剖析WSDL的架構與實作

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剖析WSDL的架構與實作

【作者：姚巧玫、胡百敬】 2004年12月01日星期三

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WSDL 1.0（Web Services Description Language 1.0）是在2000年9月發表，用以取代Microsoft先前提出的SCL（SOAP Contract Language，SCL）與IBM倡導的NASSL，它用一種和具體程式語言無關的抽象方式定義Web服務（Web Service）呼叫和回應有關的操作和訊息。

WSDL 2.0協定目前已經被提交給網際網路標準組織W3C（World Wide Web Consortium）審查，目前還處於「草案」狀態i。SOAP1.1與WSDL1.1目前在網際網路標準組織W3C的規範屬性均屬Notes狀態，WSDL 1.2才是真正由W3C主導的規範，但目前仍在草案階段，草案版也已在網際網路標準組織W3C網站中可以查詢到。

W3C維持著正規的標準化系統同時，提交提案必須經過確定的一套批准過程才能最終成為官方協議。由於網路服務與平台的提供者，如微軟、IBM、昇陽...等，有責任將欲提供的Web服務利用本規範製作成為一個WSDL文件，而製作的過程可藉由許多它們所支援的工具來協助完成。因此，雖然規格尚未成為標準，但我們已經可以透過.NET、Java等不同平台上的開發工具來建立Web服務，而這些平台也都可以產生彼此理解的服務規格描述：WSDL。

WSDL的本質

WSDL（Web Service Description Language）是以XML的XSD格式撰寫而成，由於XML是極為嚴謹的語言，如此一來可減少錯誤的產生。Web服務在本質上應可與其他不同的協定共同運作，惟在現階段WSDL 1.1規範中是以SOAP、HTTP GET/POST及MINE運作為主。用來描述服務的提供者提供了哪些服務，正確的資料傳遞格式，以及如何存取這些服務。

就其定義來說，不能僅僅把WSDL當作一種物件介面定義語言，例如，CORBA或COM等應用程式結構就會用到物件介面定義語言IDL（Interface Description Language）。WSDL保持協定中立，但它確實內建了對SOAP通訊協定的支持，從而與SOAP建立了不可分割的聯繫。利用WSDL的服務描述語言可清楚地定義溝通介面與位置，然後透過SOAP通訊協定，便可以將使用者端與Web服務呼叫往返的訊息包裝成XML格式的文件。

此外，它也包含了以往COM世界IDL的功能。當前端使用者要存取這個服務時，需要了解呼叫服務會用到哪些型別、有哪些函數可以呼叫、函數的參數型別、回傳資料型別、透過什麼樣的協定可以存取、以及在哪裡可以取得服務等等，這些都是WSDL需要描述的。簡單的說，WSDL就是用來描述一個Web服務能做什麼？位置在哪？如何呼叫？

WSDL重要性

為什麼需要WSDL？這的確是個好問題。想像一下以下沒有WSDL的情形，每當我們要使用一個Web服務時，就利用E-mail或電話詢問提供服務的廠商該如何使用網路上的服務，若是每家提供服務的廠商沒有固定存取資料的格式，則會有更多無法預期的狀況發生，因為即使我們依照所給的資料來使用Web服務，也都會有可能發生無法預期的錯誤，例如，某個產品的編號是13579，別以為它是一個數值型態的資料，實際上它卻是一個字串型態的資料，在這種情況之下，錯誤就因此而產生了；除了細節的處理問題外，最主要的困難仍是不方便及不標準制式化。

WSDL具有可延伸性，可透過名稱領域（namespace）的定義拓展其應用，無論使用者採行何種網路協定與訊息格式，WSDL皆可描述其端點（end point）與訊息。WSDL會要求傳送的訊息應該包含那些資訊，以及回應的訊息應該使用那種方式，再加上目前大部分的WSDL檔案都可以由應用程式或執行平台來產生，所以對服務提供者來說，將可省去撰寫WSDL檔案的麻煩，而對服務需求者而言，也可由開發工具來讀入WSDL檔案，然後產生使用Web服務時所需的代理程式。

WSDL檔案在服務導向架構中的定位及關係可以由(圖一)來闡釋，透過WSDL檔案，服務需求者可以知道如何使用這個Web服務，但前提是Web服務提供者必須要提供這個WSDL檔案才行。也就是說，當服務提供者對外公佈它所提供的網路服務時，它必須先建立一個描述Web服務的WSDL檔案，然後在註冊Web服務到UDDI註冊中心的同時，也一併將這個WSDL檔案予以註冊。如此一來，服務需求者在經由UDDI註冊中心取得網路服務資訊時，也能夠同時取得用來描述此網路服務的WSDL檔案。無論三者間是何種作業，彼此溝通的方式都是使用SOAP協定。WSDL不僅只是描述網路服務，它也肩負提供資訊給服務需求者在服務請求中的SOAP內容及UDDI註冊中心的部份資訊，因此WSDL還涉及了綿密的解譯及對應架構。

《圖一　Web Service的基本功能》

WSDL定義、架構

Web服務描述語言的架構是由XML語言所組成，藉由XML Schema來界定文件內的元素、屬性等資料，進而達成「描述」Web服務（應用程式）之目的。WSDL文件將網路服務定義為服務的端點（end point）或埠（port）的集合，亦即實際執行應用程式的位置，在XML Schema中使用六個主要元素，如(圖二)

1.資料類型集（Types）：定義訊息交換時，會用到的資料型別。

2.訊息（Message）：描述需要溝通的訊息。

3.介面定義（Port Type）：一組操作行為，以及該行為會用到的訊息。

4.服務鏈結（Binding）：定義不同行為實際溝通的協定細節，以及如何把前述抽象的訊息結構化為實體的傳輸格式。除此之外，在這個部分，也可以定義如果執行中，出現錯誤時，應該如何回應！

5.服務端點（Port）：binding與網路位置合起來定義的端點（end point）

6.實作服務（Service）：將相關的port群組在一起。

《圖二　WSDL文件主要組成元素的分類》

圖二的右側是說明WSDL內六個主要元素的排列，其中前四個元素相當於「介面描述」，後二個元素則相當於「執行描述」。也可以說WSDL的六個主要元素其實可大分為介面描述與執行描述兩項，接著我們分別就介面描述及執行描述的順序說明六個主要元素。WSDL文件以元素＜definitions＞為XML根節點（Root Element），而WSDL文件的基本結構如下：


＜definitions命名空間的定義＞

＜types＞
  types 的定義...
＜/types＞

＜message＞
  messages 的定義...
＜/message＞

＜portType＞
  port 的定義...
＜/portType＞

＜binding＞
  binding 的定義...
＜/binding＞

＜service＞
  ＜port 指定 binding＞
    指定端點
  ＜port＞
＜/service＞

＜/definitions＞

另外，繼承了XML本身的特色，WSDL文件也可以包含其他延伸的元素。而service元素讓它可以群組多個web服務的定義放在單一的WSDL文件中。

WSDL實做範例

以下就簡單地描述一個Web服務所對應的WSDL，而筆者透過Visual Basic.NET所撰寫的Web服務程式範例定義如下：


Imports System.Web.Services
Imports System.Xml.Serialization
＜XmlRoot("Employee")＞_
Public Class Employee
    '前端所看到的Employee物件屬性將是LName，FName
    'Title而不是LastName,FirstName,Title
    ＜XmlElement("LName")＞　Public LastName As String
    ＜XmlElement("FName")＞　Public FirstName As String
    ＜XmlElement("Title")＞　Public Title As String
End Class
＜WebService(Namespace:="http://myDemo/")＞
Public Class Service1
    Inherits WebService
    ＜WebMethod()＞ Public Function GetEmployee( _
    ByVal intI As Integer) As Employee
        Dim emp As New Employee()
        emp.LastName = "胡"
        emp.FirstName = "百敬"
        emp.Title = "顧問"
        Return emp
    End Function
End Class

這個程式碼列表（1）描述回傳物件結構的Web Service。

當我們透過ASP.NET撰寫如程式碼列表（1）的Web服務後，對應上述的六大部分，檢視.NET Framework為該Web服務自動建立的WSDL如下。因為透過ASP.NET/.NET Framework 1.0所撰寫的Web服務自動支援三種叫用方式：SOAP、HTTP GET、HTTP POST，所以WSDL同一類的資料大都有為三種存取方式撰寫不同的描述，但.Net Framework 1.1預設把HTTP GET/POST方法停用了，你需要自行到machine.config內啟動Web服務對HTTP GET/POST溝通協定的支援。筆者在此處故意要有三種協定的Web服務溝通方式，讓你可以對WSDL的內容有一個比較：

首先是根元素＜definitions＞：


＜definitions xmlns:http="http://schemas.xmlsoap.org/wsdl/http/" xmlns:soap="http://schemas.xmlsoap.org/wsdl/soap/" xmlns:s="http://www.w3.org/2001/XMLSchema" xmlns:s0="http://myDemo/" xmlns:soapenc="http://schemas.xmlsoap.org/soap/encoding/" xmlns:tm="http://microsoft.com/wsdl/mime/textMatching/" xmlns:mime="http://schemas.xmlsoap.org/wsdl/mime/" targetNamespace="http://myDemo/" xmlns="http://schemas.xmlsoap.org/wsdl/"＞

在根元素中，可以看到大量以下各元素可能會用到的命名空間。在根元素之後的是＜types＞元素。接著是定義傳入傳出哪些資料型別，因為GetEmployee方法傳入的參數是一個整數，所以types元素內對應的定義如下：


＜s:complexType＞
  ＜s:sequence＞
    ＜s:element minOccurs="1" maxOccurs="1" name="intI" type="s:int" /＞
  ＜/s:sequence＞
＜/s:complexType＞

而GetEmployee方法回傳的資料型別是Employee類別，因此描述資料格式如下：


＜s:complexType name="Employee"＞
  ＜s:sequence＞
    ＜s:element minOccurs="0" maxOccurs="1" name="LName" type="s:string" /＞
    ＜s:element minOccurs="0" maxOccurs="1" name="FName" type="s:string" /＞
    ＜s:element minOccurs="0" maxOccurs="1" name="Title" type="s:string" /＞
  ＜/s:sequence＞
＜/s:complexType＞

上述的XSD是定義Employee類別經過XML序列化後的結構，你可以與該類別序列化的結果做一個比對，這也就是實際透過SOAP傳遞的物件個體。筆者擷取使用者端程式與Web服務溝通的內容如下所示：

＜Employee xmlns:xsd="http://www.w3.org/2001/XMLSchema" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" xmlns=http://myDemo/＞
  ＜LName＞胡＜/LName＞
  ＜Fname＞百敬＜/FName＞
  ＜Title＞顧問＜/Title＞
＜/Employee＞

types將資料型別分別對應到函數呼叫的參數與回傳資料型別，定義如下：

＜s:element name="GetEmployee"＞
  ＜s:complexType＞
    ＜s:sequence＞
      ＜s:element minOccurs="1" maxOccurs="1" name="intI" type="s:int" /＞
    ＜/s:sequence＞
  ＜/s:complexType＞
＜/s:element＞
＜s:element name="GetEmployeeResponse"＞
  ＜s:complexType＞
    ＜s:sequence＞
       ＜s:element minOccurs="1" maxOccurs="1" name="Employee" nillable="true" type="s0:Employee" /＞
    ＜/s:sequence＞
  ＜/s:complexType＞
＜/s:element＞

其中屬性name與函數同名的是代表輸入參數，如上述的GetEmployee。在函數名稱後加上Response代表的是函數回傳的資料型別，如上述的GetEmployeeResponse。

message元素

types元素所描述的「參數本身的資料結構，搭配上方法的輸出入方向後的資料結構」與傳遞的協定無關。其後可接收的訊息應該也與使用何種協定並無直接關係，但因為用何種協定會影響實際可傳遞的訊息結構，例如以SOAP協定呼叫Web Service時，可以傳遞物件當作輸入參數，但若是以HTTP Get/Post呼叫Web Service，則只能傳遞簡單的資料型別。所以Web Service可用的訊息就被分為好幾種，內容如下：


＜message name="GetEmployeeSoapIn"＞
  ＜part name="parameters" element="s0:GetEmployee" /＞
＜/message＞
＜message name="GetEmployeeSoapOut"＞
  ＜part name="parameters" element="s0:GetEmployeeResponse" /＞
＜/message＞
＜message name="GetEmployeeHttpGetIn"＞
  ＜part name="intI" type="s:string" /＞
＜/message＞
＜message name="GetEmployeeHttpGetOut"＞
  ＜part name="Body" element="s0:Employee" /＞
＜/message＞
＜message name="GetEmployeeHttpPostIn"＞
  ＜part name="intI" type="s:string" /＞
＜/message＞
＜message name="GetEmployeeHttpPostOut"＞
  ＜part name="Body" element="s0:Employee" /＞
＜/message＞

若我們在程式碼列表（1）的GetEmployee函數，輸入的參數是物件型別，例如就是程式碼列表（1）內定義的Employees，則上述有關HttpGet與HttpPost的兩個部分就會消失，因為透過HttpGet和HttpPost呼叫Web Service時，無法傳遞物件當作傳入參數，自然就不會有此訊息。

另外，若詳細一點觀察可以發現Soap的這一組訊息，輸出入的對應都是parameters 元素，資料結構的定義則是我們自定的，所以xsd使用的命名空間是s0，也就是代表在程式碼列表（1）中，我們以WebService Attribute替類別Class1所定義的命名空間http://myDemo/，這個別名的對應是定義在根元素＜definitions＞上。

而HttpGet或HttpPost在傳入參數時，只能用簡單的資料型態，透過對應到命名空間http://www.w3.org/2001/XMLSchema的s，可以知道這些簡單資料型別是W3C定義的。而它們回傳的內容可以是資料節構，所以是“s0:Employee”，並放在Http封包的Body部分。

portType元素

在服務接口（port Type）中，主要是定義各項Web服務抽象邏輯上的操作行為，以及該行為用到的訊息。主要是資料輸入與資料輸出定義。WSDL規格上四種端點訊息溝通模式定義如下：

●接受服務（one-way）：使用端點接收訊息

●尋求/回應（request/response）：端點接受訊息、並送出相關訊息

●請求/回應（solicit/response）：端點送出訊息、並接收相關服務

●通知（notification）：使用者送出訊息

雖然規格上描述了四種訊息往返的模式，但一般來說我們撰寫的Web服務方法只有前兩種，也就是使用者端呼叫，但沒有傳回值，以及使用者端呼叫後，該方法有傳回值。

Web服務的提供者一次可以提供多種Web服務，同一個Web服務可以支援多種協定讓前端程式存取。這裡描述每一種協定存取該Web服務時，可以用哪一種前述的Message，因此這個元素也等於在定義邏輯的通訊埠（port）。上述程式碼列表1的因為是一般的函數，所以port Type元素的範例採用的是「尋求/回應」模式如下：


＜portType name="Service1Soap"＞
  ＜operation name="GetEmployee"＞
    ＜input message="s0:GetEmployeeSoapIn" /＞
    ＜output message="s0:GetEmployeeSoapOut" /＞
  ＜/operation＞
＜/portType＞
＜portType name="Service1HttpGet"＞
  ＜operation name="GetEmployee"＞
    ＜input message="s0:GetEmployeeHttpGetIn" /＞
    ＜output message="s0:GetEmployeeHttpGetOut" /＞
  ＜/operation＞
＜/portType＞
＜portType name="Service1HttpPost"＞
  ＜operation name="GetEmployee"＞
    ＜input message="s0:GetEmployeeHttpPostIn" /＞
    ＜output message="s0:GetEmployeeHttpPostOut" /＞
  ＜/operation＞
＜/portType＞

假若你所撰寫的Web Service內某個方法傳入的參數是物件型別，則HttpGet和HttpPost兩個呼叫方式無法支援，在其內的operation子元素就不會出現該方法。operation元素下的input和output所指定的message，則是在前一個message區段所定義的message元素。

binding元素

定義完邏輯的聯絡埠後，接著要定義每個埠的實體存取方式，也就是透過不同協定要實際存取到該服務時，所需的細節內容。範例如下：


＜binding name="Service1Soap" type="s0:Service1Soap"＞
  ＜soap:binding transport="http://schemas.xmlsoap.org/soap/http" style="document" /＞
  ＜operation name="GetEmployee"＞
    ＜soap:operation soapAction="http://myDemo/GetEmployee" style="document" /＞
    ＜input＞
      ＜soap:body use="literal" /＞
    ＜/input＞
    ＜output＞
      ＜soap:body use="literal" /＞
    ＜/output＞
  ＜/operation＞
＜/binding＞
＜binding name="Service1HttpGet" type="s0:Service1HttpGet"＞
  ＜http:binding verb="GET" /＞
  ＜operation name="GetEmployee"＞
    ＜http:operation location="/GetEmployee" /＞
    ＜input＞
      ＜http:urlEncoded /＞
    ＜/input＞
    ＜output＞
      ＜mime:mimeXml part="Body" /＞
    ＜/output＞
  ＜/operation＞
＜/binding＞
＜binding name="Service1HttpPost" type="s0:Service1HttpPost"＞
  ＜http:binding verb="POST" /＞
  ＜operation name="GetEmployee"＞
    ＜http:operation location="/GetEmployee" /＞
    ＜input＞
      ＜mime:content type="application/x-www-form-urlencoded" /＞
    ＜/input＞
    ＜output＞
      ＜mime:mimeXml part="Body" /＞
    ＜/output＞
  ＜/operation＞
＜/binding＞

在上方SOAP的區段內，定義了HTTP表頭內的SOAP Action項目的內容是http://myDemo/GetEmployee，資料內容編碼的方式是document而非rpc，參數編碼的方式literal而非encodedii。相對於HTTP Get方式的存取，HTTP所使用的動詞是GET而非POST，參數傳遞的方式要經過url編碼。當然你可以將HTTP GET與POST的區段做一個比較，就可以大概了解binding元素要描述的內容。

service元素

提供上述各存取協定邏輯埠，實際要存取Web服務的端點（endpoint），主要是說明如何進行由服務介面所提供的服務，包括提供服務的名稱、內容及服務的網路位置等。


＜service name="Service1"＞
  ＜port name="Service1Soap" binding="s0:Service1Soap"＞
    ＜soap:address location="http://localhost/GetWSDL/Service1.asmx" /＞
  ＜/port＞
  ＜port name="Service1HttpGet" binding="s0:Service1HttpGet"＞
    ＜http:address location="http://localhost/GetWSDL/Service1.asmx" /＞
  ＜/port＞
  ＜port name="Service1HttpPost" binding="s0:Service1HttpPost"＞
    ＜http:address location="http://localhost/GetWSDL/Service1.asmx" /＞
  ＜/port＞
＜/service＞

結論

上述文件中，實體的端點，也就是以port元素描述是採用哪一種溝通方式，就直接以name屬性指定之前port Type元素內所定義的埠名稱，而binding屬性則指定之前binding元素所定義與通訊協定相關的連線細節。而address元素則指定實體存取的路徑。

綜合以上各段，若提供的Web Service可以用不同的方式存取，如ASP.NET所提供的Web Service預設可以用SOAP、HTTP Get和HTTP Post三種方式存取，則所提供的服務會參照到三種邏輯連接的埠（port Type）定義，每個埠有不同的連結細節（binding），邏輯埠可以傳遞不同的訊息（message），每種訊息包含不同的資料型態（types）。