第十章构建Web内容的技术

10.1 HTML

10.1.1 Web页面几乎全由HTML构建

HTML(HyperTextMarkup Language，超文本标记语言)是为了发送Web上的超文本(Hypertext)而开发的标记语言。超文本是一种文档系统，可将文档中任意位置的信息与其他信息(文本或图片等)建立关联，即超链接文本。标记语言是指通过在文档的某部分穿插特别的字符串标签，用来修饰文档的语言。我们把出现在HTML文档内的这种特殊字符串叫做HTML标签(Tag)。

平时我们浏览的Web页面几乎全是使用HTML写成的。由HTML构成的文档经过浏览器的解析、渲染后，呈现出来的结果就是Web页面。

以下是一个简单的 HTML5 示例，演示了一个基本的网页结构、标题、段落、链接、图像以及表单：

html 复制代码

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
    <meta charset="UTF-8">
    <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0">
    <title>HTML5 示例</title>
</head>
<body>

    <header>
        <h1>欢迎来到我的网站</h1>
    </header>

    <nav>
        <ul>
            <li><a href="#section1">Section 1</a></li>
            <li><a href="#section2">Section 2</a></li>
            <li><a href="#section3">Section 3</a></li>
        </ul>
    </nav>

    <section id="section1">
        <h2>Section 1</h2>
        <p>这是一个段落文本。</p>
        <img src="example.jpg" alt="示例图像">
    </section>

    <section id="section2">
        <h2>Section 2</h2>
        <p>另一个段落文本。</p>
        <a href="https://www.example.com">访问示例网站</a>
    </section>

    <section id="section3">
        <h2>Section 3</h2>
        <form action="/submit" method="post">
            <label for="username">用户名：</label>
            <input type="text" id="username" name="username" required>
            <br>
            <label for="password">密码：</label>
            <input type="password" id="password" name="password" required>
            <br>
            <button type="submit">提交</button>
        </form>
    </section>

    <footer>
        <p>&copy; 2023 示例网站</p>
    </footer>

</body>
</html>

Web图像展示:

10.1.2 HTML版本

HTML5（2014年10月）： HTML5 是 HTML 的最新版本，它引入了许多新的特性，如语义化标签、多媒体元素（<audio> 和 <video>）、Canvas 绘图、本地存储、WebSocket 等。HTML5 强调了对现代 Web 应用的支持。

HTML5 是当前主流的 HTML 版本，广泛用于构建现代网页和 Web 应用程序。它提供了更多的语义化元素，使得开发者能够更清晰地描述文档的结构和内容。同时，HTML5 对多媒体、交互性、性能优化等方面进行了大量改进，适应了移动设备和现代浏览器的需求。

10.1.3 设计应用CSS

设计应用 CSS（Cascading Style Sheets）是**为 HTML 或 XHTML 网页添加样式和布局的一种方式。通过 CSS，您可以控制文档的外观和排版，包括字体、颜色、间距、边框等。**以下是一个简单的示例，演示如何使用 CSS 设计一个基本的网页。

html 复制代码

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
    <meta charset="UTF-8">
    <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0">
    <title>样式化的网页</title>
    <style>
        /* 全局样式 */
        body {
            font-family: Arial, sans-serif;
            background-color: #f4f4f4;
            margin: 0;
            padding: 0;
        }

        /* 头部样式 */
        header {
            background-color: #333;
            color: white;
            padding: 10px;
            text-align: center;
        }

        /* 导航菜单样式 */
        nav {
            background-color: #555;
            padding: 10px;
        }

        nav ul {
            list-style-type: none;
            margin: 0;
            padding: 0;
            display: flex;
            justify-content: center;
        }

        nav li {
            margin: 0 10px;
        }

        nav a {
            text-decoration: none;
            color: white;
            font-weight: bold;
        }

        /* 主体内容样式 */
        section {
            padding: 20px;
            margin: 10px;
            background-color: white;
            box-shadow: 0 0 10px rgba(0, 0, 0, 0.1);
        }

        /* 页脚样式 */
        footer {
            background-color: #333;
            color: white;
            padding: 10px;
            text-align: center;
        }
    </style>
</head>
<body>

    <header>
        <h1>我的网页</h1>
    </header>

    <nav>
        <ul>
            <li><a href="#section1">Section 1</a></li>
            <li><a href="#section2">Section 2</a></li>
            <li><a href="#section3">Section 3</a></li>
        </ul>
    </nav>

    <section id="section1">
        <h2>Section 1</h2>
        <p>这是第一个部分的内容。</p>
    </section>

    <section id="section2">
        <h2>Section 2</h2>
        <p>这是第二个部分的内容。</p>
    </section>

    <section id="section3">
        <h2>Section 3</h2>
        <p>这是第三个部分的内容。</p>
    </section>

    <footer>
        <p>&copy; 2023 我的网页</p>
    </footer>

</body>
</html>

在这个示例中：

style 标签内包含了 CSS 样式规则，用于设置全局样式、头部样式、导航菜单样式、主体内容样式和页脚样式。
使用了一些基本的选择器（如元素选择器、类选择器、ID 选择器）来定位和应用样式。
使用了一些常见的 CSS 属性，如 background-color、color、padding、margin、text-align 等。
通过 box-shadow 属性为主体内容添加了阴影效果。

演示效果图:

10.2 动态HTML

10.2.1 让Web页面动起来的动态HTML

所谓动态HTML(DynamicHTML)是指使用客户端脚本语言将静态的HTML内容变成动态的技术的总称。鼠标单击点开的新闻GoogleMaps等可滚动的地图就用到了动态HTML

动态HTML技术是通过调用客户端脚本语言JavaScript，实现对HTML的Web页面的动态改造。利用DOM(Document Object Model.文档对象模型)可指定欲发生动态变化的HTML元素

10.2.2 更易控制HTML的DOM

DOM是文档对象模型（Document Object Model）的缩写, 它是一种**表示和操作HTML和XML文档的接口。**DOM 提供了一种树状的结构，将文档中的每个部分表示为一个对象，开发者可以通过操作这些对象来改变文档的结构、样式和内容。DOM 不仅适用于 JavaScript，也可以在其他编程语言中使用。

10.3 Web应用

10.3.1 通过Web提供功能的Web应用

Web应用（Web Application）是一种通过Web浏览器或其他Web客户端访问的软件应用程序。与传统的本地应用程序不同，Web应用是通过网络（通常是互联网）提供服务和功能的应用程序。用户可以通过浏览器访问这些应用，而无需安装额外的软件。

Web应用的例子包括社交媒体平台（如Facebook、Twitter）、电子邮件服务（如Gmail、Outlook）、在线购物平台（如Amazon、Alibaba）、办公套件（如Google Docs、Microsoft 365）等。它们提供了各种各样的功能，从社交互动到业务处理，都通过Web浏览器提供给用户。

原本应用HTTP协议的Web 的机制就是对客户端发来的请求，返回事前准备好的内容。可随着 Web越来越普及，仅靠这样的做法已不足以应对所有的需求，更需要引入由程序创建HTML内容的做法。

类似这种由程序创建的内容称为动态内容，而事先准备好的内容称为静态内容。Web应用则作用于动态内容之上。

10.3.2 与Web服务器及程序写作的CGI

CGI（Common Gateway Interface）是一种标准的协议，**用于在Web服务器和应用程序之间传递信息，使得服务器能够调用外部程序来生成动态的Web内容。**CGI 允许在Web服务器上运行的程序（通常是脚本或可执行文件）处理用户的请求，并生成相应的HTML页面或其他响应。

基本上，当用户请求一个动态网页时，Web服务器将启动一个与 CGI 兼容的程序来处理该请求，这个程序负责生成所需的内容，并将其返回给用户的浏览器。

10.3.3 因Java而普及的Servlet

Servlet 是 Java 编程语言编写的服务器端程序，用于扩展 Web 服务器的功能。Servlet 运行在支持 Java Servlet 规范的 Web 容器中，它充当了服务器和应用程序之间的中间层，处理客户端的请求并生成响应。

CGI每次接到请求程序都要跟着启动一次, 一旦访问量过大, Web服务器要承担相当大的负载, 而Servlet运行在与Web服务器相同的进程中, 受到的负载较小, Servlet运行的环境叫做Web容器或Servlet容器

10.4 数据发布的格式及语言

10.4.1 可扩展标记语言

XML（eXtensible Markup Language）是一种可扩展的标记语言，用于描述数据的结构和内容。XML 的设计目标是传输和存储数据，同时保持数据的自我描述性和可扩展性。它常被用于配置文件、数据交换和在不同系统之间传递结构化信息。

以下是 XML 的一些基本特点和规则：

文档结构： XML 文档是由元素（element）组成的树状结构。每个元素可以包含子元素、属性和文本内容。XML 文档必须包含一个根元素，所有其他元素都是根元素的子元素。

示例：
xml 复制代码
```
<person>
  <name>John Doe</name>
  <age>30</age>
  <city>New York</city>
</person>
```
标签和元素： 在 XML 中，使用尖括号括起来的名称称为标签（tag）。标签出现在开始和结束元素的位置。元素是由开始标签、结束标签和之间的内容组成。
- <name> 是开始标签。
- </name> 是结束标签。
- John Doe 是元素的内容。
属性： 元素可以包含属性，属性用于提供关于元素的附加信息。属性出现在开始标签中，由名称和值组成，用等号连接。

示例：
xml 复制代码
```
<person gender="male">
  <name>John Doe</name>
  <age>30</age>
  <city>New York</city>
</person>
```
命名空间： XML 支持命名空间，用于避免元素名冲突。通过定义命名空间，可以在 XML 文档中使用相同的元素名而不会发生冲突。

示例：
xml 复制代码
```
<library xmlns="http://example.com/library">
  <book>Book 1</book>
  <book>Book 2</book>
</library>
```
CDATA（Character Data）： CDATA 元素用于包裹文本内容，以免被解析器解释为 XML 元素。CDATA 部分以 <![CDATA[ 开始，以 ]]> 结束。

示例：
xml 复制代码
```
<description><![CDATA[This is a <![CDATA[nested]]> description.]]></description>
```
XML 声明： XML 文档的开头通常包含 XML 声明，用于指定 XML 版本和字符集。

示例：
xml 复制代码
```
<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
```
DTD（Document Type Definition）和 XSD（XML Schema Definition）： DTD 和 XSD 是用于定义 XML 文档结构的规范。它们定义了允许的元素、属性和它们之间的关系。

XML 的灵活性和自我描述性使得它成为数据交换和配置文件的常见选择。然而，与 JSON 相比，XML 的语法相对冗长，因此在某些场景下可能不如 JSON 那么轻量。 XML 仍然被广泛用于许多应用领域，特别是在一些传统的企业应用中。

10.4.2 JSON

JSON（JavaScript Object Notation）是一种轻量级的数据交换格式，通常用于在客户端和服务器之间传递结构化数据。JSON 的设计简单、易读，它基于JavaScript对象的字面量表示法，但已成为一种独立于编程语言的数据格式。

以下是 JSON 的一些基本特点和规则：

数据结构： JSON 数据是一个由键值对（key-value pairs）组成的集合。每个键值对之间使用逗号分隔，键和值之间使用冒号分隔。整个数据结构可以是对象（object）或数组（array）。
- JSON 对象表示一个无序的键值对集合，使用花括号 {} 包裹。
  json 复制代码
```
{
  "name": "John Doe",
  "age": 30,
  "city": "New York"
}
```
- JSON 数组表示一个有序的值集合，使用方括号 [] 包裹。
  json 复制代码
```
["apple", "banana", "orange"]
```
数据类型： JSON 支持以下数据类型：
- 字符串（String）：用双引号包裹的文本。
- 数字（Number）：整数或浮点数。
- 布尔值（Boolean）：true 或 false。
- 空值（Null）：表示没有值。
示例：
json 复制代码
```
{
  "name": "John Doe",
  "age": 30,
  "isStudent": false,
  "grades": [90, 85, 92],
  "address": null
}
```

嵌套结构： JSON 可以包含嵌套的对象和数组，从而形成复杂的数据结构。

示例：

json 复制代码

{
  "person": {
    "name": "John Doe",
    "age": 30,
    "address": {
      "city": "New York",
      "zipcode": "10001"
    }
  },
  "friends": [
    {"name": "Alice", "age": 28},
    {"name": "Bob", "age": 32}
  ]
}

易读性： JSON 具有良好的可读性，易于人们理解和编写。这也使得它成为配置文件和数据交换的常用格式。
语法规则： JSON 有一些基本的语法规则：
- 键和字符串值必须用双引号括起来。
- 键和值之间使用冒号分隔。
- 多个键值对之间使用逗号分隔。
- 对象使用花括号 {}，数组使用方括号 []。

JSON 的使用不仅局限于JavaScript，许多编程语言都提供了 JSON 的解析和生成库，使得在不同平台和环境中进行数据交换更加便捷。 JSON 已成为现代 Web 开发中常见的数据交换格式，用于在客户端和服务器之间传递数据。

10.4.3 Protocol Buffers

Protocol Buffers（简称 Protobuf）是一种由 Google 开发的二进制数据序列化格式，用于在不同应用程序或系统之间高效地进行通信和数据存储。它是一种轻量级、高性能、可扩展的数据交换格式，适用于多种编程语言。

以下是 Protocol Buffers 的一些关键特点和概念：

数据结构定义： Protobuf 使用一种结构化的文本格式来定义数据结构，称为 Protocol Buffer 定义语言（Protocol Buffer Definition Language，简称 Proto）。Proto 文件定义了消息的结构、字段类型和顺序。

示例：
protobuf 复制代码
```
syntax = "proto3";

message Person {
  string name = 1;
  int32 id = 2;
  repeated string email = 3;
}
```
二进制编码： Protobuf 使用二进制编码来序列化数据，相比于文本格式（如 JSON 或 XML），二进制编码更紧凑，更高效。这也使得 Protobuf 在网络传输和数据存储方面更具优势。
数据类型： Protobuf 支持多种基本数据类型，包括整数、浮点数、布尔值、字符串等。此外，可以通过定义消息嵌套和使用 repeated 关键字来支持数组或列表。
可扩展性： Protobuf 具有良好的可扩展性。当需要向现有消息类型添加新字段时，不会影响对旧版本消息的解析。新字段的默认值可由消息发送者指定，而接收方可以判断字段是否存在。
多语言支持： Protobuf 提供了多种语言的支持，包括但不限于 C++, Java, Python, Go, JavaScript 等。对于每种语言，Google 提供了相应的编译器（protoc）将 Proto 文件编译成对应语言的类文件或模块，用于实现序列化和反序列化。
性能优势： 由于采用了二进制编码和紧凑的消息格式，Protobuf 具有较高的性能。相较于文本格式，Protobuf 的编解码速度更快，生成的数据更小。
适用范围： Protobuf 适用于需要高性能和高效数据传输的场景，如分布式系统通信、大规模数据存储、RPC（远程过程调用）等。
版本管理： Protobuf 提供了一套版本管理机制，使得数据结构的演进变得更加容易。通过向 Proto 文件添加新字段或消息类型，并保留字段编号，可以实现向前和向后兼容性。
支持服务定义： 除了消息定义，Protobuf 还支持服务定义，允许在 Proto 文件中定义 RPC 服务接口，用于构建分布式系统中的远程调用。
Proto 文件的示例编译： 使用 protoc 编译器，可以将 Proto 文件编译成不同编程语言的代码。以下是一个使用 protoc 编译器将上述示例 Proto 文件编译成 Python 代码的命令：
bash 复制代码
```
protoc --python_out=. person.proto
```

上述命令将生成一个名为 person_pb2.py 的 Python 模块，其中包含了与 Person 消息相关的代码，可用于序列化和反序列化操作。这使得在 Python 中使用 Protobuf 变得简单而直观。

总体而言，Protobuf 是一种强大而灵活的数据序列化格式，其性能和可扩展性使得它在许多领域都得到广泛应用。

第十章 构建Web内容的技术