>
</sayHelloTo>
</Hello>

在这里，我把接口的名字作为根结点。另外，我还把方法名字和参数名字都当作节点。接下来，我们要把这个请求发送给服务器。我们不创建自己的TCP/IP消息，而是使用HTTP。因此，下面的步骤应该是把请求封装成HTTP POST请求格式，然后把它发送给服务器。实际创建该HTTP POST请求的详细过程在本文后面介绍，现在，我们先假定它已经创建完毕。服务器接收到了这个请求，解码XML，然后再以XML格式向客户程序发送应答。假设应答内容如下：

Listing 3

<?xml version="1.0"?>
<Hello>
<sayHelloToResponse>
<message>Hello John, How are you?</message>
</sayHelloToResponse>
</Hello>

根节点仍然是接口的名字Hello。但这一次，原来对应着方法的节点名字不再是sayHelloTo，而是方法的名字加上“Response”字符串。客户程序知道自己调用了哪一个方法，要找出被调用方法的返回值，它只需查看名字为方法名字加上“Response”字符串的元素。

以上就是SOAP的根本思路。Listing 4显示了同一请求用SOAP XML编码之后的结果：

Listing 4

<SOAP-ENV:Envelope xmlns:SOAP-ENV="http://schemas.xmlsoap.org/soap/envelope/" xmlns:xsi="http://www.w3.org/1999/XMLSchema-instance" xmlns:xsd="http://www.w3.org/1999/XMLSchema">
<SOAP-ENV:Header>
</SOAP-ENV:Header>
<SOAP-ENV:Body>
<ns1:sayHelloTo
xmlns:ns1="Hello"
SOAP-ENV:encodingStyle="
http://schemas.xmlsoap.org/soap/encoding/">
<name xsi:type="xsd:string">John</name>
</ns1:sayHelloTo>
</SOAP-ENV:Body>
</SOAP-ENV:Envelope>

看起来稍微复杂了一点，对吧？实际上，它和我们前面编写的请求类似，只是略微扩展了一些东西。首先，注意SOAP文档通过一个Envelope（根节点）、一个Header区、一个Body区，整洁地组织到一起。Header区用来封装那些与方法本身无直接关系的数据，提供环境方面的信息，比如事务ID和安全信息。Body区包含面向方法本身的信息。在Listing 2中，我们自己编写的XML只包含一个Body区。

第二，注意Listing 4大量地应用了XML名称空间。SOAP-ENV映射到名称空间http://schemas.xmlsoap.org/soap/envelope/，xsi映射到http://www.w3.org/1999/XMLSchema-instance，而xsd映射到http://www.w3.org/1999/XMLSchema。这三者是所有SOAP文档都拥有的标准名称空间。

最后，在Listing 4中，接口名称（即Hello）不再象在Listing 2中那样成为节点的名字；相反，它引用了一个名称空间nsl。另外，参数的类型信息也随同参数的值一起发送给了服务器。注意信封（Envelope）encodingStyle属性的值。这个属性值设置成了http://schemas.xmlsoap.org/soap/encoding/。这个值告诉服务器用来编码（即串行化）方法的编码方式；服务器需要这个信息，以便正确地解除方法的串行化。对于服务器来说，SOAP文档的自我描述能力是相当完善的。

对于上面的SOAP请求，服务器的应答如下：

Listing 5

<SOAP-ENV:Envelope
xmlns:SOAP-ENV="http://schemas.xmlsoap.org/soap/envelope/"
xmlns:xsi="http://www.w3.org/1999/XMLSchema-nstance"
xmlns:xsd="http://www.w3.org/1999/XMLSchema">
<SOAP-ENV:Body>
<ns1:sayHelloToResponse
xmlns:ns1="Hello"
SOAP-ENV:encodingStyle="http://schemas.xmlsoap.org/soap/encoding/">
<return xsi:type="xsd:string">Hello John, How are you doing?</return>
</ns1:sayHelloToResponse>
</SOAP-ENV:Body>
</SOAP-ENV:Envelope>

Listing 5与Listing 4的请求消息类似。在上面的代码中，返回值（即个性化的“Hello”消息）包含在Body区。SOAP消息文档的格式非常灵活。例如，编码方式不固定，而是由客户程序指定。只要是客户程序和服务器都认可的编码方式，可以是任何合法的XML文档。

另外，分离调用环境信息意味着方法本身并不关心这类信息。在当前的市场上，主流应用服务器都遵从这一理念。早先，我曾经指出环境信息可以包含事务和安全方面的信息。事实上，环境可以涵盖几乎所有的东西。下面是一个SOAP消息头的例子，它带有一些事务方面的信息：

Listing 6

<SOAP-ENV:Header>
<t:Transaction xmlns:t="some-URI" SOAP-ENV:mustUnderstand="1">
5
</t:Transaction>
</SOAP-ENV:Header>

名称空间t映射到了与特定应用有关的URI。这里的5表示的是该方法从属于其中的事务ID。注意SOAP信封mustUnderstand属性的应用。这个属性被设置成了1，它表示服务器要么理解并按照要求处理该事务请求，要么表示无法处理该请求；这是SOAP规范所要求的。

二、错误处理
使用SOAP并不意味着任何时候所有的请求都会获得成功。许多地方可能会出现差错。例如，服务器可能无法访问某个关键性的资源（比如数据库），因而无法顺利地处理请求。

让我们返回“Hello”实例，为它加上一个假想的约束，即“在星期二向别人说Hello不合法。”因此，星期二的时候，即使发送给服务器的请求是合法的，服务器也会把一个错误信息返回给客户端。应答内容将如下所示：

Listing 7

<SOAP-ENV:Envelope xmlns:SOAP-ENV="
http://schemas.xmlsoap.org/soap/envelope/">
<SOAP-ENV:Body>
<SOAP-ENV:Fault>
<faultcode>SOAP-ENV:Server</faultcode>
<faultstring>Server Error</faultstring>
<detail>
<e:myfaultdetails xmlns:e="Hello">
<message>
Sorry, my silly constraint says that I cannot say hello on Tuesday.
</message>
<errorcode>
1001
</errorcode>
</e:myfaultdetails>
</detail>
</SOAP-ENV:Fault>
</SOAP-ENV:Body>
</SOAP-ENV:Envelope>

我们来分析一下http://schemas.xmlsoap.org/soap/envelope/名称空间定义的Fault元素。Fault元素总是Body元素的直接子元素，所有的SOAP服务器必须始终通过该元素报告所有错误情况。Fault元素必须包含faultcode和faultstring元素，不能有例外。faultcode是一个能够标识问题的代码；客户程序按照SOAP规范的要求利用faultcode进行算法处理。SOAP规范定义了一小组错误代码供用户使用。另一方面，faultstring是供人类阅读的错误信息。

Listing 7的代码还包含了一个detail元素。由于错误在处理SOAP消息的Body区时出现，detail元素必须出现。正如你将在本文后面看到的，如果错误在处理Header区时出现，detail元素不应出现。在Listing 7中，应用利用detail元素提供当前错误更详细、更自然的解释，即星期二不允许说Hello。SOAP还提供另外一个面向具体应用的错误代码，即半可选的faultfactor元素，但上面的错误信息中没有显示这个元素。之所以称这个元素是半可选的，是因为如果错误消息不是由请求最终处理点的服务器发送，即由一个中间服务器发送，则错误消息必须包含该元素。SOAP对faultcode元素不应出现的情形没有作任何规定。

在Listing 7中，错误起源于方法调用本身，处理该方法的应用导致了这个错误。现在，我们来看一下另一种类型的错误，这种错误由于服务器不能处理请求头信息而导致。举例来说，假设所有的Hello消息必须在一个事务环境之内生成，则请求类似于：

Listing 8

<SOAP-ENV:Envelope
xmlns:SOAP-ENV="
http://schemas.xmlsoap.org/soap/envelope/"
xmlns:xsi="
http://www.w3.org/1999/XMLSchema-instance"
xmlns:xsd="http://www.w3.org/1999/XMLSchema">
<SOAP-ENV:Header>
<t:Transaction xmlns:t="some-URI"
SOAP-ENV:mustUnderstand="1">
5
</t:Transaction>
</SOAP-ENV:Header>
<SOAP-ENV:Body>
<ns1:sayHelloTo
xmlns:ns1="Hello"
SOAP-ENV:encodingStyle="
http://schemas.xmlsoap.org/soap/encoding/">
<name xsi:type="xsd:string">Tarak</name>
</ns1:sayHelloTo>
</SOAP-ENV:Body>
</SOAP-ENV:Envelope>

上面消息的Header区包含一个transaction元素，它指定了方法调用必须从属于其中的事务编号。这里我说“必须”是因为transaction元素使用了mustUnderstand属性。如前所述，SOAP服务器要么遵照属性的指示处理请求，要么声明不能处理请求。假定SOAP服务器不能处理，它必须返回一个错误信息。这时的应答应该类似于：

Listing 9

<SOAP-ENV:Envelope xmlns:SOAP-ENV="
http://schemas.xmlsoap.org/soap/envelope/">
<SOAP-ENV:Body>
<SOAP-ENV:Fault>
<faultcode>SOAP-ENV:MustUnderstand</faultcode>
<faultstring>SOAP Must Understand
Error</faultstring>
</SOAP-ENV:Fault>
</SOAP-ENV:Body>
</SOAP-ENV:Envelope>

上面的代码类似Listing 7显示的错误信息。但应该注意的是，detail元素不再出现。正如我在前面指出的：SOAP规范规定，如果错误在处理Header区的时候出现，则错误消息中不应包含detail元素。事实上，我们可以根据detail元素是否出现，迅速判定错误是在处理Body区还是在处理Header区时出现。

三、SOAP与HTTP
在第一个例子中，我通过HTTP把定制的XML请求发送给服务器，但没有详细介绍这么做涉及到了哪些操作。现在我们回过头来看那个问题。怎样才能把一个SOAP请求（而不是定制的XML）通过HTTP发送给服务器？SOAP很自然地遵循了HTTP的请求/应答消息模型。这个模型在HTTP请求中提供SOAP请求参数，在HTTP应答中提供SOAP应答参数。实际上，SOAP 1.0特别指明HTTP作为它的传输协议。SOAP 1.1略有放松。虽然SOAP 1.1仍旧可以使用HTTP，但它也可以使用其他协议，比如SMTP。在这个系列的文章中，我只讨论通过HTTP使用SOAP的情形。

让我们返回Hello示例。如果我们通过HTTP把SOAP请求发送给服务器，则代码应该类似于：

Listing 10

POST http://www.SmartHello.com/HelloApplication HTTP/1.0
Content-Type: text/xml; charset="utf-8"
Content-Length: 587
SOAPAction: "http://www.SmartHello.com/HelloApplication#sayHelloTo"
<SOAP-ENV:Envelope
xmlns:SOAP-ENV="
http://schemas.xmlsoap.org/soap/envelope/"
xmlns:xsi="
http://www.w3.org/1999/XMLSchema-instance"
xmlns:xsd="http://www.w3.org/1999/XMLSchema">
<SOAP-ENV:Header>
</SOAP-ENV:Header>
<SOAP-ENV:Body>
<ns1:sayHelloTo
xmlns:ns1="Hello"
SOAP-ENV:encodingStyle="
http://schemas.xmlsoap.org/soap/encoding/">
<name xsi:type="xsd:string">Tarak</name>
</ns1:sayHelloTo>
</SOAP-ENV:Body>
</SOAP-ENV:Envelope>

 

Listing 10代表的SOAP请求与Listing 4的请求基本相同，但Listing 10的开头加入了一些HTTP特有的代码。第一行代码表明这是一个遵循HTTP 1.1规范的POST请求，POST的目标是http://www.SmartHello.com/HelloApplication。下一行指示内容的类型，在HTTP消息中包含SOAP实体时，内容类型必须是text/xml。Content-Length指明了POST请求有效载荷的长度。

第四行是SOAP特有的，而且它是必不可少的。SOAPAction HTTP请求头指明了SOAP HTTP请求的目标，它的值是一个标识目标的URI。SOAP不对该URI的格式作任何限制，实际上，这个URI甚至不必对应某个实际的位置。

SOAPAction的一个可能的应用是，防火墙检查该请求头的值，决定是否允许请求通过防火墙。

一旦服务器处理完请求，它将向客户返回一个应答。应答的内容如Listing 11所示（假设没有出现错误）：

Listing 11

HTTP/1.0 200 OK
Content-Type: text/xml; charset="utf-8"
Content-Length: 615
<SOAP-ENV:Envelope
xmlns:SOAP-ENV="
http://schemas.xmlsoap.org/soap/envelope/"
xmlns:xsi="
http://www.w3.org/1999/XMLSchema-instance"
xmlns:xsd="http://www.w3.org/1999/XMLSchema">
<SOAP-ENV:Body>
<ns1:sayHelloToResponse
xmlns:ns1="Hello"
SOAP-ENV:encodingStyle="
http://schemas.xmlsoap.org/soap/encoding/">
<return xsi:type="xsd:string">Hello John, How are
you doing?</return>
</ns1:sayHelloToResponse>
</SOAP-ENV:Body>
</SOAP-ENV:Envelope>

 

 

这个SOAP应答与Listing 5所显示的一样，但前面加上了一些HTTP特有的代码。由于没有出现错误，第一行代码显示应答状态是200。在HTTP协议中，200应答状态代码表示“一切正常”。如果在处理SOAP消息（Header区或者Body区）的时候出现了任何错误，则返回的状态代码将是500。在HTTP中，500状态代码表示“internal server error”。此时，上述SOAP应答的第一行代码将是：

HTTP 500 Internal Server Error

四、HTTP扩充框架
许多应用对服务的需求超过了传统HTTP提供的服务。其结果就是，这类应用扩充了传统的HTTP协议。然而，这种扩充是应用本身私有的。HTTP扩充框架试图确立一个通用的HTTP扩充机制，从而解决这个问题。HTTP扩充框架的扩充之一是增加了一个M-POST方法，其中的M表示Mandatory（必须遵循的，强制的）。如果一个HTTP请求包含至少一个强制的扩充声明，那么这个请求就称为强制的请求。引入强制的扩充声明通过Man或者C-Man头进行。强制请求的请求方法名字必须带有“M-”前缀，例如，强制的POST方法称为M-POST。

SOAP 1.0要求客户程序首先发送一个HTTP POST请求，只有当服务器返回错误510时才发送M-POST请求。SOAP 1.1不再对客户作这种限制，也就是说，SOAP 1.1允许客户从发送任何一种类型的请求开始。下面的请求就是迄今为止我们一直在讨论的那个请求，但它现在是M-POST格式：

Listing 12

M-POST http://www.SmartHello.com/HelloApplication HTTP/1.1
Content-Type: text/xml; charset="utf-8"
Content-Length: 587
Man: "http://schemas.xmlsoap.org/soap/envelope/"; ns=01
01-SOAPAction: "http://www.SmartHello.com/HelloApplication#sayHelloTo"
<SOAP-ENV:Envelope
xmlns:SOAP-ENV="
http://schemas.xmlsoap.org/soap/envelope/"
xmlns:xsi="
http://www.w3.org/1999/XMLSchema-instance"
xmlns:xsd="http://www.w3.org/1999/XMLSchema">
<SOAP-ENV:Header>
</SOAP-ENV:Header>
<SOAP-ENV:Body>
<ns1:sayHelloTo
xmlns:ns1="Hello"
SOAP-ENV:encodingStyle="
http://schemas.xmlsoap.org/soap/encoding/">
<name xsi:type="xsd:string">Tarak</name>
</ns1:sayHelloTo>
</SOAP-ENV:Body>
</SOAP-ENV:Envelope>

对于实际的SOAP消息来说，Listing 12和Listing 10没有什么不同。但请求头中有一些不同的地方，例如，现在我们发出的不是POST请求，而是一个M-POST请求。正如前面所介绍的，象M-POST这样的强制请求至少有一个强制扩充声明。这里我们就有一个：Man域描述了一个强制性的端到端扩充声明，把头前缀01映射到了名称空间http://schemas.xmlsoap.org/soap/envelope/。请注意这个前缀关联到SOAPAction域的方式。

一旦服务器处理完该请求，它将返回一个应答给客户。应答内容类如（假设没有出现错误）：

Listing 13

HTTP/1.0 200 OK
Ext:
Content-Type: text/xml; charset="utf-8"
Content-Length: 615
<SOAP-ENV:Envelope
xmlns:SOAP-ENV="
http://schemas.xmlsoap.org/soap/envelope/"
xmlns:xsi="
http://www.w3.org/1999/XMLSchema-instance"
xmlns:xsd="http://www.w3.org/1999/XMLSchema">
<SOAP-ENV:Body>
<ns1:sayHelloToResponse
xmlns:ns1="Hello"
SOAP-ENV:encodingStyle="
http://schemas.xmlsoap.org/soap/encoding/">
<return xsi:type="xsd:string">Hello John, How are
you doing?</return>
</ns1:sayHelloToResponse>
</SOAP-ENV:Body>
</SOAP-ENV:Envelope>

同样地，Listing 13显示的应答类似于对普通POST请求的应答（如Listing 11所示），两者的不同之处在于Ext域。

在通过HTTP使用SOAP的过程中，我们欣喜地看到，实际的SOAP消息（SOAP信封和它里面的所有内容）总是保持不变，就如消息尚未加载HTTP协议时一样。根据这一事实可以推断出，HTTP不是能够与SOAP协作的唯一协议。例如，SOAP可以方便地和SMTP协议或者其他定制的私有协议一起运行。唯一的要求是两者——客户端和服务器端——都理解该协议。

五、SOAP的特点：简单
至此为止，我们讨论了SOAP定义的方方面面，但有许多领域的问题SOAP没有定义。SOAP规范的创立者明确地排除了一些关系密切的领域，比如构造对象模型，还有其他许多已经确立的标准。

造成这种现象的原因可以从分析SOAP的目标理解。SOAP的目标除了扩展性之外，另一个主要的设计目标是简单。为了保持SOAP简单，SOAP规范的创立者决定，只定义那些对于创建一个轻型协议来说绝对必须的东西。例如，SOAP没有定义/指定任何有关分布式垃圾收集、类型安全或版本控制、双向HTTP通信、消息盒（Message-box）运输或管道处理、对象激活等方面的内容。SOAP的目标就是成为一种简单的协议——一种在任何操作系统上，单个开发者能够用任何语言化数天时间实现的协议。考虑到这一点，SOAP在许多方面没有作出明确定义实际上是一件好事，因为在构造分布式系统时，所有现有的技术都可以方便地采用SOAP，即使不同技术之间的差异象CORBA和DCOM的差异那样明显。

■ 结束语
在这篇文章中，我介绍了SOAP的一些基本概念，以及它之所以如此设计的一些原因。然而，相对于SOAP这座冰山来说，这只是它的一角。要查看有关SOAP的更多信息，请查阅参考资源部分给出的SOAP规范链接。随着本系列文章的展开，我将在这里介绍有关SOAP规范所有你必须了解的知识。

在第二部分中，我将介绍Apache的SOAP实现。我们将使用该实现，创建一个利用SOAP作为有线协议的简单分布式应用。（下一篇）
■ 参考资源

• W3C的SOAP 1.1规范：
  http://www.w3.org/TR/SOAP/
  
• 关于XML-RPC的更多信息：
  http://www.xmlrpc.com/
  
• 关于ebXML的更多信息：
  http://www.ebxml.org/
  
• 了解有关HTTP扩充框架的更多信息：
  http://www.normos.org/ietf/rfc/rfc2774.txt