樹形結構表3種設計優劣分析與分享

簡介

在開發中經常遇到樹形結構的場景，本文將以部門表爲例對比幾種設計的優缺點；

問題

需求背景：根據部門檢索人員，
問題：選擇一個頂級部門情況下，跨級展示當前部門以及子部門下的所有人員，表怎麼設計更合理 ？

• 遞歸嗎 ？遞歸可以解決，但是勢必消耗性能

設計1：鄰接表

注:（常見父Id設計）

表設計

CREATE TABLE `dept_info01` (
  `id` int(10) unsigned NOT NULL AUTO_INCREMENT COMMENT '自增主鍵',
  `dept_id` int(10) NOT NULL COMMENT '部門id',
  `dept_name` varchar(100) NOT NULL COMMENT '部門名稱',
  `dept_parent_id` int(11) NOT NULL COMMENT '父部門id',
  `create_time` datetime NOT NULL DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP COMMENT '創建時間',
  `update_time` datetime NOT NULL DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP ON UPDATE CURRENT_TIMESTAMP COMMENT '修改時間',
  PRIMARY KEY (`id`) USING BTREE
) ENGINE=InnoDB AUTO_INCREMENT=1 DEFAULT CHARSET=utf8;

這樣是最常見的設計，能正確的表達菜單的樹狀結構且沒有冗餘數據，但在跨層級查詢需要遞歸處理。

SQL示例

1.查詢某一個節點的直接子集

SELECT * FROM dept_info01  WHERE dept_parent_id =1001

優點

• 結構簡單 ;

缺點

1.不使用遞歸情況下無法查詢某節點所有父級，所有子集

設計2：路徑枚舉

在設計1基礎上新增一個父部門id集字段，用來存儲所有父集，多個以固定分隔符分隔，比如逗號。

表設計

CREATE TABLE `dept_info02` (
  `id` int(10) unsigned NOT NULL AUTO_INCREMENT COMMENT '自增主鍵',
  `dept_id` int(10) NOT NULL COMMENT '部門id',
  `dept_name` varchar(100) NOT NULL COMMENT '部門名稱',
  `dept_parent_id` int(11) NOT NULL COMMENT '父部門id',
  `dept_parent_ids` varchar(255) NOT NULL DEFAULT '' COMMENT '父部門id集',
  `create_time` datetime NOT NULL DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP COMMENT '創建時間',
  `update_time` datetime NOT NULL DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP ON UPDATE CURRENT_TIMESTAMP COMMENT '修改時間',
  PRIMARY KEY (`id`) USING BTREE
) ENGINE=InnoDB AUTO_INCREMENT=1 DEFAULT CHARSET=utf8;

SQL示例

1.查詢所有子集
1).通過模糊查詢

SELECT
 *
FROM
	dept_info02
WHERE
	dept_parent_ids like '%1001%'

2).推薦使用 FIND_IN_SET 函數

SELECT
	* 
FROM
	dept_info02 
WHERE
	FIND_IN_SET( '1001', dept_parent_ids )

優點

• 方便查詢所有的子集 ;
• 可以因此通過比較字符串dept_parent_ids長度獲取當前節點層級 ;

缺點

• 新增節點時需要將dept_parent_ids字段值處理好 ;
• dept_parent_ids字段的長度很難確定，無論長度設爲多大，都存在不能夠無限擴展的情況 ;
• 節點移動複雜，需要同時變更所有子集中的dept_parent_ids字段值 ;

設計3：閉包表

• 閉包表是解決分級存儲的一個簡單而優雅的解決方案，這是一種通過空間換取時間的方式 ;
• 需要額外創建了一張TreePaths表它記錄了樹中所有節點間的關係 ;
• 包含兩列，祖先列與後代列，即使這兩個節點之間不是直接的父子關係；同時增加一行指向節點自己 ;

表設計

• 主表

CREATE TABLE `dept_info03` (
  `id` int(10) unsigned NOT NULL AUTO_INCREMENT COMMENT '自增主鍵',
  `dept_id` int(10) NOT NULL COMMENT '部門id',
  `dept_name` varchar(100) NOT NULL COMMENT '部門名稱',
  `create_time` datetime NOT NULL DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP COMMENT '創建時間',
  `update_time` datetime NOT NULL DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP ON UPDATE CURRENT_TIMESTAMP COMMENT '修改時間',
  PRIMARY KEY (`id`) USING BTREE
) ENGINE=InnoDB AUTO_INCREMENT=1 DEFAULT CHARSET=utf8;

• 祖先後代關係表

CREATE TABLE `dept_tree_path_info` (
  `id` int(10) unsigned NOT NULL AUTO_INCREMENT COMMENT '自增主鍵',
  `ancestor` int(10) NOT NULL COMMENT '祖先id',
  `descendant` int(10) NOT NULL COMMENT '後代id',
  `depth` tinyint(4) NOT NULL DEFAULT '0' COMMENT '層級深度',
  PRIMARY KEY (`id`) USING BTREE
) ENGINE=InnoDB AUTO_INCREMENT=1 DEFAULT CHARSET=utf8;

注：depth 層級深度字段 ，自我引用爲 1，直接子節點爲 2，再一下層爲 3，一次類推，第幾層就是幾 。

SQL示例

插入新節點

INSERT INTO dept_tree_path_info (ancestor, descendant,depth)
SELECT t.ancestor, 3001,t.depth+1 FROM dept_tree_path_info AS t 
WHERE t.descendant = 2001
UNION ALL
SELECT 3001,3001,1

查詢所有祖先

SELECT
	c.*
FROM
	dept_info03 AS c
INNER JOIN dept_tree_path_info t ON c.dept_id = t.ancestor
WHERE
	t.descendant = 3001

查詢所有後代

SELECT
	c.*
FROM
	dept_info03 AS c
INNER JOIN dept_tree_path_info t ON c.dept_id = t.descendant
WHERE
t.ancestor = 1001

刪除所有子樹

DELETE 
FROM
	dept_tree_path_info 
WHERE
	descendant IN 
	( 
		SELECT
			a.dept_id 
		FROM
		( SELECT descendant dept_id FROM dept_tree_path_info WHERE  ancestor = 1001 ) a
	)

刪除葉子節點

DELETE 
FROM
	dept_tree_path_info 
WHERE
	descendant = 2001

移動節點

• 刪除所有子樹(先斷開與原祖先的關係)
• 建立新的關係

優點

• 非遞歸查詢減少冗餘的計算時間 ;
• 方便非遞歸查詢任意節點所有的父集 ;
• 方便查詢任意節點所有的子集 ;
• 可以實現無限層級 ;
• 支持移動節點 ;

### 缺點

• 層級太多情況下移動樹節點會帶來關係表多條操作 ;
• 需要單獨一張表存儲對應關係，在新增與編輯節點時操作相對複雜 ;

結合使用

可以將鄰接表方式與閉包表方式相結合使用。實際上就是將父id冗餘到主表中，在一些只需要查詢直接關係的業務中就可以直接查詢主表，而不需要關聯2張表了。在需要跨級查詢時祖先後代關係表就顯得尤爲重要。

表設計

• 主表

CREATE TABLE `dept_info04` (
  `id` int(10) unsigned NOT NULL AUTO_INCREMENT COMMENT '自增主鍵',
  `dept_id` int(10) NOT NULL COMMENT '部門id',
  `dept_name` varchar(100) NOT NULL COMMENT '部門名稱',
  `dept_parent_id` int(11) NOT NULL COMMENT '父部門id',
  `create_time` datetime NOT NULL DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP COMMENT '創建時間',
  `update_time` datetime NOT NULL DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP ON UPDATE CURRENT_TIMESTAMP COMMENT '修改時間',
  PRIMARY KEY (`id`) USING BTREE
) ENGINE=InnoDB AUTO_INCREMENT=1 DEFAULT CHARSET=utf8;

• 祖先後代關係表

CREATE TABLE `dept_tree_path_info` (
  `id` int(10) unsigned NOT NULL AUTO_INCREMENT COMMENT '自增主鍵',
  `ancestor` int(10) NOT NULL COMMENT '祖先id',
  `descendant` int(10) NOT NULL COMMENT '後代id',
  `depth` tinyint(4) NOT NULL DEFAULT '0' COMMENT '層級深度',
  PRIMARY KEY (`id`) USING BTREE
) ENGINE=InnoDB AUTO_INCREMENT=1 DEFAULT CHARSET=utf8;

總結

其實，在以往的工作中，曾見過不同類型的設計，鄰接表，路徑枚舉，鄰接表路徑枚舉一起來的都見過。每種設計都各有優劣，如果選擇設計依賴於應用程序中哪種操作最需要性能上的優化。

設計	表數量	查詢直接子	查詢子樹	同時查詢多個節點子樹	插入	刪除	移動
鄰接表	1	簡單	需要遞歸	需要遞歸	簡單	簡單	簡單
枚舉路徑	1	簡單	簡單	查多次	相對複雜	簡單	複雜
閉包表	2	簡單	簡單	簡單	相對複雜	簡單	複雜

綜上所述

• 只需要建立子父集關係中可以使用鄰接表方式 ;
• 涉及向上查找，向下查找的需要建議使用閉包表方式 ;

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