oracle 层次码(Oracle开发技能提升之层次查询全面解析)

作者介绍

丁俊,DBAplus社群联合发起人,性能优化专家,Oracle ACEA。电子工业出版社终身荣誉作者,《剑破冰山-Oracle开发艺术》副主编。8年电信行业从业经验,从事系统开发与维护、业务架构和数据分析、系统优化等工作。擅长基于Oracle的系统优化,精通SQL、PL SQL、JAVA等。

一、基本概念

对于层次查询需要掌握:

1)理解层次查询的基本概念,识别需求中何时要用到层次查询的能力。

2)建立和格式化树形报表(tree report)。

3)修剪树形结构的节点(node)和枝(branches)。

4)掌握层次查询中的各种关键字和10G新特性。

  • 子句:START WITH、CONNECT BY、10g的ORDER SIBLINGS BY

  • 操作符:PRIOR、10g的CONNECT_BY_ROOT

  • 伪列:level,10g的CONNECT_BY_ISCYCLE、CONNECT_BY_ISLEAF

  • 参数或关键字:10g的NOCYCLE

  • 函数:SYS_CONNECT_BY_PATH

解决问题:数据构造、连续数问题、线路规划问题、格式化树形结构、字符串合并等。

本节例子来源于表s_emp,表结构和数据如下:

oracle 层次码(Oracle开发技能提升之层次查询全面解析)(1)

看上面的表s_emp,使用层次查询,我们可以获得一张表基于层次关系的数据集合。Oracle是一种关系型数据库,在表中不可能以层次的关系存放数据。但是我们可以通过一定的规则,使用tree walking(树的遍历或树的查找)来获得层次关系的数据。Hierarical query是一种获得树的层析关系报表的方法。

树形结构的数据集合,存在于我们日常生活中的很多地方,比如考虑一个家族关系,有长辈,长辈下面有子女,子女下面还可以有子女,这转化为层次或等级关系就是:根节点只有一个,下面有子节点,子节点下面还有子节点,这样组成了一棵树。(有时候,根节点root不一定只有一个,严格意义上说,这种情况不是一个严格的树)

当一种层次关系是存在一个表的行中,那么这种层次是可以获得的。例如,我们看s_emp表,对于title:VP,我们知道这些行中都包含manager_id=1,也就是说,这些行属于id=1的雇员的下属雇员,那么有title=vp又可以获得一系列的层次,而这些层次的跟则是id=1这个雇员。由此,得到一棵树形结构数据集合。

层次树或等级树,在譬如家族关系,育种关系,组织管理,产品装配,人类进化,科学研究等领广泛应用。

下面我们就根据s_emp这张表,根据职位大小来描述一个树形结构图。如图:

oracle 层次码(Oracle开发技能提升之层次查询全面解析)(2)

(只显示部分树形结构)

树形结构的父子关系,你可以控制:

1)遍历树的方向,是自上而下,还是自下而上。

2)确定层次的开始点(root)的位置。

层次查询语句正是从这两个方面来确定的,start with确定开始点,connect by确定遍历的方向。

二、层次查询介绍

1、语法:

oracle 层次码(Oracle开发技能提升之层次查询全面解析)(3)

层次查询是通过start with和connect by子句标识的。

1)其中level关键字是可选的,表示等级,表示root,2表示root的child,其他相同的规则。它可以在where,connect by,select里存在。

2)where条件限制了查询返回的行,但是不影响层次关系,不满足条件的节点不返回,但是这个不满足条件的节点的下层child不受影响。因为where是在start with和connect by之后执行的(join是在connect by之前做的)。

3)start with是表示开始节点(root节点),对于一个真实的层次关系,必须要有这个子句,但是不是必须的,没有start with表示每行都是根然后遍历。

4)connect by prior是指定父子关系,选择子节点,其中prior的位置不一定要在connect by之后,对于一个真实的层次关系,这也是必须的,不能省略。

5)一般层次查询不能直接order by,会破坏层次,但是10g可以使用ORDER SIBLINGS BY。

2、遍历树

  • Start with子句:

首先必须确定startpoint,通过start with子句,后面加条件,这个条件是任何合法的条件表达式。

Start with确定将哪行作为root,如果没有start with,则每行都当作root,然后查找其后代,这不是一个真实的查询。start with后面可以使用子查询,如果有where条件,则会截断层次中的相关满足条件的节点,但是不影响整个层次结构。可以带多个条件。

对于s_emp,从root title=president开始,语句如下:

select level,id,manager_id,last_name,title from s_emp

start with manager_id is

connect by prior id=manager_id;

  • Connect by子句:

Connect by与prior确定一个层次查询的条件和遍历的方向(prior确定)。

Connect by prior column_1=column_2;(其中prior表示前一个节点的意思,可以在connect by等号的前后,列之前,也可以放到select中的列之前)。

Connect by也可以带多个条件,比如 connect by prior id=manager_id and id>10;

connect by也可以带level之类的,再比如connect_by_isleaf,connect_by_root,有的在低版本比如10.1上可能报错,高版本没有问题,如connect_by_root。

  • 遍历方向:

1)自顶向下遍历:就是先由根节点,然后遍历子节点。column_1表示父key,column_2表示子key。即这种情况下:connect by prior 父key=子key表示自顶向下,等同于connect by 子key=prior 父key.

例如:

select level,id,manager_id,last_name, title from s_emp

start with manager_id=2

connect by id=prior manager_id;--自下而上遍历

2)自底向上遍历:就是先由最底层的子节点,遍历一直找到根节点。与上面的相反。

Connect by之后不能有子查询,但是可以加其他条件,比如加上and id !=2等。这句话则会截断树枝,如果id=2的这个节点下面有很多子孙后代,则全部截断不显示。比如下面的句子:

select level,id,manager_id,last_name,title from s_emp

start with title=(select title from s_emp where manager_id is )

connect by prior id=manager_id and id!=2;

不来不加上id!=2,共有25条记录,现在加上这个条件只有9条记录了,因为id=2的后代包括自己共有16条记录,全部被截断。

注意connect by中用level修剪的问题:在connect by里修剪效率比where过滤好,因为不用全部递归,注意level条件。

SELECT ID,manager_id,LEVEL

FROM s_emp

START WITH manager_id IS

CONNECT BY PRIOR ID = manager_id

AND LEVEL <=3

;

第1次递归level=2,满足条件,则继续下次递归到3结束,如果是level>1也可以,level>=2也可以,相当于没有加level,但是level>3则第1次递归不满足,也就是返回根了。level=3同样,要从原理上搞清楚递归。

3、使用level和lpad格式化报表

Level是层次查询的一个伪列,如果有level,必须有connect by,start with可以没有。Lpad是在一个string的左边添加一定长度的字符,并且满足中间的参数长度要求,不满足自动添加。例如现在的需求是,输出s_emp等级报表,root节点的last_name不变,比如第2等级,也就是level=2的前面加两个’_’符号,level=3的前面加4个。这样我们可以得到一个公式就是:

Lpad(last_name,length(last_name) (level*2)-2,’_’),lpad对中文处理有点问题,用lenthb

可以得出下面的语句:

select level,id,manager_id,lpad(last_name,length(last_name) (level*2)-2,'_'),title,prior last_name from s_emp

select中的prior last_name是输出其父亲的last_name.这个语句执行的结果如下:

oracle 层次码(Oracle开发技能提升之层次查询全面解析)(4)

再如:

select level,id,manager_id,lpad('|--'||last_name,length('|--' ||last_name) (level*5-5),' '),title,prior last_name from s_emp

oracle 层次码(Oracle开发技能提升之层次查询全面解析)(5)

--因为第2个没有用level和括号拼凑,所以改为-2,显示层次数

select level,id,manager_id,lpad('|('||level||')--'||last_name,length('|--' ||last_name) (level*5-2),' '),title,prior last_name from s_emp

oracle 层次码(Oracle开发技能提升之层次查询全面解析)(6)

select level,id,manager_id,lpad('--'||level||'--'||last_name,length(last_name) (level*5-2),' '),title,prior last_name from s_emp

4、修剪branches

上面已经提到,where子句会将节点删除,但是其后代不会受到影响,connect by 中加上条件会将满足条件的整个树枝包括后代都删除。要注意,如果是connect by之后加条件正好条件选到根,那么结果和没有加一样,对于结果的过滤,如果能加在connect by之后,则尽量加在connect by之后,从而尽早过滤数据,提高效率<connect by是发生在where之前的>。

如图所示:

oracle 层次码(Oracle开发技能提升之层次查询全面解析)(7)

5、层次查询限制

1)层次查询from之后如果是table,只能是一个table,不能有join。

2)from之后如果是view,则view不能是带join的。

3)使用order by子句,order子句是在等级层次做完之后开始的,所以对于层次查询来说没有什么意义,除非特别关注level,获得某行在层次中的深度,但是这两种都会破坏层次。见5.3增强特性中的使用siblings排序。

4)在start with中表达式可以有子查询,但是connect by中不能有子查询。

以上是10g之前的限制,10g之后可以使用带join的表和视图,connect by中可以使用子查询。

理解关键操作:

层次查询的关键操作组件就是start with,connect by start with确定树的开始节点,如果这个语句确定的开始节点有多个(没有start with语句,那么每行都是一个根节点),那么根据层次查询的算法规则,会有多个符合start with条件的节点作为不同树的根节点,然后以每个根节点为开始搜索点,根据connect by条件来搜索符合条件的子节点,当所有符合connect by条件的根节点都找完其子节点,层次查询结束。

层次查询是在同一层where条件之前执行的,这个要注意,所以where条件不会破坏层次查询的节点所属根和层次(level),where只是简单的起到过滤结果的作用。这个容易出错,不要以为where写在from后connect by前就认为where先执行,那是不正确的,看下面结果(scott下的表):

--最普通的层次查询,根节点mgr is 确定只有一个,empno=7839为root

SQL> select empno,mgr,sys_connect_by_path(mgr,'->') ptree from emp

2 start with mgr is

3 connect by prior empno = mgr;

EMPNO MGR PTREE

----- ----- ---------------------------------------------------------------------------

7839 ->

7566 7839 ->->7839

7902 7566 ->->7839->7566

7369 7902 ->->7839->7566->7902

7698 7839 ->->7839

7499 7698 ->->7839->7698

7521 7698 ->->7839->7698

7654 7698 ->->7839->7698

7844 7698 ->->7839->7698

7900 7698 ->->7839->7698

7782 7839 ->->7839

7934 7782 ->->7839->7782

12 rows selected

--看start with增加了个or条件,那么现在的根就有两个,一个是上面的,另一个是mgr=7566,因此,下面的结果包含了:

--上面的结果,另外多了棵树的根是7566的,第1和第2行

--你的sql如果把start with中的flag=0却掉就是这种情况了,暂且不讨论你的connect by中flag=0去掉的情况

SQL> select empno,mgr,sys_connect_by_path(mgr,'->') ptree from emp

2 start with mgr is or mgr =7566

----- ----- ------------------------------------------------------------------------

7902 7566 ->7566

7369 7902 ->7566->7902

14 rows selected

--看增加where条件,只会的两行结果,但是mrg=7566所属的层次和所属的树都是没有变的,这相当于从两棵树上剪下两棵树枝,又叫树的修剪。

--可以看出where是在connect by之后起作用的,如果在之前起作用,就一个节点,何来树呢?看计划也可以的。

SQL> select empno,mgr,sys_connect_by_path(mgr,'->') ptree from emp

2 where mgr=7566

3 start with mgr is or mgr =7566

4 connect by prior empno = mgr

5 ;

EMPNO MGR PTREE

----- ----- --------------------------------------------------------------------

6、应用

1)查询每个等级上节点的数目

先查看总共有几个等级:

select count(distinct level) -- max(level)也可以

from s_emp

要查看每个等级上有多少个节点,只要按等级分组,并统计节点的数目即可,可以这样写:

select level,count(last_name)

connect by prior id=manager_id

group by level;

2)格式化报表

详见:第三小节.使用level和lpad格式化报表

3)查看等级关系

有一个常见的需求,比如给定一个具体的emp看是否对某个emp有管理权,也就是从给定的节点寻找,看其子树节点中能否找到这个节点。如果找到,返回,找不到,no rows returned.

比如对于s_emp表,从根节点,也就是manager_id is 的开始找,看first_name=’ Elena’是否被它管理,语句如下:

select level,a.* from

s_emp a

where first_name='Elena' –被管理的节点

start with manager_id is –开始节点

connect by prior id=manager_id;

4)删除子树

比如有这样的需求,现在要裁员,将某个部门的员工包括经理全部裁掉,那么可以使用树形查询作为子查询实现这个功能。

将id为2的员工管理的所有员工包括自己删除。因为要全部裁掉了。那么语句如下:

delete from s_emp where id in(

select id from

s_emp a

start with id=2 –从id=2的员工开始查找其子节点,把整棵树删除

connect by prior id=manager_id);

5)找出每个部门的经理

这个需求,我们可以从树中查找,也就是对于每个部门选最高等级节点。可以使用connect by后加条件过滤branches的方法。

connect by prior id=manager_id and dept_id !=prior dept_id;--当前行的dept_id不等于父亲的dept_id,即每个子树中选最高等级节点

6)查询一个组织中最高的几个等级

用where level条件过滤

where level <=2 –查找前两个等级

start with manager_id is

connect by prior id=manager_id and dept_id !=prior dept_id;

改进:将level<=2加在connect by之后,尽早删除不必要的分支,提高效率。

connect by prior id=manager_id and dept_id !=prior dept_id and level<=2;

7)合计层次

有两个需求,一是对一个指定的子树subtree做累加计算salary,一是将每行都作为root节点,然后对属于这个节点的所有叶子点累加计算salary(如果不包含根节点,可以使用10g的CONNECT_BY_ISLEAF=1只求子节点)。

第一种很简单,求下sum就可以了,语句:

select sum(salary) from

s_emp a

start with id=2—比如从id=2开始

connect by prior id=manager_id;

第2个需求,需要用到第1个,对每个root节点求这个树的累加值,然后内部层次查询的开始节点从外层查询获得。

select last_name,salary,(

select sum(salary) from

s_emp

start with id=a.id --让每个节点都成为root

connect by prior id=manager_id) sumsalary

from s_emp a;

SELECT id,SUM(salary)

FROM(

select salary,connect_by_root ID ID from

)

GROUP BY ID;

实例:有数据表结构如下, 只有叶子节点有数据。

id parentId name amount

1 成本

2 1 工资

3 2 基本工资 1000

4 2 奖金 200

5 1 保险 400

现在想统计处父节点合计数,如下:

1 成本 1600 //2 5

2 工资 1200 //3 4

3 基本工资 1000

4 奖金 200

5 保险 400

with tmp as (

select 1 as id , as parentid , '成本' as name , as amount from dual union all

select 2,1 , '工资', from dual union all

select 3,2 , '基本工资', 1000 from dual union all

select 4,2 , '奖金' , 200 from dual union all

select 5,1 , '保险' , 400 from dual

)

SELECT root_id,SUM(amount)

FROM (select CONNECT_BY_ROOT(id) root_id,amount

from tmp

WHERE CONNECT_BY_ISLEAF=1

CONNECT BY PRIOR id = parentid

)

GROUP BY root_id;

--因为根节点没有amount,所以不需要去掉,如果有amount,而不需要包含根节点,则用10G的CONNECT_BY_ISLEAF=1只查子节点。

with tmp as (

select 1 as id , as parentid , '成本' as name , as amount from dual union all

SELECT id,parentid,name,

( SELECT SUM(amount) FROM

tmp a

-- WHERE CONNECT_BY_ISLEAF=1

START WITH a.id=b.id

CONNECT BY PRIOR a.id=a.parentid

) sum_sal

FROM

tmp b

ORDER BY 1;

---9i可以使用SYS_CONNECT_BY_PATH然后取第1个节点---

将CONNECT_BY_ROOT用下面的代替:

substr(sys_connect_by_path(id,'/'),2,

decode(instr(sys_connect_by_path(id,'/'),'/',1,2),

0,length(sys_connect_by_path(id,'/'))-1,

instr(sys_connect_by_path(id,'/'),'/',1,2)- instr(sys_connect_by_path(id,'/'),'/',1,1)-1 )

) root_id

8)找出指定层次中的叶子节点

Leaf(叶子)就是没有子孙的孤立节点。Oracle 10g提供了一个简单的connect_by_isleaf=1,0表示非叶子节点。

select level,id,manager_id,last_name, title from s_emp

where connect_by_isleaf=1 –表示查询叶子节点

下面的方法也可以,NOT EXISTS表示找到的没有子孙的节点,这种方法在10g之前比较好。

SELECT LEVEL,id,manager_id,last_name, title

FROM s_emp a

WHERE NOT EXISTS (SELECT 1 FROM s_emp b WHERE b.manager_id = a.id)

START WITH manager_id =2 CONNECT BY PRIOR id=manager_id;

注意:level不可以前面加表名。

其他:

Connect by与rownum的联合使用,比如给定两个日期,查询中间所有的日期,按月递增。

SELECT to_date('2008-10-1', 'YYYY-MM-DD') ROWNUM - 1

FROM dual

CONNECT BY rownum <= to_date('2008-10-5', 'YYYY-MM-DD') -

to_date('2008-10-1', 'YYYY-MM-DD') 1;

获取01到99

select case when length(rownum)=1 then to_char('0')||rownum else to_char(rownum) end

from dual

connect by rownum<=99;

select lpad(rownum,2,'0') from dual connect by rownum<=99;

9)在合并行上使用

比如:

create table t_test (l_pro_id varchar2(16), r_pro_id varchar2(16));

INSERT INTO t_test VALUES(1,10);

INSERT INTO t_test VALUES(1,11);

INSERT INTO t_test VALUES(1,12);

INSERT INTO t_test VALUES(1,13);

INSERT INTO t_test VALUES(1,14);

INSERT INTO t_test VALUES(1,15);

INSERT INTO t_test VALUES(1,16);

INSERT INTO t_test VALUES(1,17);

INSERT INTO t_test VALUES(2,2);

INSERT INTO t_test VALUES(2,3);

INSERT INTO t_test VALUES(2,4);

INSERT INTO t_test VALUES(2,5);

INSERT INTO t_test VALUES(2,6);

INSERT INTO t_test VALUES(2,7);

INSERT INTO t_test VALUES(2,8);

INSERT INTO t_test VALUES(2,9);

COMMIT;

要求结果

l_pro_id r_pro_list

--------------------------------

1 10,11,12,13,14,15,16,17

2 2,3,4,5,6,7,8,9

可以使用wmsys.wm_concat,也可以使用层次查询,这里用层次查询。

select l_pro_id,ltrim(max(sys_connect_by_path(r_pro_id,',')),',') --需要剔除第1个逗号

from

(select l_pro_id,r_pro_id,row_number over(partition by l_pro_id order by r_pro_id) rn from t_test)

start with rn =1

connect by prior rn = rn-1 and prior l_pro_id=l_pro_id

group by l_pro_id

order by l_pro_id;

10)找任意两节点之间的最大路径

drop table t;

create table t(a number,b number);

select * from t for update;

insert into t values(1,2);

insert into t values(2,3);

insert into t values(3,4);

insert into t values(4,5);

insert into t values(1,5);

insert into t values(5,9);

insert into t values(1,8);

insert into t values(7,3);

insert into t values(8,9);

commit;

--用sys_connect_by_path,下面的是从根找到叶子

select '1'||sys_connect_by_path(b,'->') path from t

where connect_by_isleaf=1

start with a=1

connect by prior b = a;

1->2->3->4->5->9

1->5->9

1->8->9

--这个找任意开始到结束节点,注意如果有循环的要加nocycle,10g才有

select *

from (select ltrim(sys_connect_by_path(a, '->') || '->' || b, '->') r

from t x

start with x.a = 1

connect by prior x.b = x.a)

where instr(r, '9') > 0

三、增强特性

1、SYS_CONNECT_BY_PATH

Oracle 9i提供了sys_connect_by_path(column,char),其中column是字符型或能自动转换成字符型的列名。它的主要目的就是将父节点到当前节点的”path”按照指定的模式展现出现。这个函数只能使用在层次查询中。

例如,要求将s_emp表中的层次关系展现出来,并且将last_name按照’=>’展现。如root,则是=>root_last_name, level=2的就是=>root_last_name=>level_2_last_name,并且利用lpad格式化报表。语句是:

select last_name,

level,

id,

lpad(' ', level * 2 - 1) || sys_connect_by_path(last_name, '=>') –前面按层次加空格,--并且后面加上路径

connect by prior id = manager_id;

结果如图所示:

oracle 层次码(Oracle开发技能提升之层次查询全面解析)(8)

下面的是oracle10g新增特性。

2、CONNECT_BY_ISLEAF伪列

在oracle9i的时候,查找指定root下的叶子节点,是很复杂的,oracle10g引入了一个新的伪列,connect_by_isleaf,如果行的值为0表示不是叶子节点,1表示是叶子节点。

找出s_emp中找出manager_id=2开始的行为root,表示叶子节点和非叶子节点,那么语句如下:

oracle 层次码(Oracle开发技能提升之层次查询全面解析)(9)

----找根节点为a,对应的所有叶子节点。

oracle 层次码(Oracle开发技能提升之层次查询全面解析)(10)

3、CONNECT_BY_ISCYCLE伪列和NOCYCLE关键字

如果从root节点开始找其子孙,找到一行,结果发生和祖先互为子孙的情况,则发生循环,Oracle会报ORA-01436: CONNECT BY loop in user data,在9i中只能将发生死循环的不加入到树中或删除,在10g中可以用nocycle关键字加在connect by之后,避免循环的参加查询操作。并且通过connect_by_iscycle得到哪个节点发生循环(也就是onnect_by_iscycle伪列只能与nocycle连用)。0表示未发生循环,1表示发生了循环,如:

oracle 层次码(Oracle开发技能提升之层次查询全面解析)(11)

结果是:

4、CONNECT_BY_ROOT

Oracle10g新增connect_by_root,用在列名之前表示此行的根节点的相同列名的值(这个和PRIOR一样,是层次查询的操作符)。如:

select connect_by_root last_name root_last_name, connect_by_root id root_id,

id,last_name,manager_id

结果为:

oracle 层次码(Oracle开发技能提升之层次查询全面解析)(12)

9i办法:用SYS_CONNECT_BY_PATH, 然后用INSTR, SUBSTR把第一截解析出来。

上面的可以改写为:

//选第2次出现分割符的位置,然后截取,因为根节点只有一个分隔符,所以加个decode.

oracle 层次码(Oracle开发技能提升之层次查询全面解析)(13)

5、使用SIBLINGS关键字排序

前面说了,对于层次查询如果用order by排序,比如order by last_name则是先做完层次获得level,然后按last_name排序,这样破坏了层次,比如特别关注某行的深度,按level排序,也是会破坏层次的。

在oracle10g中,增加了siblings关键字的排序。

语法:order siblings by <expre>

它会保护层次,并且在每个等级中按expre排序。

select level,

order siblings by last_name;

结果如图:

oracle 层次码(Oracle开发技能提升之层次查询全面解析)(14)

9i 办法:

oracle 层次码(Oracle开发技能提升之层次查询全面解析)(15)

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