如何在數據庫中存儲一棵樹


樹形結構的數據在項目開發中比較常見,比如比較典型的是論壇主題留言。

每一個主題(節點)可以有n個留言(子節點)。這些留言又可以有自己的留言。因此這種結構就是一顆樹。本文討論的是數據庫中如何存儲這種樹形結構。

假設有如下一棵樹:

無標題

方法一

注意:本例中的數據庫是SQLite,因此SQL語句只對SQLite有效,其他數據庫可以參考該寫法。

要存儲於數據庫中,最簡單直接的方法,就是存儲每個元素的父節點ID。

暫且把這種方法命名依賴父節點法,因此表結構設計如下:

598F8C3BAEC249C7B7C21FCAE42C097F

存儲的數據如下格式:

D91E5117473F4F75B42E8542953BE78C

這種結構下,如果查詢某一個節點的直接子節點,十分容易,比如要查詢D節點的子節點。

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select  from  tree1  where  parentid=4

如果要插入某個節點,比如在D節點下,再次插入一個M節點。

只需要如下SQL:

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INSERT  INTO  tree1 (value,parentid)  VALUES ( 'M' ,4);

這種結構在查找某個節點的所有子節點,就稍顯復雜,無論是SELECT還是DELETE都可能涉及到獲取所有子節點的問題。比如要刪除一個節點並且該節點的子節點也要全部刪除,那么首先要獲得所有子節點的ID,因為子節點並不只是直接子節點,還可能包含子節點的子節點。比如刪除D節點及其子節點,必須先查出D節點下的所有子節點,然后再做刪除,SQL如下:

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select  nodeid  from  tree1  where  parentid=4  --返回8,9
select  nodeid  from  tree1  where  parentid  in  (8,9)  --返回10,11,12
select  nodeid  from  tree1  where  parentid  in  (10,11,12)  --返回空
delete  from  tree1  where  nodeid  in  (4,8,9,10,11,12)

如果是只刪除D節點,對於其它節點不做刪除而是做提升,那么必須先修改子節點的parentid,然后才能刪除D節點。

正如上面演示的,對於這種依賴父節點法,最大的缺點就是無法直接獲得某個節點的所有子節點。因此如果要select所有的子節點,需要繁瑣的步驟,這不利於做聚合操作。

對於某些數據庫產品,支持遞歸查詢語句的,比如微軟的SQL Server,可以使用CTE技術實現遞歸查詢。比如,要查詢D節點的所有子節點。只需要如下語句:

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WITH  tmp  AS (
SELECT  FROM  Tree1  WHERE  nodeid = 4
UNION  ALL
SELECT  a.*  FROM  Tree1  AS  a,tmp  AS  WHERE  a.parentid = b. nodeid
)
SELECT  FROM  tmp

但是對於那些不支持遞歸查詢的數據庫來說,實現起來就比較復雜了。

 

方法二

還有一種比較土的方法,就是存儲路徑。暫且命名為路徑枚舉法。

這種方法,將存儲根結點到每個節點的路徑。

55778B9842DC47279FFCFF48B54ABDA1

這種數據結構,可以一眼就看出子節點的深度。

如果要查詢某個節點下的子節點,只需要根據path的路徑去匹配,比如要查詢D節點下的所有子節點。

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select  from  tree2  where  path  like  '%/4/%'

或者出於效率考慮,直接寫成

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select  from  tree2  where  path  like  '1/4/%'

214EF7DB11684064ABB9C4FCBDDD5CD4

如果要做聚合操作,也很容易,比如查詢D節點下一共有多少個節點。

select count(*) from tree2 where path like '1/4/%';

要插入一個節點,則稍微麻煩點。要插入自己,然后查出父節點的Path,並且把自己生成的ID更新到path中去。比如,要在L節點后面插入M節點。

首先插入自己M,然后得到一個nodeid比如nodeid=13,然后M要插入到L后面,因此,查出L的path為1/4/8/12/,因此update M的path為1/4/8/12/13

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update  tree2  set
path=( select  path  from  tree2  where  nodeid=12)  --此處開始拼接
||last_insert_rowid()|| '/'
where
nodeid= last_insert_rowid();

這種方法有一個明顯的缺點就是path字段的長度是有限的,這意味着,不能無限制的增加節點深度。因此這種方法適用於存儲小型的樹結構。

方法三

下面介紹一種方法,稱之為閉包表。

該方法記錄了樹中所有節點的關系,不僅僅只是直接父子關系,它需要使用2張表,除了節點表本身之外,還需要使用1張表來存儲節祖先點和后代節點之間的關系(同時增加一行節點指向自身),並且根據需要,可以增加一個字段,表示深度。因此這種方法數據量很多。設計的表結構如下:

Tree3表:

E1D5EEEE05EF4188ADE17192C9B95ECC

NodeRelation表:

C3E90EA4EEBE490D87035F98DFC39EA2

如例子中的樹,插入的數據如下:

Tree3表的數據

20ADFF42DB6E45CC9CA0C287DA49C5B5

NodeRelation表的數據

9F3B8EC76E0B4D67830FF29B6F6EEC4E

可以看到,NodeRelation表的數據量很多。但是查詢非常方便。比如,要查詢D節點的子元素

只需要

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select  from  NodeRelation  where  ancestor=4;

要查詢節點D的直接子節點,則加上depth=1

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select  from  NodeRelation  where  ancestor=4  and  depth=1;

要查詢節點J的所有父節點,SQL:

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select  from  NodeRelation  where  descendant=10;

如果是插入一個新的節點,比如在L節點后添加子節點M,則插入的節點除了M自身外,還有對應的節點關系。即還有哪些節點和新插入的M節點有后代關系。這個其實很簡單,只要和L節點有后代關系的,和M節點必定會有后代關系,並且和L節點深度為X的和M節點的深度必定為X+1。因此,在插入M節點后,找出L節點為后代的那些節點作為和M節點之間有后代關系,插入到數據表。

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INSERT  INTO  tree3 (value)  VALUES ( 'M' ); --插入節點
INSERT  INTO   NodeRelation(ancestor,descendant,depth)
select  n.ancestor,last_insert_rowid(),n.depth+1 --此處深度+1作為和M節點的深度
from  NodeRelation n
where  n.descendant=12
Union  ALL
select   last_insert_rowid() ,last_insert_rowid(),0  --加上自身

在某些並不需要使用深度的情況下,甚至可以不需要depth字段。

如果要刪除某個節點也很容易,比如,要刪除節點D,這種情況下,除了刪除tree3表中的D節點外,還需要刪除NodeRelation表中的關系。

首先以D節點為后代的關系要刪除,同時以D節點的后代為后代的這些關系也要刪除:

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delete  from  NodeRelation  where  descendant  in
( select  descendant  from  NodeRelation  where  ancestor=4 ); --查詢以D節點為祖先的那些節點,即D節點的后代。

這種刪除方法,雖然徹底,但是它也刪除了D節點和它原本的子節點的關系。

如果只是想割裂D節點和A節點的關系,而對於它原有的子節點的關系予以保留,則需要加入限定條件。

限制要刪除的關系的祖先不以D為祖先,即如果這個關系以D為祖先的,則不用刪除。因此把上面的SQL加上條件。

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delete  from  NodeRelation  where  descendant  in
( select  descendant  from  NodeRelation  where  ancestor=4 ); --查詢以D節點為祖先的那些節點,即D節點的后代。
and  ancestor  not  in  ( select  descendant  from  NodeRelation   where  ancestor =4 )

上面的SQL用文字描述就是,查詢出D節點的后代,如果一個關系的祖先不屬於D節點的后代,並且這個關系的后代屬於D節點的后代,就刪除它。

這樣的刪除,保留了D節點自身子節點的關系,如上面的例子,實際上刪除的節點關系為:

569AD87B6E7B4F428D3521B550F9D0FF

如果要刪除節點H,則為

8579EB3DB87C4175B5DAAEAA9E182395

總結:

上面主要講了3種方式,各有優點缺點。可以根據實際需要,選擇合適的數據模型。

 

本文出自 “一只博客” 博客,請務必保留此出處http://cnn237111.blog.51cto.com/2359144/1226911


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