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数据库如何存储树状结构

创作时间:
作者:
@小白创作中心

数据库如何存储树状结构

引用
1
来源
1.
https://docs.pingcode.com/baike/1794288

在数据库设计中，树状结构是一种常见的数据组织方式，广泛应用于分类体系、组织架构、权限管理等领域。本文将详细介绍几种常用的数据库树状结构存储方法，包括邻接表模型、路径枚举模型、嵌套集模型、闭包表模型和物化路径模型，并通过具体的SQL示例帮助读者理解每种方法的实现细节。

数据库如何存储树状结构

数据库存储树状结构的方法主要有：邻接表模型、路径枚举模型、嵌套集模型、闭包表模型、物化路径模型。其中，邻接表模型是最常见的方法之一，因为它简单易懂且操作方便。

邻接表模型：在邻接表模型中，每个节点都存储它的直接父节点的ID。这种方法的主要优点是结构简单，查询单个节点和其子节点也非常方便。假设我们有一个表
categories
，包含两个字段：
id
和
parent_id
，其中
parent_id
指向这个节点的父节点。通过这个结构，我们可以很容易地进行父子关系的查询和操作。

一、邻接表模型

邻接表模型是最常见的存储树状结构的方法之一。在这种模型中，每个节点都存储其直接父节点的ID。其优点在于结构简单，易于理解和操作。

1. 数据库表结构

在邻接表模型中，可以使用一个简单的表结构来存储树状数据。假设我们有一个表示类别的表
categories
，它包含以下字段：

id
：节点的唯一标识

name
：节点的名称

parent_id
：指向父节点的ID 


CREATE TABLE categories (  

    id INT PRIMARY KEY,  
    name VARCHAR(255),  
    parent_id INT,  
    FOREIGN KEY (parent_id) REFERENCES categories(id)  
);

2. 插入数据

插入数据时，直接指定父节点的ID即可。例如，插入一个根节点和两个子节点： 


INSERT INTO categories (id, name, parent_id) VALUES (1, 'Root', NULL);  

INSERT INTO categories (id, name, parent_id) VALUES (2, 'Child 1', 1);  
INSERT INTO categories (id, name, parent_id) VALUES (3, 'Child 2', 1);

3. 查询数据

使用递归查询可以获取任意节点的子节点。例如，获取根节点及其所有子节点： 


WITH RECURSIVE category_tree AS (  

    SELECT id, name, parent_id  
    FROM categories  
    WHERE id = 1  
    UNION ALL  
    SELECT c.id, c.name, c.parent_id  
    FROM categories c  
    JOIN category_tree ct ON c.parent_id = ct.id  
)  
SELECT * FROM category_tree;

二、路径枚举模型

路径枚举模型通过存储从根节点到当前节点的路径来表示树状结构。其优点在于可以快速地进行路径查询，但缺点是路径信息冗余，更新操作较复杂。

1. 数据库表结构

在路径枚举模型中，需要一个字段来存储路径信息。假设我们有一个表示类别的表
categories
，它包含以下字段：

id
：节点的唯一标识

name
：节点的名称

path
：从根节点到当前节点的路径 


CREATE TABLE categories (  

    id INT PRIMARY KEY,  
    name VARCHAR(255),  
    path VARCHAR(255)  
);

2. 插入数据

插入数据时，需要根据父节点的路径生成新的路径。例如，插入一个根节点和两个子节点： 


INSERT INTO categories (id, name, path) VALUES (1, 'Root', '1');  

INSERT INTO categories (id, name, path) VALUES (2, 'Child 1', '1/2');  
INSERT INTO categories (id, name, path) VALUES (3, 'Child 2', '1/3');

3. 查询数据

可以通过路径前缀进行查询。例如，获取根节点及其所有子节点： 


SELECT * FROM categories WHERE path LIKE '1/%';

三、嵌套集模型

嵌套集模型通过存储节点的左右值来表示树状结构。其优点在于可以快速地进行子树查询，但缺点是更新操作较复杂。

1. 数据库表结构

在嵌套集模型中，需要两个字段来存储节点的左右值。假设我们有一个表示类别的表
categories
，它包含以下字段：

id
：节点的唯一标识

name
：节点的名称

left
：节点的左值

right
：节点的右值 


CREATE TABLE categories (  

    id INT PRIMARY KEY,  
    name VARCHAR(255),  
    left INT,  
    right INT  
);

2. 插入数据

插入数据时，需要根据节点的左右值进行计算。例如，插入一个根节点和两个子节点： 


INSERT INTO categories (id, name, left, right) VALUES (1, 'Root', 1, 6);  

INSERT INTO categories (id, name, left, right) VALUES (2, 'Child 1', 2, 3);  
INSERT INTO categories (id, name, left, right) VALUES (3, 'Child 2', 4, 5);

3. 查询数据

可以通过左右值进行查询。例如，获取根节点及其所有子节点： 


SELECT * FROM categories WHERE left BETWEEN 1 AND 6;

四、闭包表模型

闭包表模型通过存储节点之间的所有祖先和后代关系来表示树状结构。其优点在于可以快速地进行任意节点之间的关系查询，但缺点是存储空间较大。

1. 数据库表结构

在闭包表模型中，需要一个表来存储节点之间的关系。假设我们有一个表示类别的表
categories
，以及一个表示关系的表
category_closure
，它包含以下字段：

ancestor
：祖先节点的ID

descendant
：后代节点的ID

depth
：从祖先节点到后代节点的深度 


CREATE TABLE categories (  

    id INT PRIMARY KEY,  
    name VARCHAR(255)  
);  
CREATE TABLE category_closure (  
    ancestor INT,  
    descendant INT,  
    depth INT,  
    PRIMARY KEY (ancestor, descendant),  
    FOREIGN KEY (ancestor) REFERENCES categories(id),  
    FOREIGN KEY (descendant) REFERENCES categories(id)  
);

2. 插入数据

插入数据时，需要同时插入节点以及其祖先和后代关系。例如，插入一个根节点和两个子节点： 


INSERT INTO categories (id, name) VALUES (1, 'Root');  

INSERT INTO categories (id, name) VALUES (2, 'Child 1');  
INSERT INTO categories (id, name) VALUES (3, 'Child 2');  
INSERT INTO category_closure (ancestor, descendant, depth) VALUES (1, 1, 0);  
INSERT INTO category_closure (ancestor, descendant, depth) VALUES (1, 2, 1);  
INSERT INTO category_closure (ancestor, descendant, depth) VALUES (1, 3, 1);  
INSERT INTO category_closure (ancestor, descendant, depth) VALUES (2, 2, 0);  
INSERT INTO category_closure (ancestor, descendant, depth) VALUES (3, 3, 0);

3. 查询数据

可以通过祖先或后代关系进行查询。例如，获取根节点及其所有子节点： 


SELECT c.*  

FROM categories c  
JOIN category_closure cc ON c.id = cc.descendant  
WHERE cc.ancestor = 1;

五、物化路径模型

物化路径模型通过存储节点的路径字符串来表示树状结构。其优点在于可以快速地进行路径查询，但缺点是路径信息冗余，更新操作较复杂。

1. 数据库表结构

在物化路径模型中，需要一个字段来存储路径字符串。假设我们有一个表示类别的表
categories
，它包含以下字段：

id
：节点的唯一标识

name
：节点的名称

path
：节点的路径字符串 


CREATE TABLE categories (  

    id INT PRIMARY KEY,  
    name VARCHAR(255),  
    path VARCHAR(255)  
);

2. 插入数据

插入数据时，需要根据父节点的路径字符串生成新的路径字符串。例如，插入一个根节点和两个子节点： 


INSERT INTO categories (id, name, path) VALUES (1, 'Root', '1');  

INSERT INTO categories (id, name, path) VALUES (2, 'Child 1', '1/2');  
INSERT INTO categories (id, name, path) VALUES (3, 'Child 2', '1/3');

3. 查询数据

可以通过路径字符串进行查询。例如，获取根节点及其所有子节点： 


SELECT * FROM categories WHERE path LIKE '1/%';

六、总结与建议

在实际应用中，选择合适的树状结构存储方法非常重要。每种方法都有其优缺点，应根据具体需求进行选择。

  • 邻接表模型：适用于简单的树状结构，查询和插入操作都非常方便。
  • 路径枚举模型：适用于需要快速路径查询的场景，但路径信息冗余较多。
  • 嵌套集模型：适用于需要快速子树查询的场景，但更新操作较复杂。
  • 闭包表模型：适用于需要快速任意节点关系查询的场景，但存储空间较大。
  • 物化路径模型：适用于需要快速路径查询的场景，但路径信息冗余较多。

在选择存储方法时，还应考虑项目管理和协作工具的使用，如研发项目管理系统PingCode和通用项目协作软件Worktile，以提高团队的协作效率和项目管理水平。

相关问答FAQs：

1. 数据库如何存储树状结构的数据？

数据库可以使用多种方法来存储树状结构的数据。一种常用的方法是使用层次关系模型，即每个节点都包含一个指向父节点的引用。另一种方法是使用嵌套集模型，其中每个节点都有一个左右值来表示其在树中的位置。还有一种方法是使用路径枚举模型，其中每个节点都有一个路径来表示其在树中的位置。

2. 在数据库中如何查询树状结构的数据？

要查询树状结构的数据，可以使用递归查询或者使用特定的查询语句。递归查询是一种通过递归调用查询语句来遍历整个树的方法。特定的查询语句可以根据树的结构和查询的需求来编写，例如使用递归查询或使用连接查询来获取树的特定部分。

3. 如何在数据库中插入和更新树状结构的数据？

要在数据库中插入和更新树状结构的数据，可以使用特定的插入和更新语句。插入语句可以根据树的结构和插入的位置来编写，例如使用递归插入或者使用特定的父节点和位置来插入新的节点。更新语句可以根据树的结构和更新的需求来编写，例如更新节点的值或者移动节点到新的位置。

本文原文来自PingCode

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