图解 SQL 里的各种 JOIN

2022-03-28 13:59:06 浏览数 (1)

从业以来主要在做客户端，用到的数据库都是表结构比较简单的 SQLite，以我那还给老师一大半的 SQL 水平倒也能对付。现在偶尔需要到后台的 SQL Server 里追查一些数据问题，就显得有点捉襟见肘了，特别是各种 JOIN，有时候傻傻分不清楚，于是索性弄明白并做个记录。

前言

在各种问答社区里谈及 SQL 里的各种 JOIN 之间的区别时，最被广为引用的是 CodeProject 上 C.L. Moffatt 的文章 Visual Representation of SQL Joins，他确实讲得简单明了，使用文氏图来帮助理解，效果明显。本文将沿用他的讲解方式，稍有演绎，可以视为该文较为粗糙的中译版。

约定

下文将使用两个数据库表 Table_A 和 Table_B 来进行示例讲解，其结构与数据分别如下：

代码语言：javascript复制
mysql> SELECT * FROM Table_A ORDER BY PK ASC;
 ---- --------- 
| PK | Value   |
 ---- --------- 
|  1 | both ab |
|  2 | only a  |
 ---- --------- 
2 rows in set (0.00 sec)

mysql> SELECT * from Table_B ORDER BY PK ASC;
 ---- --------- 
| PK | Value   |
 ---- --------- 
|  1 | both ab |
|  3 | only b  |
 ---- --------- 
2 rows in set (0.00 sec)

其中 PK 为 1 的记录在 Table_A 和 Table_B 中都有，2 为 Table_A 特有，3 为 Table_B 特有。

常用的 JOIN

INNER JOIN

INNER JOIN 一般被译作内连接。内连接查询能将左表（表 A）和右表（表 B）中能关联起来的数据连接后返回。

文氏图：

示例查询：

代码语言：javascript复制
SELECT A.PK AS A_PK, B.PK AS B_PK,
       A.Value AS A_Value, B.Value AS B_Value
FROM Table_A A
INNER JOIN Table_B B
ON A.PK = B.PK;

查询结果：

代码语言：javascript复制
 ------ ------ --------- --------- 
| A_PK | B_PK | A_Value | B_Value |
 ------ ------ --------- --------- 
|    1 |    1 | both ab | both ab |
 ------ ------ --------- --------- 
1 row in set (0.00 sec)

注：其中 A 为 Table_A 的别名，B 为 Table_B 的别名，下同。

LEFT JOIN

LEFT JOIN 一般被译作左连接，也写作 LEFT OUTER JOIN。左连接查询会返回左表（表 A）中所有记录，不管右表（表 B）中有没有关联的数据。在右表中找到的关联数据列也会被一起返回。

文氏图：

示例查询：

代码语言：javascript复制
SELECT A.PK AS A_PK, B.PK AS B_PK,
       A.Value AS A_Value, B.Value AS B_Value
FROM Table_A A
LEFT JOIN Table_B B
ON A.PK = B.PK;

查询结果：

代码语言：javascript复制
 ------ ------ --------- --------- 
| A_PK | B_PK | A_Value | B_Value |
 ------ ------ --------- --------- 
|    1 |    1 | both ab | both ba |
|    2 | NULL | only a  | NULL    |
 ------ ------ --------- --------- 
2 rows in set (0.00 sec)

RIGHT JOIN

RIGHT JOIN 一般被译作右连接，也写作 RIGHT OUTER JOIN。右连接查询会返回右表（表 B）中所有记录，不管左表（表 A）中有没有关联的数据。在左表中找到的关联数据列也会被一起返回。

文氏图：

示例查询：

代码语言：javascript复制
SELECT A.PK AS A_PK, B.PK AS B_PK,
       A.Value AS A_Value, B.Value AS B_Value
FROM Table_A A
RIGHT JOIN Table_B B
ON A.PK = B.PK;

查询结果：

代码语言：javascript复制
 ------ ------ --------- --------- 
| A_PK | B_PK | A_Value | B_Value |
 ------ ------ --------- --------- 
|    1 |    1 | both ab | both ba |
| NULL |    3 | NULL    | only b  |
 ------ ------ --------- --------- 
2 rows in set (0.00 sec)

FULL OUTER JOIN

FULL OUTER JOIN 一般被译作外连接、全连接，实际查询语句中可以写作 FULL OUTER JOIN 或 FULL JOIN。外连接查询能返回左右表里的所有记录，其中左右表里能关联起来的记录被连接后返回。

文氏图：

示例查询：

代码语言：javascript复制
SELECT A.PK AS A_PK, B.PK AS B_PK,
       A.Value AS A_Value, B.Value AS B_Value
FROM Table_A A
FULL OUTER JOIN Table_B B
ON A.PK = B.PK;

查询结果：

代码语言：javascript复制
ERROR 1064 (42000): You have an error in your SQL syntax; check the manual that corresponds to your MySQL server version for the right syntax to use near 'FULL OUTER JOIN Table_B B
ON A.PK = B.PK' at line 4

注：我当前示例使用的 MySQL 不支持 FULL OUTER JOIN。

应当返回的结果（使用 UNION 模拟）：

代码语言：javascript复制
mysql> SELECT * 
    -> FROM Table_A
    -> LEFT JOIN Table_B 
    -> ON Table_A.PK = Table_B.PK
    -> UNION ALL
    -> SELECT *
    -> FROM Table_A
    -> RIGHT JOIN Table_B 
    -> ON Table_A.PK = Table_B.PK
    -> WHERE Table_A.PK IS NULL;
 ------ --------- ------ --------- 
| PK   | Value   | PK   | Value   |
 ------ --------- ------ --------- 
|    1 | both ab |    1 | both ba |
|    2 | only a  | NULL | NULL    |
| NULL | NULL    |    3 | only b  |
 ------ --------- ------ --------- 
3 rows in set (0.00 sec)

小结

以上四种，就是 SQL 里常见 JOIN 的种类和概念了，看一下它们的合影：

有没有感觉少了些什么，学数学集合时完全不止这几种情况？确实如此，继续看。

延伸用法

LEFT JOIN EXCLUDING INNER JOIN

返回左表有但右表没有关联数据的记录集。

文氏图：

示例查询：

代码语言：javascript复制
SELECT A.PK AS A_PK, B.PK AS B_PK,
       A.Value AS A_Value, B.Value AS B_Value
FROM Table_A A
LEFT JOIN Table_B B
ON A.PK = B.PK
WHERE B.PK IS NULL;

查询结果：

代码语言：javascript复制
 ------ ------ --------- --------- 
| A_PK | B_PK | A_Value | B_Value |
 ------ ------ --------- --------- 
|    2 | NULL | only a  | NULL    |
 ------ ------ --------- --------- 
1 row in set (0.01 sec)

RIGHT JOIN EXCLUDING INNER JOIN

返回右表有但左表没有关联数据的记录集。

文氏图：

示例查询：

代码语言：javascript复制
SELECT A.PK AS A_PK, B.PK AS B_PK,
       A.Value AS A_Value, B.Value AS B_Value
FROM Table_A A
RIGHT JOIN Table_B B
ON A.PK = B.PK
WHERE A.PK IS NULL;

查询结果：

代码语言：javascript复制
 ------ ------ --------- --------- 
| A_PK | B_PK | A_Value | B_Value |
 ------ ------ --------- --------- 
| NULL |    3 | NULL    | only b  |
 ------ ------ --------- --------- 
1 row in set (0.00 sec)

FULL OUTER JOIN EXCLUDING INNER JOIN

返回左表和右表里没有相互关联的记录集。

文氏图：

示例查询：

代码语言：javascript复制
SELECT A.PK AS A_PK, B.PK AS B_PK,
       A.Value AS A_Value, B.Value AS B_Value
FROM Table_A A
FULL OUTER JOIN Table_B B
ON A.PK = B.PK
WHERE A.PK IS NULL
OR B.PK IS NULL;

因为使用到了 FULL OUTER JOIN，MySQL 在执行该查询时再次报错。

代码语言：javascript复制
ERROR 1064 (42000): You have an error in your SQL syntax; check the manual that corresponds to your MySQL server version for the right syntax to use near 'FULL OUTER JOIN Table_B B
ON A.PK = B.PK
WHERE A.PK IS NULL
OR B.PK IS NULL' at line 4

应当返回的结果（用 UNION 模拟）：

代码语言：javascript复制
mysql> SELECT * 
    -> FROM Table_A
    -> LEFT JOIN Table_B
    -> ON Table_A.PK = Table_B.PK
    -> WHERE Table_B.PK IS NULL
    -> UNION ALL
    -> SELECT *
    -> FROM Table_A
    -> RIGHT JOIN Table_B
    -> ON Table_A.PK = Table_B.PK
    -> WHERE Table_A.PK IS NULL;
 ------ -------- ------ -------- 
| PK   | Value  | PK   | Value  |
 ------ -------- ------ -------- 
|    2 | only a | NULL | NULL   |
| NULL | NULL   |    3 | only b |
 ------ -------- ------ -------- 
2 rows in set (0.00 sec)

总结

以上七种用法基本上可以覆盖各种 JOIN 查询了。七种用法的全家福：

看着它们，我仿佛回到了当年学数学，求交集并集的时代……

顺带张贴一下 C.L. Moffatt 带 SQL 语句的图片，配合学习，风味更佳：

更新：更多的 JOIN

除以上几种外，还有更多的 JOIN 用法，比如 CROSS JOIN（迪卡尔集）、SELF JOIN，可以参考 SQL JOINS Slide Presentation 学习。

CROSS JOIN

返回左表与右表之间符合条件的记录的迪卡尔集。

图示：

示例查询：

代码语言：javascript复制
SELECT A.PK AS A_PK, B.PK AS B_PK,
       A.Value AS A_Value, B.Value AS B_Value
FROM Table_A A
CROSS JOIN Table_B B;

查询结果：

代码语言：javascript复制
 ------ ------ --------- --------- 
| A_PK | B_PK | A_Value | B_Value |
 ------ ------ --------- --------- 
|    1 |    1 | both ab | both ba |
|    2 |    1 | only a  | both ba |
|    1 |    3 | both ab | only b  |
|    2 |    3 | only a  | only b  |
 ------ ------ --------- --------- 
4 rows in set (0.00 sec)

上面讲过的几种 JOIN 查询的结果都可以用 CROSS JOIN 加条件模拟出来，比如 INNER JOIN 对应 CROSS JOIN ... WHERE A.PK = B.PK。

SELF JOIN

返回表与自己连接后符合条件的记录，一般用在表里有一个字段是用主键作为外键的情况。

比如 Table_C 的结构与数据如下：

代码语言：javascript复制
 -------- ---------- ------------- 
| EMP_ID | EMP_NAME | EMP_SUPV_ID |
 -------- ---------- ------------- 
|   1001 | Ma       |        NULL |
|   1002 | Zhuang   |        1001 |
 -------- ---------- ------------- 
2 rows in set (0.00 sec)

EMP_ID 字段表示员工 ID，EMP_NAME 字段表示员工姓名，EMP_SUPV_ID 表示主管 ID。

示例查询：

现在我们想查询所有有主管的员工及其对应的主管 ID 和姓名，就可以用 SELF JOIN 来实现。

代码语言：javascript复制
SELECT A.EMP_ID AS EMP_ID, A.EMP_NAME AS EMP_NAME, 
    B.EMP_ID AS EMP_SUPV_ID, B.EMP_NAME AS EMP_SUPV_NAME
FROM Table_C A, Table_C B
WHERE A.EMP_SUPV_ID = B.EMP_ID;

查询结果：

代码语言：javascript复制
 -------- ---------- ------------- --------------- 
| EMP_ID | EMP_NAME | EMP_SUPV_ID | EMP_SUPV_NAME |
 -------- ---------- ------------- --------------- 
|   1002 | Zhuang   |        1001 | Ma            |
 -------- ---------- ------------- --------------- 
1 row in set (0.00 sec)

补充说明

  1. 文中的图使用 Keynote 绘制；
  2. 个人的体会是 SQL 里的 JOIN 查询与数学里的求交集、并集等很像；
  3. SQLite 不支持 RIGHT JOIN 和 FULL OUTER JOIN，可以使用 LEFT JOIN 和 UNION 来达到相同的效果；
  4. MySQL 不支持 FULL OUTER JOIN，可以使用 LEFT JOIN 和 UNION 来达到相同的效果;
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