Jenabean：輕鬆將 JavaBeans 綁定至 RDF

前言

Java 開發人員幸運地擁有 Jena 這套優秀的 RDF 框架，提供讀寫 RDF 的 API，支援多種持久化方式。Jena 設計目標是良好處理 RDF 資料模型，如同 JDBC 適合關聯模型。資料庫應用大量程式碼用於保存 Java 物件與從資料庫聚合物件；語義 Web 應用面臨相同問題：必須實現 Java 物件與 RDF 相互轉換。開發者需編寫大量程式碼消除領域模型（通常為 JavaBeans）與 Jena 以 RDF 為中心的 API 間差異。

本文展示 Jenabean 的 Java-to-RDF 綁定框架如何簡化流程並減少程式碼。您將檢視 Jena 客戶端程式碼並與 Jenabean 基於 JavaBean 的程式設計模型對比。

Jenabean 程式設計模型

以簡單 RDF 範例（N3 格式）說明：

<https://www.ibm.com/developerworks/xml/library/j-jena/>
  a dc:Article ;
  dc:creator "Philip McCarthy"^^xsd:string ;
  dc:subject "jena, rdf, java, semantic web"^^xsd:string ;
  dc:title "Introduction to Jena"^^xsd:string .

說明「Jena 簡介」一文由 Philip McCarthy 撰寫，主題含 jena、rdf、java、semantic web。詞彙為 Dublin Core 元資料一部分。

使用原始 Jena API

String NS = "https://purl.org/dc/elements/1.1/";
OntModel m = createModel();
OntClass articleCls = m.createClass(NS + "Article");
Individual i = articleCls.createIndividual(
  "https://www.ibm.com/developerworks/xml/library/j-jena/");
Property title = m.getProperty(NS + "title");
Literal l = m.createTypedLiteral("Introduction to Jena");
i.setPropertyValue(title, l);
Property creator = m.getProperty(NS + "creator");
l = m.createTypedLiteral("Philip McCarthy");
i.setPropertyValue(creator, l);
Property subject = m.getProperty(NS + "subject");
l = m.createTypedLiteral("jena, rdf, java, semantic web");
i.setPropertyValue(subject, l);
m.write(System.out, "N3");

每個數值斷言需三行程式碼：存取屬性、建立字面值、斷言屬性關係。優點是透明、直接對應 RDF 概念，類似 JDBC 直接對應關聯模型。

使用 Jenabean

Model m = ModelFactory.createOntologyModel();
Bean2RDF writer = new Bean2RDF(m);
Article article = new Article("https://www.ibm.com/developerworks/xml/library/j-jena/");
article.setCreator("Philip McCarthy");
article.setTitle("Introduction to Jena");
article.setSubject("jena, rdf, java, semantic web");
writer.save(article);
m.write(System.out, "N3");

差異明顯：Jenabean 產生對多數 Java 開發者熟悉的程式碼。Bean2RDF 轉換器讓你只需呼叫 JavaBean 的 setter 方法。

OOP 到 RDF 的綁定挑戰

Jenabean 主要優勢是填補 Java 物件與 RDF 間鴻溝，讓你用熟悉的 OOP 風格編寫語義 Web 應用。但 Java 物件與 RDF 資料表示方式不同，好的綁定工具必須解決三問題：

1. 物件到 RDF 的阻抗不匹配：OWL 允許多重繼承、屬性共享與繼承。綁定工具需讓 JavaBean 屬性與 RDF 屬性 URI 隨意關聯（型別相容前提下）
2. 淺層對深層：物件圖持久化深度控制。保存密集連接物件圖會持久化整個模型。工具必須防止完整 RDF 模型載入記憶體，但必要時允許深度複製
3. 循環：RDF 與物件模型常見循環關係。持久化與載入時必須檢測處理循環，防止無限迴圈，重用已載入物件節省時間

Jenabean 解決上述三問題，同時保持簡單：無需程式碼生成、位元碼生成或即時位元碼處理庫，僅需 Jena 及其庫。預設使用保守策略保存物件及其直接屬性（淺層模式）。開發者必須明確指示才進行「深度」複製，或指定要保存/載入的特定集合屬性。

為 RDF 建立 JavaBeans

Jenabean 使用 Java 註解聲明 Bean 如何映射到 RDF。當模型由 Java 物件驅動時最有用。

最簡單可工作範例

同 JPA/Hibernate，需確保物件有唯一 ID。Jenabean 需在至少一個 Bean 欄位加入 @Id 註解作為唯一識別碼：

package example;
import thewebsemantic.Id;
public class Person {
  private String email;
  @Id
  public String getEmail() { return email; }
  public void setEmail(String email) { this.email = email; }
}

@Id 為 Jenabean 提供足夠資訊可靠保存/載入 Person 實例。電子郵件地址唯一，為有效 ID。保存範例：

Model m = ModelFactory.createOntologyModel();
Bean2RDF writer = new Bean2RDF(m);
Person p = new Person();
p.setEmail("person@example.com");
writer.save(p);
m.write(System.out, "N3");
...
<https://example/Person>
  a owl:Class ;
  <https://thewebsemantic.com/javaclass> "example.Person" .
<https://example/Person/taylor_cowan@yahoo.com>
  a <https://example/Person> ;
  <https://example/email> "taylor_cowan@yahoo.com"^^xsd:string .

Bean2RDF 預設淺層模式，保存實例與單一屬性。若 Person 類別未加入模型，斷言新類別為 owl:Class 實例。Jenabean 使用套件名作為本體類別命名空間。第二個斷言為註解，指明建立個體的 Java 類別。Person 實例與電子郵件皆被斷言。Jenabean 先為已保存實例建立 URI，處理 email 屬性並斷言為字串字面值。

從 Jena 模型檢索 JavaBeans

RDF 個體需 URI，Java 開發者傾向用唯一 ID。Jenabean 將宣告的 ID 欄位附加到命名空間（預設來自套件與類別名）協助建立 URI。建立 URI 後，使用 RDF2Bean 從模型載入：

RDF2Bean reader = new RDF2Bean(m);
Person p2 = reader.load(Person.class, "person@example.com");
Collection<Person> people = reader.load(Person.class);

Jenabean 也支援綁定到 SPARQL 查詢結果。總結：Bean 作者至少指明哪個欄位值對所有實例唯一。保存後，根據類別套件與名稱為類別與屬性提供預設 URI，讓你從 Java 層輕鬆快速建立 RDF。

指定命名空間與屬性

使用 @Namespace 註解將 Bean 映射到特定命名空間：

@Namespace("https://jenabean.googlecode.com/")
public class Person { ... }

新命名空間用於類別及其屬性（而非預設套件）。

語義 Web 需通用屬性使資料具更多語義。FOAF（Friend of a Friend）詞彙為電子郵件提供 foaf:mbox 屬性。使用 @RdfProperty 註解：

@Id
@RdfProperty("https://xmlns.com/foaf/0.1/mbox")
public String getEmail() { return email; }

email 屬性現斷言為 foaf:mbox，可被其他 RDF 代理理解為電子郵件地址。

物件關係

OWL/RDF 中透過同一屬性多重斷言表達各種基數關係。Jenabean 透過 java.util.Collection 介面大幅簡化。擴充 Person 支援朋友關係（使用 foaf:knows）：

public Collection<Person> friends = new LinkedList<Person>();
@RdfProperty("https://xmlns.com/foaf/0.1/knows")
public Collection<Person> getFriends() { return friends; }
public void setFriends(Collection<Person> friends) { this.friends = friends; }

建立 Person 與多個朋友，將朋友加入 friends 集合實現關聯。@RdfProperty 可選，但綁定第三方詞彙時重要。保存後模型包含遵守 FOAF 規範的新資料。

檢索有序列表

RDF 未定義子節點順序，無法假設 Jena 以特定順序檢索朋友列表。若需有序列表，Jenabean 將 Java 陣列映射到 RDF 序列。為 Person 提供一組電話號碼（String 陣列）：

private String[] phoneNumbers;
public String[] getPhoneNumbers() { return phoneNumbers; }
public void setPhoneNumbers(String[] phoneNumbers) { this.phoneNumbers = phoneNumbers; }

生成 RDF 使用 rdf:Seq 與 rdf:_1、rdf:_2 等有序屬性。

結語

Jenabean 協助你用熟悉的 JavaBean 模型讀寫 RDF。本文闡述基本原理：建立、保存、讀取簡單 Bean。這只是用 Java 編寫語義 Web 應用的一小部分。請訪問 Jenabean 專案主頁了解更多、提供回饋或尋求協助。

來源：https://www.ibm.com/developerworks/cn/java/j-jenabean.html