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理解 SQL 中的四种连接-左外连接、右外连接、内连接、全连接

Category：软件开发 Tag：MariaDB 2017-12-21 Views：655

连接查询

连接查询是关系数据库中最主要的查询，主要包括内连接、外连接和交叉连接等。通过连接运算符可以实现多个表查询。连接是关系数据库模型的主要特点，也是它区别于其它类型数据库管理系统的一个标志。 在关系数据库管理系统中，表建立时各数据之间的关系不必确定，常把一个实体的所有信息存放在一个表中。当检索数据时，通过连接操作查询出存放在多个表中的不同实体的信息。连接操作给用户带来很大的灵活性，他们可以在任何时候增加新的数据类型。为不同实体创建新的表，然后通过连接进行查询。

  • 内连接
    典型的连接运算，使用像 = 或 <> 之类的比较运算符，包括相等连接和自然连接。
    内连接使用比较运算符根据每个表共有的列的值匹配两个表中的行。例如，检索 students和courses表中学生标识号相同的所有行。

  • 外连接
    外连接可以是左向外连接、右向外连接或完整外部连接。
    在 FROM子句中指定外联接时，可以由下列几组关键字中的一组指定：

    1. LEFT JOIN或LEFT OUTER JOIN
      左向外连接的结果集包括 LEFT OUTER子句中指定的左表的所有行，而不仅仅是连接列所匹配的行。如果左表的某行在右表中没有匹配行，则在相关联的结果集行中右表的所有选择列表列均为空值。
    2. RIGHT JOIN 或 RIGHT OUTER JOIN
      右向外连接是左向外连接的反向连接。将返回右表的所有行。如果右表的某行在左表中没有匹配行，则将为左表返回空值。
    3. FULL JOIN 或 FULL OUTER JOIN
      完整外部连接返回左表和右表中的所有行。当某行在另一个表中没有匹配行时，则另一个表的选择列表列包含空值。如果表之间有匹配行，则整个结果集行包含基表的数据值。

  • 交叉连接
    交叉连接返回左表中的所有行，左表中的每一行与右表中的所有行组合。交叉连接也称作笛卡尔积。
    FROM 子句中的表或视图可通过内连接或完整外部连接按任意顺序指定；但是，用左或右向外连接指定表或视图时，表或视图的顺序很重要。有关使用左或右向外连接排列表的更多信息，请参见使用外连接。

    1. 内连接
    2. 左连接
    3. 右连接
    4. 完全连接

准备测试数据表

  1. /* 班级表 */
  2. CREATE TABLE `class`(
  3.   `id` INT NOT NULL AUTO_INCREMENT,
  4.   `name` VARCHAR(30),
  5.   PRIMARY KEY (`id`)
  6. );
  7. insert into `class` (`name`) values ('高三一班');
  8. insert into `class` (`name`) values ('高三二班');
  9. insert into `class` (`name`) values ('高三三班');
  11. /* 学生表 */
  12. CREATE TABLE `student`(
  13.   `id` INT NOT NULL AUTO_INCREMENT,
  14.   `name` VARCHAR(30),
  15.   `class_id` INT,
  16.   PRIMARY KEY (`id`),
  17.   FOREIGN KEY (`class_id`) REFERENCES `class`(`id`)
  18. );
  19. insert into `student` (`name`, `class_id`) values ('张三', '1');
  20. insert into `student` (`name`, `class_id`) values ('李四', '2');
  21. insert into `student` (`name`, `class_id`) values ('王五', '3');
  22. insert into `student` (`name`, `class_id`) values ('赵六', '2');
  23. insert into `student` (`name`, `class_id`) values ('钱七', '1');

交叉连接（CROSS JOIN）

交叉连接（CROSS JOIN）：有两种，显式的和隐式的，不带ON子句，返回的是两表的乘积，也叫笛卡尔积。
例如：下面的语句1和语句2的结果是相同的。

  1. 隐式的交叉连接，没有CROSS JOIN

    1. SELECT * FROM `student`,`class` WHERE `student`.`id` = 1;

  2. 显式的交叉连接，使用CROSS JOIN

    1. SELECT * FROM `student` CROSS JOIN `class` WHERE `student`.`id` = 1;

    语句1和语句2的结果是相同的，查询结果如下：

    1. SELECT * FROM `student`,`class` WHERE `student`.`id` = 1;
    2. +----+--------+----------+----+--------------+
    3. | id | name   | class_id | id | name         |
    4. +----+--------+----------+----+--------------+
    5. |  1 | 张三   |        1 |  1 | 高三一班     |
    6. |  1 | 张三   |        1 |  2 | 高三二班     |
    7. |  1 | 张三   |        1 |  3 | 高三三班     |
    8. +----+--------+----------+----+--------------+
    9. 3 rows in set (0.01 sec)

内连接（INNER JOIN）

内连接（INNER JOIN）：有两种，显式的和隐式的，返回连接表中符合连接条件和查询条件的数据行。（所谓的连接表就是数据库在做查询形成的中间表）。

  1. 隐式的内连接，没有INNER JOIN，形成的中间表为两个表的笛卡尔积。
    1. SELECT * FROM `student`,`class` WHERE `student`.`class_id` = `class`.`id`;
  2. 显示的内连接，一般称为内连接，有INNER JOIN，形成的中间表为两个表经过ON条件过滤后的笛卡尔积。
    1. SELECT * FROM `student` INNER JOIN `class` ON `student`.`class_id` = `class`.`id`;
    语句1和语句2的结果是相同的，查询结果如下：
    1. +----+--------+----------+----+--------------+
    2. | id | name   | class_id | id | name         |
    3. +----+--------+----------+----+--------------+
    4. |  1 | 张三   |        1 |  1 | 高三一班     |
    5. |  2 | 李四   |        2 |  2 | 高三二班     |
    6. |  3 | 王五   |        3 |  3 | 高三三班     |
    7. |  4 | 赵六   |        2 |  2 | 高三二班     |
    8. |  5 | 钱七   |        1 |  1 | 高三一班     |
    9. +----+--------+----------+----+--------------+
    10. 5 rows in set (0.00 sec)

外连接（OUTER JOIN）

外连接（OUTER JOIN）：外连不但返回符合连接和查询条件的数据行，还返回不符合条件的一些行。
外连接分三类：左外连接（LEFT OUTER JOIN）、右外连接（RIGHT OUTER JOIN）和全外连接（FULL OUTER JOIN）。
三者的共同点是都返回符合连接条件和查询条件（即：内连接）的数据行。不同点如下：

  1. 左外连接还返回左表中不符合连接条件但符合查询条件的数据行。
  2. 右外连接还返回右表中不符合连接条件但符合查询条件的数据行。
  3. 全外连接还返回左表中不符合连接条件但符合查询条件的数据行，并且还返回右表中不符合连接条件单符合查询条件的数据行。全外连接实际是上左外连接和右外连接的数学合集（去掉重复），即“全外=左外 UNION 右外”。

说明：左表就是在“（LEFT OUTER JOIN）”关键字左边的表。右表当然就是右边的了。在三种类型的外连接中，OUTER 关键字是可省略的。

左外连接（LEFT OUTER JOIN）

  1. SELECT * FROM `student` LEFT OUTER JOIN `class` ON `student`.`class_id` = `class`.`id`;
  1. +------+--------+----------+----+--------------+
  2. | id   | name   | class_id | id | name         |
  3. +------+--------+----------+----+--------------+
  4. |    1 | 张三   |        1 |  1 | 高三一班     |
  5. |    2 | 李四   |        2 |  2 | 高三二班     |
  6. |    3 | 王五   |        3 |  3 | 高三三班     |
  7. |    4 | 赵六   |        2 |  2 | 高三二班     |
  8. |    5 | 钱七   |        1 |  1 | 高三一班     |
  9. +------+--------+----------+----+--------------+
  10. 5 rows in set (0.00 sec)

右外连接（RIGHT OUTER JOIN）

  1. SELECT * FROM `student` RIGHT OUTER JOIN `class` ON `student`.`class_id` = `class`.`id`;
  1. +----+--------+----------+------+--------------+
  2. | id | name   | class_id | id   | name         |
  3. +----+--------+----------+------+--------------+
  4. |  1 | 张三   |        1 |    1 | 高三一班     |
  5. |  5 | 钱七   |        1 |    1 | 高三一班     |
  6. |  2 | 李四   |        2 |    2 | 高三二班     |
  7. |  4 | 赵六   |        2 |    2 | 高三二班     |
  8. |  3 | 王五   |        3 |    3 | 高三三班     |
  9. +----+--------+----------+------+--------------+
  10. 5 rows in set (0.00 sec)

WHERE条件独立

  1. SELECT * FROM `student` LEFT OUTER JOIN `class` ON `student`.`class_id` = `class`.`id` WHERE `student`.`name` <> '张三';
  1. +----+--------+----------+------+--------------+
  2. | id | name   | class_id | id   | name         |
  3. +----+--------+----------+------+--------------+
  4. |  5 | 钱七   |        1 |    1 | 高三一班     |
  5. |  2 | 李四   |        2 |    2 | 高三二班     |
  6. |  4 | 赵六   |        2 |    2 | 高三二班     |
  7. |  3 | 王五   |        3 |    3 | 高三三班     |
  8. +----+--------+----------+------+--------------+
  9. 4 rows in set (0.00 sec)

将WHERE条件放到ON后面

  1. SELECT * FROM `student` LEFT OUTER JOIN `class` ON `student`.`class_id` = `class`.`id` AND `student`.`name` <> '张三';
  1. +----+--------+----------+------+--------------+
  2. | id | name   | class_id | id   | name         |
  3. +----+--------+----------+------+--------------+
  4. |  5 | 钱七   |        1 |    1 | 高三一班     |
  5. |  2 | 李四   |        2 |    2 | 高三二班     |
  6. |  4 | 赵六   |        2 |    2 | 高三二班     |
  7. |  3 | 王五   |        3 |    3 | 高三三班     |
  8. |  1 | 张三   |        1 | NULL | NULL         |
  9. +----+--------+----------+------+--------------+
  10. 5 rows in set (0.00 sec)

从上面两句SQL查询的结果来看，显然是不相同的，上一句SQL显示的结果是难以理解的。因此，推荐在写连接查询的时候，ON后面只跟连接条件，而对中间表限制的条件都写到WHERE子句中。

全外连接（FULL OUTER JOIN）

  1. SELECT * FROM `student` FULL OUTER JOIN `class` ON `student`.`class_id` = `class`.`id`;

注意：MySQL是不支持全外的连接的，上面给出的写法适合Oracle和DB2。但是可以通过左外和右外求合集来获取全外连接的查询结果。

  1. SELECT * FROM `student` LEFT OUTER JOIN `class` ON `student`.`class_id` = `class`.`id`
  2. UNION
  3. SELECT * FROM `student` RIGHT OUTER JOIN `class` ON `student`.`class_id` = `class`.`id`;
  1. +------+--------+----------+------+--------------+
  2. | id   | name   | class_id | id   | name         |
  3. +------+--------+----------+------+--------------+
  4. |    1 | 张三   |        1 |    1 | 高三一班     |
  5. |    5 | 钱七   |        1 |    1 | 高三一班     |
  6. |    2 | 李四   |        2 |    2 | 高三二班     |
  7. |    4 | 赵六   |        2 |    2 | 高三二班     |
  8. |    3 | 王五   |        3 |    3 | 高三三班     |
  9. +------+--------+----------+------+--------------+
  10. 5 rows in set (0.01 sec)

UNION 组合查询

UNION 可以将多个查询组合在一起返回。
参考上面的SQL语句， UNION 可以去掉重复的数据，如果不需要去掉重复的数据可以使用 UNION ALL

  1. SELECT * FROM `student` LEFT OUTER JOIN `class` ON `student`.`class_id` = `class`.`id`
  2. UNION ALL
  3. SELECT * FROM `student` RIGHT OUTER JOIN `class` ON `student`.`class_id` = `class`.`id`;
  1. +------+--------+----------+------+--------------+
  2. | id   | name   | class_id | id   | name         |
  3. +------+--------+----------+------+--------------+
  4. |    1 | 张三   |        1 |    1 | 高三一班     |
  5. |    5 | 钱七   |        1 |    1 | 高三一班     |
  6. |    2 | 李四   |        2 |    2 | 高三二班     |
  7. |    4 | 赵六   |        2 |    2 | 高三二班     |
  8. |    3 | 王五   |        3 |    3 | 高三三班     |
  9. |    1 | 张三   |        1 |    1 | 高三一班     |
  10. |    2 | 李四   |        2 |    2 | 高三二班     |
  11. |    3 | 王五   |        3 |    3 | 高三三班     |
  12. |    4 | 赵六   |        2 |    2 | 高三二班     |
  13. |    5 | 钱七   |        1 |    1 | 高三一班     |
  14. +------+--------+----------+------+--------------+
  15. 10 rows in set (0.00 sec)

联合连接（UNION JOIN）

联合连接（UNION JOIN）：这是一种很少见的连接方式。Oracle、MySQL均不支持，其作用是：找出全外连接和内连接之间差异的所有行。这在数据分析中排错中比较常用。也可以利用数据库的集合操作来实现此功能。

  1. /*该语句没有执行环境，无法执行*/
  2. SELECT * FROM `student` UNION JOIN `class` ON `student`.`class_id` = `class`.`id`;
  1. /*DB2数据库下的等价实现*/
  2. SELECT * FROM `student` FULL OUTER JOIN `class` ON `student`.`class_id` = `class`.`id`
  3. EXCEPT
  4. SELECT * FROM `student` INNER JOIN `class` ON `student`.`class_id` = `class`.`id`;
  1. /*Oracle数据库下的等价实现*/
  2. SELECT * FROM `student` FULL OUTER JOIN `class` ON `student`.`class_id` = `class`.`id`
  3. MINUS
  4. SELECT * FROM `student` INNER JOIN `class` ON `student`.`class_id` = `class`.`id`;

自然连接（NATURAL INNER JOIN）

自然连接无需指定连接列，SQL会检查两个表中是否相同名称的列，且假设他们在连接条件中使用，并且在连接条件中仅包含一个连接列。不允许使用ON语句，不允许指定显示列，显示列只能用*表示（ORACLE环境下测试的）。对于每种连接类型（除了交叉连接外），均可指定NATURAL。

SQL查询的基本原理：

  1. 单表查询：根据WHERE条件过滤表中的记录，形成中间表（这个中间表对用户是不可见的）；然后根据SELECT的选择列选择相应的列进行返回最终结果；
  2. 两表连接查询：对两表求积（笛卡尔积）并用ON条件和连接连接类型进行过滤形成中间表；然后根据WHERE条件过滤中间表的记录，并根据SELECT指定的列返回查询结果；
  3. 多表连接查询：先对第一个和第二个表按照两表连接做查询，然后用查询结果和第三个表做连接查询，以此类推，直到所有的表都连接上为止，最终形成一个中间的结果表，然后根据WHERE条件过滤中间表的记录，并根据SELECT指定的列返回查询结果。

理解SQL查询的过程是进行SQL优化的理论依据。

ON后面的条件（ON条件）和WHERE条件的区别

  • ON条件：是过滤两个连接表笛卡尔积形成中间表的约束条件。
  • WHERE条件：在有ON条件的SELECT语句中是过滤中间表的约束条件。在没有ON的单表查询中，是限制物理表或者中间查询结果返回记录的约束。在两表或多表连接中是限制连接形成最终中间表的返回结果的约束。

从这里可以看出，将WHERE条件移入ON后面是不恰当的。推荐的做法是：
ON只进行连接操作，WHERE只过滤中间表的记录。

总结

https://tencentsproutcdn.yeskery.com/2017/11/SQL_JOINS_small.jpg

连接查询是SQL查询的核心，连接查询的连接类型选择依据实际需求。如果选择不当，非但不能提高查询效率，反而会带来一些逻辑错误或者性能低下。下面总结一下两表连接查询选择方式的依据：

  1. 查两表关联列相等的数据用内连接；
  2. Col_L是Col_R的子集时用右外连接；
  3. Col_R是Col_L的子集时用左外连接；
  4. Col_R和Col_L彼此有交集但彼此互不为子集时候用全外；
  5. 求差操作的时候用联合查询。

多个表查询的时候，这些不同的连接类型可以写到一块。例如：

  1. SELECT T1.C1,T2.CX,T3.CY
  2. FROM TAB1 T1
  3.        INNER JOIN TAB2 T2 ON (T1.C1=T2.C2)
  4.        INNER JOIN TAB3 T3 ON (T1.C1=T2.C3)
  5.        LEFT OUTER JOIN TAB4 ON(T2.C2=T3.C3);
  6. WHERE T1.X >T3.Y;

上面这个SQL查询是多表连接的一个示范。

本文部分内容来自：

  1. https://baike.baidu.com/item/%E8%BF%9E%E6%8E%A5%E6%9F%A5%E8%AF%A2
  2. http://www.jb51.net/article/39432.htm

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