摘要:本文将通过实现先序树存储。我们将在这个直观的层次结构的基础上进行存储和读取。缺点在于如果树的大小超过了,那么需要对整棵树进行重新转储。
前言
一直以来存储树状结构都采用经典的结构
阅读本文之前需要了解:
Spring Boot
MyBatis
MySQL CRUD & Procedure
本文的源码可以在GitHUB上查看。欢迎大家给出意见。
我们需要什么操作在进入正文之前,我们需要从底层的具体实现抽离开来,从业务的角度来分析我们究竟需要对一棵树进行什么样的操作。这里我们将以分类管理作为具体场景。写过库存管理系统的盆友们都知道,我们需要用某种方式对各种商品的分类按照层次结构进行存储。比如我们有电子产品大类,底下还包括数码产品,家电等等各种小类,而在各个小类之下我们也还有多种更加具体的分类。这些分类在用户界面往往以直观的树状结构展示如下:
-电子产品 - 数码产品 - 手机类 - 相机类 - 电脑类 - 家电
因此在业务层的角度来说我们需要以下操作:
public interface TreeService { /** * 获得rootId节点下的所有子节点 * @param rootId * @return */ Category getTree(int rootId); /** * 获得所有根节点 * @return */ ListgetRoots(); /** * 添加一个分类 * @param nodeName * @param parentId * @return */ int addCategory(String nodeName, int parentId); /** * 删除一个分类 * @param id * @return */ void deleteCategory(int id); /** * 添加一个分类列表作为一个全新的分类 * @param category * @return */ int addCategoryList(Category category); }
而业务层所看到的每一个分类的节点如下:
public class Category { private int id; private String name; private List什么是Modified Preorder TreesubCategories; public Category(int id, String name){ this(name); this.id = id; } public Category(String name){ this.name = name; subCategories = new ArrayList (); } public void addSubCategory(Category subCategory){ subCategories.add(subCategory); } public boolean isLeaf(){ return subCategories==null || subCategories.size() == 0; } }
这篇文章当时给了我非常大的帮助,在阅读本文之前强烈建议先阅读这篇文章,来了解一下Modified Preorder Tree究竟是什么样的一个数据结构。在有了一个基础的认识之后我们将进一步利用SQL和Spring的事务来完成各项操作,从而实现之前列出的各项操作。
接下来了解一下Modified Proorder Tree的数据结构。
我们可以通过如下的建表语句在MySQL中新建一个Modified Preorder Tree的节点的表:
#建表语句 CREATE TABLE nested_category ( category_id INT AUTO_INCREMENT PRIMARY KEY, name VARCHAR(20) NOT NULL, lft INT NOT NULL, rgt INT NOT NULL );
并且先默认的插入一些数据:
INSERT INTO nested_category VALUES(1,"ELECTRONICS",1,20),(2,"TELEVISIONS",2,9),(3,"TUBE",3,4), (4,"LCD",5,6),(5,"PLASMA",7,8),(6,"PORTABLE ELECTRONICS",10,19),(7,"MP3 PLAYERS",11,14),(8,"FLASH",12,13), (9,"CD PLAYERS",15,16),(10,"2 WAY RADIOS",17,18);
这里的数据就是之前那张图的层次结构。我们将在这个直观的层次结构的基础上进行存储和读取。
当然了,与之对应的JAVA中的类为:
import lombok.Data; @Data public class CategoryNode { private int id; private String name; private int lft; private int rgt; public boolean isLeaf(){ return lft + 1 == rgt; } }
本项目中很多地方的采用了lombok开源插件来简化getters和setters的书写。可以稍微了解一下lombok,非常方便。
一棵树我们先从存取一棵树入手,来看看究竟如何实现节点的增删改查,以及插入一整棵树。下面我将分别列出相应操作的SQL语句以及对应的JAVA代码。
获得当前节点为根节点构成的树Service中的接口为Category getTree(int rootId)
我们将用一条语句获取该节点所有的子节点(包括该节点本身),再在service层进行重组构成一棵树。相对于之前通过递归访问数据库,这样的方式明显效率更高。
SELECT c1.* FROM nested_category c1, nested_category c2 WHERE c1.lft >= c2.lft AND c2.rgt >= c1.rgt AND c2.category_id = #{id} ORDER BY c1.lft ASC
在逻辑层重组:
public Category getTree(int rootId) { List添加一个分类categoryNodes = mapper.getSubCategoryNodesIncludingSelf(rootId); if (categoryNodes==null || categoryNodes.size() ==0) return null; CategoryNode root = categoryNodes.remove(0); return getTree(root, categoryNodes); } private Category getTree(CategoryNode parentCategory, List nodes){ Category category = new Category(parentCategory.getId(), parentCategory.getName()); if (!parentCategory.isLeaf()){ while (nodes.size() > 0){ CategoryNode tmpNode = nodes.get(0); if (tmpNode.getLft() > parentCategory.getRgt()) break; nodes.remove(0); category.addSubCategory(getTree(tmpNode, nodes)); } } return category; }
这里的添加操作是指在父节点之下添加一个新的分类。它并不影响原来的其他子节点。这里我们采用MySQL的过程存储加上Service层的事务管理来实现。
#插入节点-只能作为当前节点的一个新节点 CREATE PROCEDURE addCategory( IN categoryName VARCHAR(255), IN parentId INT, OUT categoryID INT ) BEGIN SELECT @right := rgt FROM nested_category c WHERE c.category_id = parentId; UPDATE nested_category SET rgt = rgt + 2 WHERE rgt >= @right; UPDATE nested_category SET lft = lft + 2 WHERE lft >= @right; INSERT INTO nested_category(name, lft, rgt) VALUES(categoryName, @right, @right+1); SELECT LAST_INSERT_ID() INTO categoryID; END; CALL addCategory("GAME",1, @categoryId); SELECT @categoryId;
这里可以使用MyBatis直接调用存储过程并获得返回结果,但是这里并不是本文的重点,所以不多赘述,可以直接前往Github查看。
Service层代码:
@Transactional @Override public int addCategory(String nodeName, int parentId) { return mapper.addCategoryTo(nodeName, parentId); }删除一个分类
删除一个分类意味着我们需要所有在该分类lft和rgt值之内的节点全部删除,同时需要更新其所有的父节点。
#删除节点 CREATE PROCEDURE delCategory( IN categoryID INT ) BEGIN SELECT @myLeft := lft, @myRight := rgt, @myWidth := rgt - lft + 1 FROM nested_category WHERE category_id = categoryID; DELETE FROM nested_category WHERE lft BETWEEN @myLeft AND @myRight; UPDATE nested_category SET rgt = rgt - @myWidth WHERE rgt > @myRight; UPDATE nested_category SET lft = lft - @myWidth WHERE lft > @myRight; END; CALL delCategory(1);
这里同样需要过程管理加上事务的支持:
@Override @Transactional public void deleteCategory(int id) { mapper.deleteCategory(id); }多棵树
然而,我们的数据库往往并不会只有一个分类,分类之下往往会有多个独立的根节点,比如之前的电器类,还有家具类,书籍类。我们如何在Modified Preorder Tree结构下的分类管理中管理多棵树呢?
一般来说有两种思路:
默认所有的树都有一个隐藏的根节点,在此根节点的基础上,每个我们所知道的真实根节点为其直接子节点。缺点在于一棵树结构的变动将必然会影响所有节点
为每棵树冗余一定的空间,假设为1024,那么每棵树的根节点的lft值为1024的倍数。每次插入一棵新的树,我们将从下一个最小的1024的倍数作为lft值构建整棵树。缺点在于如果树的大小超过了1024,那么需要对整棵树进行重新转储。而且如果树的大小不均匀,那么将会产生很多的空余值没有被使用。
每个节点冗余一个字段,引入根节点的ID,这样的话所有的lft都可以从0开始写起并且树与树之前不会相互干扰。缺点:冗余字段,插入树是需要先获取根节点的ID,再传递给所有的子节点
这里我采用了第一种实现,后面会陆续更新第二和第三种。
可以看到,之前的实现在该场景下全部可以完美适用。
如果一个节点不是根节点,那么一定存在一个节点,其lft值小于该节点的lft值,rgt值大于该节点的rgt值。
SELECT * FROM nested_category c1 WHERE c1.category_id NOT IN ( SELECT DISTINCT c2.category_id FROM nested_category c2, nested_category c3 WHERE c2.lft > c3.lft AND c3.rgt > c2.rgt)
当然了,service层要求传递完整结构的树节点,因此我们可以复用之前的构造一棵树的代码:
@Override public List添加一棵新的树getRoots() { List roots = mapper.getRoots(); List result = new ArrayList (); for (CategoryNode n : roots){ Category root = this.getTree(n.getId()); result.add(root); } return result; }
添加一棵新的树意味着需要获取当前lft的起始值,并按照中序遍历递归的为每个节点赋予lft和rgt值。然后将其一次性插入数据库中。这里直接饮用了mybatis代码。
INSERT INTO nested_category(name, lft, rgt) VALUES #{element.name}, #{element.lft}, #{element.rgt}
/** * 这里都不考虑异常情况 * @param category * @return */ @Override public int addCategoryList(Category category) { int lftValue = mapper.getMaxRightValue() + 1; List总结nodes = new ArrayList (); CategoryNode root = labelCategory(category, lftValue, nodes); mapper.addCategories(nodes); return root.getId(); } /** * 传入lftValue并设置各个node的左右值 * @param category * @param lftValue * @return rgtValue */ private CategoryNode labelCategory(Category category, int lftValue, List nodes){ CategoryNode categoryNode = new CategoryNode(); nodes.add(categoryNode); categoryNode.setName(category.getName()); categoryNode.setLft(lftValue); int rgtValue = lftValue + 1; if (category.isLeaf()){ categoryNode.setRgt(rgtValue); }else{ for (Category subCategory : category.getSubCategories()){ rgtValue = labelCategory(subCategory, rgtValue, nodes).getRgt() + 1; } categoryNode.setRgt(rgtValue); } return categoryNode; }
非
Managing Hierarchical Data in Mysql
Hierarchical data database
树状结构的数据表如何存储
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