锋利的SQL2014：层次结构操作之Hierarchyid

摘自作者新书《锋利的SQL》（第2版），网购京东：http://item.jd.com/11692900.html
在8.6.4节介绍了使用递归CTE查询层次结构数据的方法，本节将介绍一种使用hierarchyid数据类型解决此问题的方法。Hierarchyid数据类型是从SQL Server2008开始提供的，专门用于解决层次结构问题。
hierarchyid使用“/”符号来表示层次结构，如顶层（根节点）为“/”，其后的子节点可以是“/1/”、“/2/”等。再之后的节点可以是“/1/1/”、“/2/1/”，其中，“/1/1/”的父级是“/1/”，“/2/1/”的父级是“/2/”。在表中，这种层次结构是以16进制方式存储的。
hierarchyid实际上是CLR数据类型，因此与其他数据类型不同的是，它具有一些进行层次节点检索的方法，如表19-26所示。
表19-26 hierarchyid的方法

stu_name	exam_date
child.GetAncestor(n)	返回child的第n层节点的hierarchyid。
parent.GetDescendant(child1 , child2)	返回作为父节点后代的一个子节点hierarchyid。 如果父级为NULL，则返回NULL； 如果父级不为NULL，而child1和child2为NULL，则返回父级的子级； 如果父级和child1不为NULL，而child2为NULL，则返回一个大于child1的父级的子级； 如果父级和child2不为NULL，而child1为NULL，则返回一个小于child2的父级的子级； 如果父级、child1和child2都不为NULL，则返回一个大于child1且小于child2的父级的子级； 如果child1不为NULL且不是父级的子级，则引发异常； 如果child2不为NULL且不是父级的子级，则引发异常； 如果child1>=child2，则引发异常。
node.GetLevel( )	用于确定当前层次的深度（级别），最顶层（根节点）为0，然后依次加1。
hierarchyid::GetRoot( )	返回最顶层（根节点）的hierarchyid。
child.IsDescendantOf ( parent )	用于判断child节点是否是parent的后代，如果是，返回1；否则，返回0。
node.ToString( )与node.Parse( )	在表中，hierarchyid是以16进制方式表示的。ToString( )用于将16进制转换为表示层次结构的字符串，Parse( )则反之。
node.GetReparentedValue ( oldRoot, newRoot )	用于通过将节点从oldRoot移动到newRoot来修改层次树。

首先使用下面的代码来创建示例表。注意，其中的Org_Level属于计算列，它使用GetLevel方法计算Org_Node中的当前层次的深度。在插入层次数据时，可以直接使用“/1/”形式的字符串，SQL Server会自动转换存储为16进制格式。
IFOBJECT_ID('dbo.Employees', 'U') IS NOT NULL
DROP TABLE dbo.Employees;

CREATE TABLE dbo.Employees
(
Org_Node hierarchyid NOT NULL,
EmployeeId INT NOT NULL,
Title VARCHAR(50) NOT NULL,
Org_Level AS Org_Node.GetLevel()
);
GO

--插入员工数据,注意第一个列的格式，用于说明层级结构，以/开始和结束
INSERT INTO dbo.EmployeesVALUES
('/',1,'总经理'),
('/1/',2,'副总经理A'),
('/2/',3,'副总经理B'),
('/1/1/',4,'部门经理A'),
('/1/2/',5,'部门经理B'),
('/1/1/1/',6,'员工A');
执行下面的语句，查看dbo.Employees中数据，可以看到Org_Node列中以16进制存储的节点数据，如表19-27所示。
SELECT *,
Org_Node.ToString() AS Org_Node_Str
FROM dbo.Employees;
表19-27 dbo.Employees中的数据

Org_Node	EmployeeId	Title	Org_Level	Org_Node_Str
0x	1	总经理	0	/
0x58	2	副总经理A	1	/1/
0x68	3	副总经理B	1	/2/
0x5AC0	4	部门经理A	2	/1/1/
0x5B40	5	部门经理B	2	/1/2/
0x5AD6	6	员工A	3	/1/1/1/

19.8.1 检索祖先节点

IsDescendantOf方法可以判断指定节点是否是另一个节点的后代，如果是，则返回1。下面的示例包含两个步骤，第一条SELECT语句用于获得EmployeeId为4雇员（即部门经理A）的hierarchyid，将其存储在@EmpNode变量中。@EmpNode的数据类型为hierarchyid，因此可以使用IsDescendantOf方法。第二条SELECT语句则是根据获得hierarchyid（即“/1/1/”），从表中检索“/1/1/”是其后代的节点。
DECLARE @EmpNode AShierarchyid;

SELECT @EmpNode = Org_Node
FROM dbo.Employees
WHERE EmployeeId = 4;

SELECT *,Org_Node.ToString() AS Org_Node_Str
FROM dbo.Employees
WHERE@EmpNode.IsDescendantOf(Org_Node) = 1;
查询结果如表19-28所示。
表19-28 部门经理A的祖先节点

Org_Node	EmployeeId	Title	Org_Level	Org_Node_Str
0x	1	总经理	0	/
0x58	2	副总经理A	1	/1/
0x5AC0	4	部门经理A	2	/1/1/

19.8.2 检索子树节点

将上面第二条SELECT语句中@EmpNode和Org_Node调换一下位置，就可以检索指定节点的子树节点。下面的语句判断@EmpNode中的节点是否为当前Org_Node的祖先节点，即检索“/1/1/”节点的子树节点。
DECLARE @EmpNode AS hierarchyid;

SELECT @EmpNode = Org_Node
FROM dbo.Employees
WHERE EmployeeId = 4; --节点为“/1/1/”

SELECT *,Org_Node.ToString() AS Org_Node_Str
FROM dbo.Employees
WHERE Org_Node.IsDescendantOf(@EmpNode)= 1;
查询结果如表19-29所示。
表19-29 部门经理A的子树节点

Org_Node	EmployeeId	Title	Org_Level	Org_Node_Str
0x5AC0	4	部门经理A	2	/1/1/
0x5AD6	6	员工A	3	/1/1/1/

在实际应用环境中，处于性能考虑，通常是仅读取必要层次的数据，而不是像上面这样全部读取。例如，为了填充一个组织的树形结构，我们可能仅填充树形的主干，当用户单击主干的某个节点时再读取其中的数据。hierarchyid的GetAncestor方法就提供了这种分层检索功能。例如，下面的语句用于返回根节点的第一层数据，即副总经理级，查询结果如表19-30所示。
DECLARE @EmpNode AShierarchyid;
SELECT @EmpNode = CAST('/'AS hierarchyid);

SELECT *,Org_Node.ToString() AS Org_Node_Str
FROM dbo.Employees
WHEREOrg_Node.GetAncestor(1) = @EmpNode;
表19-30 根节点的第一层数据

Org_Node	EmployeeId	Title	Org_Level	Org_Node_Str
0x58	2	副总经理A	1	/1/
0x68	3	副总经理B	1	/2/

使用GetAncestor(0)会返回当前层级的数据。对于上面的语句而言，返回的是根节点的数据。

19.8.3 插入新节点

可以像前面创建表时那样，直接指定节点层次来插入节点，例如，下面的语句在部门经理B下新增了一名雇员。
INSERT INTO dbo.EmployeesVALUES
('/1/2/1/',7,'员工B');
但是在层次比较多时，这种方式很有可能因为疏忽而造成节点隶属关系错误。比较有效的方法是使用GetDescendant方法。例如，下面的示例中第一条SELECT语句用于获得部门经理B的节点（即“/1/2/”），第二条SELECT语句用于获得部门经理B下面员工B的节点（即“/1/2/1/”），INSERT语句的作用是在部门经理B下面、员工B的后面新增一个节点（即“/1/2/2/”）。
DECLARE @Manager AShierarchyid, @Child1 AS hierarchyid;

SELECT @Manager = Org_Node
FROM dbo.Employees
WHERE EmployeeId = 5; --获取部门经理B的节点

SELECT @Child1 = Org_Node
FROM dbo.Employees
WHERE EmployeeId = 7; --获取上面语句新增员工B的节点

INSERT INTO dbo.EmployeesVALUES --在“/1/2/1/”后面新增一个节点
(@Manager.GetDescendant(@Child1, NULL), 8, '员工C');
执行下面的语句，查询结果如表19-31所示。
SELECT *, Org_Node.ToString()AS Org_Node_Str
FROM dbo.Employees;
表19-31 使用GetDescendant插入节点后的数据

Org_Node	EmployeeId	Title	Org_Level	Org_Node_Str
0x	1	总经理	0	/
0x58	2	副总经理A	1	/1/
0x68	3	副总经理B	1	/2/
0x5AC0	4	部门经理A	2	/1/1/
0x5B40	5	部门经理B	2	/1/2/
0x5AD6	6	员工A	3	/1/1/1/
0x5B56	7	员工B	3	/1/2/1/
0x5B5A	8	员工C	3	/1/2/2/

对于父节点具有子节点的情况，应当像上面这样为GetDescendant指定Child1参数。如果没有，则可以使用NULL代替。例如，由表19-31可以看出，副总经理B下面没有节点，如果需要在其下面插入一个子节点，就可以使用NULL。参考下面的语句：
DECLARE @Manager AShierarchyid;

SELECT @Manager = Org_Node
FROM dbo.Employees
WHERE EmployeeId = 3; --获取副总经理B的节点

INSERT INTO dbo.EmployeesVALUES --在“/2/”下面新增一个节点
(@Manager.GetDescendant(NULL, NULL), 9, '部门经理C');
部门经理C的节点为“/2/1/”。
如果需要在员工B和员工C之间插入一个节点，应当同时指定Child1和Child2参数。参考下面的语句：
DECLARE @Manager AShierarchyid,
@Child1 AS hierarchyid,
@Child2 AS hierarchyid;

SELECT @Manager = Org_Node
FROM dbo.Employees
WHERE EmployeeId = 5; --获取部门经理B的节点

SELECT @Child1 = Org_Node
FROM dbo.Employees
WHERE EmployeeId = 7; --获取员工B的节点

SELECT @Child2 = Org_Node
FROM dbo.Employees
WHERE EmployeeId = 8; --获取员工C的节点

INSERT INTO dbo.EmployeesVALUES
(@Manager.GetDescendant(@Child1, @Child2),10, '员工D');
执行下面的语句，查询结果如表19-32所示。可以看到，节点使用了小数格式，即“/1/2/1.1/”。
SELECT *,Org_Node.ToString() AS Org_Node_Str
FROM dbo.Employees;
表19-32 在员工B和员工C之间插入节点

Org_Node	EmployeeId	Title	Org_Level	Org_Node_Str
0x	1	总经理	0	/
0x58	2	副总经理A	1	/1/
0x68	3	副总经理B	1	/2/
0x5AC0	4	部门经理A	2	/1/1/
0x5B40	5	部门经理B	2	/1/2/
0x5AD6	6	员工A	3	/1/1/1/
0x5B56	7	员工B	3	/1/2/1/
0x5B5A	8	员工C	3	/1/2/2/
0x6AC0	9	部门经理C	2	/2/1/
0x5B58B0	10	员工D	3	/1/2/1.1/

19.8.4 变更节点位置

变更节点位置应当使用GetReparentedValue方法，该方法接受两个参数，一个是原节点的hierarchyid，另一个是目标节点hierarchyid。由表19-32可以看出，部门经理A隶属于副总经理A，下面的语句将其调整到副总经理B下面。
DECLARE @oldRoot AShierarchyid,
@newRoot AS hierarchyid;

SELECT @oldRoot = Org_Node
FROM dbo.Employees
WHERE EmployeeId = 4; --当前节点为“/1/1/”

SELECT @newRoot =CAST('/2/1/' AS hierarchyid); --目标结点

UPDATE dbo.Employees
SET Org_Node =Org_Node.GetReparentedValue(@oldRoot, @newRoot)
WHEREOrg_Node.IsDescendantOf(@oldRoot) = 1;
执行下面的语句，查询结果如表19-33所示。
SELECT *,Org_Node.ToString() AS Org_Node_Str
FROM dbo.Employees;
表19-33 将部门经理A移动到副总经理B下面

Org_Node	EmployeeId	Title	Org_Level	Org_Node_Str
0x	1	总经理	0	/
0x58	2	副总经理A	1	/1/
0x68	3	副总经理B	1	/2/
0x6AC0	4	部门经理A	2	/2/1/
0x5B40	5	部门经理B	2	/1/2/
0x5AD6	6	员工A	3	/2/1/1/
0x5B56	7	员工B	3	/1/2/1/
0x5B5A	8	员工C	3	/1/2/2/
0x6AC0	9	部门经理C	2	/2/1/
0x5B58B0	10	员工D	3	/1/2/1.1/

可以看到，部门经理A的节点变成了“/2/1/”，成功地变更到副总经理B下面。但是，这里存在一个问题，就是部门经理A与部门经理C的hierarchyid是相同的，出现了重复值，hierarchyid数据类型虽然用于表示层次结构，但它并不强制实现层次结构，层次的准确性由用户自己掌控。当然，可以通过为hierarchyid类型列建立唯一索引的方式避免出现重复条目。当然，出现此问题的原因是我们没有判断副总经理B下面层级中的最大hierarchyid值，错误地指定了一个已存在hierarchyid。下面来看一下正确的解决方法。
首先使用下面的语句恢复数据的原状。
UPDATE dbo.Employees
SET Org_Node = '/1/1/'
WHERE EmployeeId = 4;

UPDATE dbo.Employees
SET Org_Node = '/1/1/1/'
WHERE EmployeeId = 6;

下面的语句创建了一个存储过程，可以实现节点的变更。该过程接受两个参数，一个是需要调整雇员的D，另一个是其目标管理人员的ID。注意第三条SELECT语句中MAX函数和GetAncestor方法的使用，该语句的作用是在目标管理人员下一层级最大hierarchyid值的基础上获得一个新的hierarchyid值。
CREATE PROCEDUREMoveOrg(@EmpID int, @newMgrID int )
AS
BEGIN
DECLARE @nold hierarchyid, @nnew hierarchyid
SELECT @nold = Org_Node FROM dbo.EmployeesWHERE EmployeeId = @EmpID ;

SET TRANSACTION ISOLATION LEVEL SERIALIZABLE
BEGIN TRANSACTION
SELECT @nnew = Org_Node FROM dbo.EmployeesWHERE EmployeeId = @newMgrID ;

SELECT @nnew = @nnew.GetDescendant(MAX(Org_Node), NULL)
FROM dbo.Employees WHERE Org_Node.GetAncestor(1)=@nnew ;

UPDATE dbo.Employees
SET Org_Node =Org_Node.GetReparentedValue(@nold, @nnew)
WHERE Org_Node.IsDescendantOf(@nold) = 1 ;

COMMIT TRANSACTION
END ;
执行存储过程，可以看到部门经理A成功地调整到了副总经理B下面，并且部门经理A的hierarchyid值是在层级最大值“/2/1/”的基础上递增获得“/2/2/”。查询结果如表19-34所示。
EXECUTE dbo.MoveOrg 4, 3; --执行存储过程

SELECT *,Org_Node.ToString() AS Org_Node_Str
FROM dbo.Employees;
表19-34 使用存储过程将部门经理A移动到副总经理B下面

Org_Node	EmployeeId	Title	Org_Level	Org_Node_Str
0x	1	总经理	0	/
0x58	2	副总经理A	1	/1/
0x68	3	副总经理B	1	/2/
0x6B40	4	部门经理A	2	/2/2/
0x5B40	5	部门经理B	2	/1/2/
0x6B56	6	员工A	3	/2/2/1/
0x5B56	7	员工B	3	/1/2/1/
0x5B5A	8	员工C	3	/1/2/2/
0x6AC0	9	部门经理C	2	/2/1/
0x5B58B0	10	员工D	3	/1/2/1.1/

19.8.5 hierarchyid的索引策略

用于对分层数据进行索引的策略有两种：深度优先和广度优先。深度优先索引，子树中各行的存储位置相邻，简而言之，就是以hierarchyid值排序的方式存储，如图19-2所示。对于本节的示例而言，就是经理管理的所有雇员都存储在其经理的记录附近。



图19-2 深度优先索引策略
下面的语句基于Org_Node列，创建了深度优先索引。
CREATE UNIQUE INDEXOrgNode_Depth_First
ON dbo.Employees(Org_Node);
下面的查询语句按Org_Node排序输出，注意其中的Org_Node_Str列，这就是深度优先的索引存储方式。如表19-35所示。
SELECT *,Org_Node.ToString() AS Org_Node_Str
FROM dbo.Employees
ORDER BY Org_Node;
表19-35 深度优先的索引存储方式

Org_Node	EmployeeId	Title	Org_Level	Org_Node_Str
0x	1	总经理	0	/
0x58	2	副总经理A	1	/1/
0x5B40	5	部门经理B	2	/1/2/
0x5B56	7	员工B	3	/1/2/1/
0x5B58B0	10	员工D	3	/1/2/1.1/
0x5B5A	8	员工C	3	/1/2/2/
0x68	3	副总经理B	1	/2/
0x6AC0	9	部门经理C	2	/2/1/
0x6B40	4	部门经理A	2	/2/2/
0x6B56	6	员工A	3	/2/2/1/

广度优先索引，是将层次结构中每个级别的各行存储在一起，简而言之，就是按层级排序的方式存储，如图19-3所示。对于本节的示例而言，同一经理直属的各雇员的记录存储在相邻位置。



图19-3 广度优先索引策略
下面的语句基于Org_Node列，创建了广度优先索引。
CREATE CLUSTERED INDEXOrgNode_Breadth_First
ONdbo.Employees(Org_Level);
下面的查询语句按Org_Level排序输出，注意其中的Org_Level列，这就是广度优先的索引存储方式。如表19-36所示。
SELECT *,Org_Node.ToString() AS Org_Node_Str
FROM dbo.Employees
ORDER BY Org_Level;
表19-36 广度优先的索引存储方式

Org_Node	EmployeeId	Title	Org_Level	Org_Node_Str
0x	1	总经理	0	/
0x58	2	副总经理A	1	/1/
0x68	3	副总经理B	1	/2/
0x6B40	4	部门经理A	2	/2/2/
0x5B40	5	部门经理B	2	/1/2/
0x6AC0	9	部门经理C	2	/2/1/
0x5B58B0	10	员工D	3	/1/2/1.1/
0x6B56	6	员工A	3	/2/2/1/
0x5B5A	8	员工C	3	/1/2/2/
0x5B56	7	员工B	3	/1/2/1/