树状结构的业务

今天咱们要讨论的树，它不是现实结构的树，也不是数据结构要讨论的树，而是「从业务视角抽象出来的树形结构」。

树形结构可以用在很多的业务上，比如组织结构中的上下级关系、商品分类管理、文件系统、后台系统中的页面和组件关系等等。

下面请系好安全带，我们将从数据库设计、设计模式、前端组件三个方面来介绍关于树状结构设计的方方面面，助你通关全栈树状结构！

数据库设计

树状结构最简单最常用的方法其实是直接存储在JSON里面。现在有很多主流的NoSQL库，比如MongoDB等，而且也有很多关系型数据库也开始支持JSON存储，比如MySQL。

使用JSON的好处是，「维护整棵树比较方便」，直接整存整取就好了，不用去管中间是怎么修改的，怎么映射到数据库的。但缺点是不太高效，比如想要编辑某个叶子节点，查询和更新都没有纯关系型数据那么方便。所以如果你的业务足够简单，数据量也很小，可以使用JSON。否则，还是推荐使用关系型数据来实现。

那如何在关系型数据应该如何设计，才能高效地存储和操作树形结构呢？我们用下图来作为例子：

区域关系

?
ps：这里假设有多棵树，根节点是亚洲、美洲等
?

我们首先想到的是用parent_id, 这个字段用来存储“父节点”，根节点的parent_id为0，这样就可以通过递归查询得到一棵树。

很明显，如果只是一个parent_id，我们如果想获得一棵树，当这棵树的深度比较深时，我们需要查询很多次数据库，效率非常低。那有没有什么办法可以一次性把整棵树都查出来呢？我们尝试加一个root_id，用来表示这棵树的根节点。

id  parent_id   root_id name
1   0   0   亚洲
2   0   0   美洲
3   1   1   中国
4   1   1   日本
5   1   1   韩国
6   3   1   四川省

那么问题来了，如果是想查询某一个节点的子树，该怎么做呢？是不是觉得不太方便？下面我们推荐另外一种表示方式：「full id path」，每个节点记录下从根节点到自己的id路径，如下：

id  full_id_path    name
1   /1  亚洲
2   /2  美洲
3   /1/3    中国
4   /1/4    日本
5   /1/5    韩国
6   /1/3/6  四川省
7   /1/3/6/7    成都市

这样如果我们想查询一棵树，只需要使用like语句前缀匹配就行了。比如想查询“四川省”下面有哪些市：

SELECT * FROM table 
WHERE full_id_path like "/1/3/6%";

如果是更新了一棵树中节点的关系，只需要维护好这个节点及其子节点的full_id_path字段就行了。一般来讲，这种full id path设计能够满足绝大多数树形结构的业务要求。

但如果你的id是「UUID」类型的，如果深度比较高，那full_id_path字段就会比较长，且并不易读。这个时候我们建议使用一个唯一的，有业务意义的code来表示路径，字段名改为叫full_path。比如要表示成都市：

‘/Asian/China/SiChuan/Chengdu‘

数据库的设计还是要根据业务来，没有绝对的银弹。有时候，我们会加上level字段表示每个节点在树中的层级位置，用于「在应用代码层面更方便、高效地拼接树」。

设计模式 - 组合模式

接下来我们介绍在代码层面，如何去优雅地使用树形结构。其实前辈们已经为我们总结出了一种非常优秀的设计模式——组合模式，又称为“部分整体模式”，专门针对树形结构。

组合模式的精髓在于，你不用把一棵树“树”的概念和一个单独的“节点”分开处理，而是都视为同一种对象来处理。下面我们依然以上面的区域关系为例，来介绍组合模式如何使用。

首先我们来看一个经典的组合模式中的三个概念：

• Component：抽象接口，定义组合的外观行为；
• Composite：容器对象，表示“有孩子”的节点；
• Leaf：叶子节点，表示“没有孩子”的节点。

• 下面上Java代码实现：

/**
 * 组合模式抽象接口
 */
public interface LocationComponent {

    String getPath();

    void display();

    void add(LocationComponent component);

    void remove(LocationComponent component);

    Map<String, LocationComponent> getChildren();
}

/**
 * 容器对象,表示有孩子的节点
 */
public class LocationComposite implements LocationComponent {

    private Long id;
    private String name;
    private String fullPath;
    private Map<String, LocationComponent> children = new HashMap<>();

    @Override
    public String getPath() {
        return fullPath;
    }

    @Override
    public void display() {
        System.out.println(name);
    }

    @Override
    public void add(LocationComponent component) {
        component.fullPath = this.fullPath + "/" + component.id;
        children.put(component.getPath(), component);
    }

    @Override
    public void remove(LocationComponent component) {
        children.remove(component.getPath());
    }

    @Override
    public Map<String, LocationComponent> getChildren() {
        return children;
    }
}

/**
 * 叶子节点
 */
public class LocationLeaf implements LocationComponent {

    private Long id;
    private String name;
    private String fullPath;

    @Override
    public String getPath() {
        return fullPath;
    }

    @Override
    public void display() {
        System.out.println(name);
    }

    @Override
    public void add(LocationComponent component) {
        throw  new UnsupportedOperationException();
    }

    @Override
    public void remove(LocationComponent component) {
        throw  new UnsupportedOperationException();
    }

    @Override
    public Map<String, LocationComponent> getChildren() {
        throw  new UnsupportedOperationException();
    }
}

那么问题来了，我有必要把节点分成Leaf和Composite吗？Leaf也实现Component接口，但抛那么多UnsupportedOperationException意义何在？我为什么不用同一个对象来表示Composite和Leaf？

其实从这里我们就可以看到，经典的设计模式也不是银弹。「我们学设计模式，学的是思想，而不是固定的套路，最终还是要结合业务」。比如上面的代码，明显就不适合我们的“区域”业务，比如我想在高新区下面再细分“街道”，这个代码就很难扩展了。

但如果你的业务是做一个「文件系统」，我们可以很明显的知道，文件和文件夹的区别。文件就是一个Leaf，它必然不支持add、remove、getChildren等操作，而文件夹是必须有这些操作的，是一个Composite。这个时候就可以用上面的代码设计了。同时，上面的Map也可以换成List等其它容器类型。

所以我们要活学活用，针对我们的区域业务，可以直接用一个Component来表示：

/**
 * 区域接口，可扩展成无限深度
 */
public class AreaComponent {
    private Long id;
    private String name;
    private String fullPath;
    private Map<String, AreaComponent> children = new HashMap<>();

    public String getPath() {
        return fullPath;
    }

    public void display() {
        System.out.println(name);
    }

    public void add(AreaComponent component) {
        component.fullPath = this.fullPath + "/" + component.id;
        children.put(component.getPath(), component);
    }

    public void remove(AreaComponent component) {
        children.remove(component.getPath());
    }

    public Map<String, AreaComponent> getChildren() {
        return children;
    }
}

前端设计

作为一个有志向的全栈工程师，当然不能只满足于数据库和后端层面。前端组件代码也要自己上手~

相信现在的前端小伙伴们都应该熟悉一种或多种令人闻风丧胆的“三大”前端主流框架。现在的前端框架都推荐“组件化”开发，把页面分成一个一个小的组件。很明显，组件层层嵌套，其实本质上也是一个树的形式，最终也会渲染出一个DOM树对象。

组件树

我们以Vue为例，对于上文提到的区域划分业务，如果后端返回的是一条条带有full_path的扁平数据，前端应该如何优雅地构建基于业务的树形结构呢？答案就是使用「递归组件」。

递归组件，简单来说就是「在组件中内使用组件本身」， 对于Vue来说，其核心就在于使用name字段。效果大概是这样：

请忽略我的审美

还是按照惯例，上代码。先来一个表示“区域”的组件：

<template>
  <div class="node" :style="{paddingLeft: self.level * 20 + ‘px‘}">
    <p>{{self.name}}</p>
    <div v-for="child in children" :key="child.id">
      <Area v-if="`children.length != 0`" :self="child" :all="all"/>
    </div>
  </div>
</template>

<script>
export default {
  name: ‘Area‘,
  props: {
    self: Object,
    all: Array
  },
  computed: {
    children() {
      // 根据full_path和level，过滤出子组件
   return this.all.filter(item => item.full_path.startsWith(this.self.full_path) && item.level == this.self.level + 1);
    }
  }
}
</script>

入口：

<template>
  <div id="app">
    <Area :self="all[0]" :all="all" />
  </div>
</template>

<script>
import Area from ‘./components/Area.vue‘

export default {
  name: ‘App‘,
  components: {
    Area
  },
  data() {
    return {
      // 所有数据
      all: [
        { id: 1, level: 1, full_path: ‘/1‘, name: ‘亚洲‘ },
        { id: 2, level: 1, full_path: ‘/2‘, name: ‘美洲‘ },
        { id: 3, level: 2, full_path: ‘/1/3‘, name: ‘中国‘ },
        { id: 4, level: 2, full_path: ‘/1/4‘, name: ‘日本‘ },
        { id: 5, level: 3, full_path: ‘/1/3/5‘, name: ‘四川省‘ },
        { id: 6, level: 3, full_path: ‘/1/3/6‘, name: ‘浙江省‘ },
        { id: 7, level: 4, full_path: ‘/1/3/5/7‘, name: ‘成都市‘ }
      ]
    }
  }
}
</script>

当然了，这只是其中一种写法，你也可以在外面组装好一个带children的对象传进去。

思考：计算和组装放在前端还是后端？

又到了我们一天一度的前后端撕逼环节。作为一个假装是全栈的后端同学来说，笔者认为针对这个问题，我有必要说一句公道话：在前端组装比较好。

众所周知，在当今前端越来越繁荣的大环境下，前端承担着越来越重要的角色，有很多数据的计算也会放在前端。针对于这种树状结构的拼装来说，放在前后端其实都可以的。但是放在前端有一个好处，那就是「可以将计算消耗的时间和资源从服务端转移到客户端」。

现在的后端架构也越来越倾向于读写分离，所以在读的时候，多半不会进行太多的操作，不需要组装整棵树。这种情况下，建议直接把数据返回前端，由前端来组装成整棵树。

当然，这只是一个建议，具体在什么时机组装，还是由业务规则以及团队商量决定~

好了，以上就是从数据库到前端的树形结构实现，有任何问题欢迎留言讨论~

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