树形结构的数据库表设计
程序设计过程中,我们常常用树形结构来表征某些数据的关联关系,如企业上下级部门、栏目结构、商品分类等等,通常而言,这些树状结构需要借助于数据库完成持久化。然而目前的各种基于关系的数据库,都是以二维表的形式记录存储数据信息,因此是不能直接将Tree存入DBMS,设计合适的Schema及其对应的CRUD算法是实现关系型数据库中存储树形结构的关键。
理想中树形结构应该具备如下特征:数据存储冗余度小、直观性强;检索遍历过程简单高效;节点增删改查CRUD操作高效。无意中在网上搜索到一种很巧妙的设计,原文是英文,看过后感觉有点意思,于是便整理了一下。本文将介绍两种树形结构的Schema设计方案:一种是直观而简单的设计思路,另一种是基于左右值编码的改进方案。
一、基本数据
本文列举了一个食品族谱的例子进行讲解,通过类别、颜色和品种组织食品,树形结构图如下:
二、继承关系驱动的Schema设计
对树形结构最直观的分析莫过于节点之间的继承关系上,通过显示地描述某一节点的父节点,从而能够建立二维的关系表,则这种方案的Tree表结构通常设计为:{Node_id,Parent_id},上述数据可以描述为如下图所示:
id |
name |
id |
1 |
food |
0 |
2 |
fruit |
1 |
3 |
red |
2 |
4 |
cherry |
3 |
5 |
Yellow |
2 |
6 |
banana |
5 |
7 |
meat |
1 |
8 |
beef |
7 |
9 |
pork |
7 |
这种方案的优点很明显:设计和实现自然而然,非常直观和方便。缺点当然也是非常的突出:由于直接地记录了节点之间的继承关系,因此对Tree的任何CRUD操作都将是低效的,这主要归根于频繁的“递归”操作,递归过程不断地访问数据库,每次数据库IO都会有时间开销。当然,这种方案并非没有用武之地,在Tree规模相对较小的情况下,我们可以借助于缓存机制来做优化,将Tree的信息载入内存进行处理,避免直接对数据库IO操作的性能开销。
关于这种树状结构数据的查询有多种办法,在Oracle 中我们知道有一个 Hierarchical Queries 通过CONNECT BY 我们可以方便的查了所有当前节点下的所有子节点。但在mysql数据库中,目前的版本不支持这样的查询。
在mysql中就需要使用递归查询,这里有两种方法,一种是通过自定义的函数和结合find_in_set函数循环查询,另外一种就是通过存储过程递归查。
方法一:利用函数来得到所有子节点号。
创建一个function getChildLst, 得到一个由所有子节点号组成的字符串.
mysql> delimiter // mysql> mysql> CREATE FUNCTION `getChildLst`(rootId INT) -> RETURNS varchar(1000) -> BEGIN -> DECLARE sTemp VARCHAR(1000); -> DECLARE sTempChd VARCHAR(1000); -> -> SET sTemp = '$'; -> SET sTempChd =cast(rootId as CHAR); -> -> WHILE sTempChd is not null DO -> SET sTemp = concat(sTemp,',',sTempChd); -> SELECT group_concat(id) INTO sTempChd FROM tb_test where FIND_IN_SET(pid,sTempChd)>0; -> END WHILE; -> RETURN sTemp; -> END -> // Query OK, 0 rows affected (0.00 sec) mysql> mysql> delimiter ;
mysql> select getChildList(2); +-----------------+ | getChildList(2) | +-----------------+ | $,2,3,5,4,6 | +-----------------+ 1 row in set mysql> select * from tb_test where FIND_IN_SET(id,getChildList(2)); +----+-----+--------+ | id | pid | name | +----+-----+--------+ | 2 | 1 | fruit | | 3 | 2 | red | | 4 | 3 | cherry | | 5 | 2 | Yellow | | 6 | 5 | banana | +----+-----+--------+ 5 rows in set mysql>
补充:获取父节点函数
CREATE FUNCTION `getParentList`(rootId INT) BEGIN DECLARE sParentList varchar(1000); DECLARE sParentTemp varchar(1000); SET sParentTemp =cast(rootId as CHAR); WHILE sParentTemp is not null DO IF (sParentList is not null) THEN SET sParentList = concat(sParentTemp,',',sParentList); ELSE SET sParentList = concat(sParentTemp); END IF; SELECT group_concat(pid) INTO sParentTemp FROM tb_test where FIND_IN_SET(id,sParentTemp)>0; END WHILE; RETURN sParentList; END
备注
查询语句:select getParentList(2);
select * from tb_test wherefind_in_set(id,getParentList(4));
优点: 简单,方便,没有递归调用层次深度的限制 (max_sp_recursion_depth,最大255) ;
缺点:长度受限,虽然可以扩大 RETURNS varchar(1000),但总是有最大限制的。
方法二:利用临时表和过程递归
创建存储过程如下。createChildLst为递归过程,showChildLst为调用入口过程,准备临时表及初始化。以下方法未亲测,来至博文:
http://wangjinlongaisong-126-com.iteye.com/blog/1188907
mysql> delimiter // mysql> mysql> # 入口过程 mysql> CREATE PROCEDURE showChildLst (IN rootId INT) -> BEGIN -> CREATE TEMPORARY TABLE IF NOT EXISTS tmpLst -> (sno int primary key auto_increment,id int,depth int); -> DELETE FROM tmpLst; -> -> CALL createChildLst(rootId,0); -> -> select tmpLst.*,treeNodes.* from tmpLst,treeNodes where tmpLst.id=treeNodes.id order by tmpLst.sno; -> END; -> // Query OK, 0 rows affected (0.00 sec) mysql> mysql> # 递归过程 mysql> CREATE PROCEDURE createChildLst (IN rootId INT,IN nDepth INT) -> BEGIN -> DECLARE done INT DEFAULT 0; -> DECLARE b INT; -> DECLARE cur1 CURSOR FOR SELECT id FROM treeNodes where pid=rootId; -> DECLARE CONTINUE HANDLER FOR NOT FOUND SET done = 1; -> -> insert into tmpLst values (null,rootId,nDepth); -> -> OPEN cur1; -> -> FETCH cur1 INTO b; -> WHILE done=0 DO -> CALL createChildLst(b,nDepth+1); -> FETCH cur1 INTO b; -> END WHILE; -> -> CLOSE cur1; -> END; -> // Query OK, 0 rows affected (0.00 sec) mysql> delimiter ;
调用时传入结点
mysql> call showChildLst(1); +-----+------+-------+----+----------+------+ | sno | id | depth | id | nodename | pid | +-----+------+-------+----+----------+------+ | 4 | 1 | 0 | 1 | A | 0 | | 5 | 2 | 1 | 2 | B | 1 | | 6 | 4 | 2 | 4 | D | 2 | | 7 | 5 | 2 | 5 | E | 2 | | 8 | 3 | 1 | 3 | C | 1 | | 9 | 6 | 2 | 6 | F | 3 | | 10 | 7 | 3 | 7 | G | 6 | +-----+------+-------+----+----------+------+ 7 rows in set (0.13 sec) Query OK, 0 rows affected, 1 warning (0.14 sec) mysql> mysql> call showChildLst(3); +-----+------+-------+----+----------+------+ | sno | id | depth | id | nodename | pid | +-----+------+-------+----+----------+------+ | 1 | 3 | 0 | 3 | C | 1 | | 2 | 6 | 1 | 6 | F | 3 | | 3 | 7 | 2 | 7 | G | 6 | +-----+------+-------+----+----------+------+ 3 rows in set (0.11 sec) Query OK, 0 rows affected, 1 warning (0.11 sec)
depth 为深度,这样可以在程序进行一些显示上的格式化处理。类似于oracle中的 level 伪列。sno 仅供排序控制。这样你还可以通过临时表tmpLst与数据库中其它表进行联接查询。
MySQL中你可以利用系统参数 max_sp_recursion_depth来控制递归调用的层数上限。如下例设为12.
mysql>set max_sp_recursion_depth=12;
QueryOK, 0 rows affected (0.00 sec)
优点 : 可以更灵活处理,及层数的显示。并且可以按照树的遍历顺序得到结果。
缺点 : 递归有255的限制。
方法三:利用中间表和过程
(本方法由yongyupost2000提供样子改编)
创建存储过程如下。由于MySQL中不允许在同一语句中对临时表多次引用,只以使用普通表tmpLst来实现了。当然你的程序中负责在用完后清除这个表。
delimiter // drop PROCEDURE IF EXISTS showTreeNodes_yongyupost2000// CREATE PROCEDURE showTreeNodes_yongyupost2000 (IN rootid INT) BEGIN DECLARE Level int ; drop TABLE IF EXISTS tmpLst; CREATE TABLE tmpLst ( id int, nLevel int, sCort varchar(8000) ); Set Level=0 ; INSERT into tmpLst SELECT id,Level,ID FROM treeNodes WHERE PID=rootid; WHILE ROW_COUNT()>0 DO SET Level=Level+1 ; INSERT into tmpLst SELECT A.ID,Level,concat(B.sCort,A.ID) FROM treeNodes A,tmpLst B WHERE A.PID=B.ID AND B.nLevel=Level-1 ; END WHILE; END; // delimiter ; CALL showTreeNodes_yongyupost2000(0);
执行完后会产生一个tmpLst表,nLevel 为节点深度,sCort 为排序字段。
使用方法
SELECT concat(SPACE(B.nLevel*2),'+--',A.nodename) FROM treeNodes A,tmpLst B WHERE A.ID=B.ID ORDER BY B.sCort; +--------------------------------------------+ | concat(SPACE(B.nLevel*2),'+--',A.nodename) | +--------------------------------------------+ | +--A | | +--B | | +--D | | +--E | | +--C | | +--F | | +--G | | +--H | | +--J | | +--K | | +--I | | +--L | | +--N | | +--O | | +--P | | +--Q | | +--M | +--------------------------------------------+ 17 rows in set (0.00 sec)
优点 : 层数的显示。并且可以按照树的遍历顺序得到结果。没有递归限制。
缺点 : MySQL中对临时表的限制,只能使用普通表,需做事后清理。
三、基于左右值编码的Schema设计
在基于数据库的一般应用中,查询的需求总要大于删除和修改。为了避免对于树形结构查询时的“递归”过程,基于Tree的前序遍历设计一种全新的无递归查询、无限分组的左右值编码方案,来保存该树的数据。
这种设计的详细信息可以参考博文:
http://blog.csdn.net/monkey_d_meng/article/details/6647488