MySQL-06.多表查询

2023-12-11 23:26 由长名06 发表于 #后端开发

C-06.多表查询

多表查询，也称为关联查询，指两个或更多个表一起完成查询操作。
前提条件，这些一起查询的表之间是有关系的(一对一，一对多等)，它们之间一定是有关联字段，这个关联字段可能建立了外键，也可能没有建立外键。

1.一个案例引发的多表连接

1.1 案例说明

涉及到的表结构

查询员工名(last_name)为'Abel'在那个城市工作。

1.1.2 非多表查询实现

-- 第一步，首先查出'Abel'所在的department_id 部门id
SELECT department_id FROM employees WHERE last_name = 'Abel' LIMIT 0,1;
-- 第二步，查出Abel所在部门，对应的location_id 地区id
SELECT location_id FROM departments WHERE department_id = ();//第一步查出的数据
-- 第三步，根据location_id获取，city信息
SELECT city FROM locations WHERE location_id = ();//第二步查出的数据

但是，这样有问题，为了查出Abel工作的城市，需要执行3次sql，很浪费时间。

1.1.3 多表查询实现

-- 使用多表查询中
SELECT last_name,city
FROM employees,departments,locations
WHERE employees.department_id = departments.department_id 
	AND departments.location_id = locations.location_id;
-- 上述可以优化
SELECT e.last_name,l.city
FROM employees e,departments d,locations l
WHERE e.department_id = d.department_id 
	AND d.location_id = l.location_id;

为什么，多表查询，以及优化的内容要这样写，后续会介绍。

1.2 笛卡尔积(交叉连接)的理解

笛卡尔积是一个数学运算。假设有两个集合X{a,b}，Y{m,n}，那么X和Y的笛卡尔积就是X和Y的所有可能组合，也就是这样一个公式
X={a,b}，Y={m,n}，X和Y的笛卡尔积 = {a,m},{a,n},{b,m},{b,n};
对应的两张表里的笛卡尔积就是，假设a表和b表，a表和b表的笛卡尔积就是a表中的任意一条数据和b表中的任意一条数据组合。理想情况下，a表有m条数据，b表有n条数据，则下a表和b表的笛卡尔积(也就是进行联合查询)后的表，应该有m * n条数据。
这里用employees表和departments表进行笛卡尔积演示。

mysql> SELECT COUNT(*) FROM employees;//count(*)统计表中非空列的数据
+----------+
| COUNT(*) |
+----------+
|      107 |
+----------+
1 row in set (0.00 sec)

mysql> SELECT COUNT(*) FROM departments;
+----------+
| COUNT(*) |
+----------+
|       27 |
+----------+
1 row in set (0.00 sec)

mysql> SELECT COUNT(*) FROM employees,departments;
+----------+
| COUNT(*) |
+----------+
|     2889 |
+----------+
1 row in set (0.00 sec)//107 * 27 = 2889

在SQL92(1992年发布的SQL标准)中，笛卡尔积也称为交叉连接，英文是CROSS JOIN。在SQL99(1999年发布的SQL标准)也是使用CROSS JOIN表示交叉连接。它的作用就是可以把任意表进行连接，即使这两张表不相关。在MySQL中如下情况下会出现笛卡尔积：

-- 以employees，departments表举例
SELECT last_name,department_name FROM employees,departments;
SELECT last_name,department_name FROM employees CROSS JOIN departments;
SELECT last_name,department_name FROM employees INNER JOIN departments;-- INNER JOIN 内连接
SELECT last_name,department_name FROM employees JOIN departments;

1.3 案例分析和问题解决

会出现笛卡尔积的原因
- 省略多个表的连接条件(也叫过滤笛卡尔积的条件)。
- 连接条件无效。
- 所有表中的所有行互相连接(很少出现)。
为了避免笛卡尔积，可以在WHERE加入有效的连接条件(但是连接条件，并不是只能写在WHERE子句中，后续的外连接是写在ON子句)。
加入连接条件后，查询语法：

SELECT t1.column_name,t2.column_name
FROM table1 t1,table2 t2
WHERE t1.column1 = t2.column2; -- 连接条件，应用到实际的表，需要替换实际的列名

使用employees，deparments表写案例:

SELECT e.last_name,d.department_name
FROM employees e,departments d
WHERE e.dapartment_id = d.dapartment_id;
-- 在进行多表查询时，可以给表起别名，但是要注意，起表的别名，和列名的别名不同。可以省略as关键字和列别名相同，但是表名不能写在''中，否则会报错。

mysql> SELECT e.last_name,d.department_name
    -> FROM employees 'e',department 'd'
    -> WHERE e.department_id = d.department_id;
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 ''e',department 'd'
WHERE e.department_id = d.department_id' at line 2

在不同的表中有相同列时，必须在列名前要加上使用的表名前缀。

2.多表查询分类讲解

2.1 等值连接 vs 非等值连接

2.1.1 等值连接

mysql> SELECT e.employee_id,e.last_name,e.department_id,d.department_id,d.location_id
    -> FROM employees e,departments d
    -> WHERE e.department_id = d.department_id;
+-------------+-------------+---------------+---------------+-------------+
| employee_id | last_name   | department_id | department_id | location_id |
+-------------+-------------+---------------+---------------+-------------+
|         103 | Hunold      |            60 |            60 |        1400 |
|         104 | Ernst       |            60 |            60 |        1400 |
|         105 | Austin      |            60 |            60 |        1400 |
|         106 | Pataballa   |            60 |            60 |        1400 | -- 只显示一部分数据，一共有106行数据

拓展1：多个连接条件要使用AND操作符。
拓展2：区分重复的别名：

进行表查询的表中有相同列时，必须在列名之前加上表名前缀进行区分，使用的是那张表的列数据。

拓展3：表的别名。

使用别名可以简化查询。
列名前使用表名前缀可以提高查询效率。
但是需要注意，如果给表起了别名，在查询字段中，过滤条件中就只能使用别名进行代替，不能使用原有的表名，否则就会报错。
建议，从SQL优化的角度，建议多表查询时，每个字段前都指明其所在的表。

拓展4：连接多个表
总结：连接n个表，至少需要n-1个连接条件。比如，连接三个表，至少需要两个连接条件。

2.2.2 非等值连接

-- 查询员工薪资和薪资等级
SELECT e.salary,j.grade_level
FROM employees e,job_grades j
WHERE e.salary >= lowest_sal AND e.salary <= highest.sal;

2.2 自连接 vs 非自连接

当table1和table2是同一张表，只是采用起别名的方式虚拟成两张表，代表不同的意义。然后两张表进行连接查询，就是自连接。
employees表中，有employee_id列，和manager_id列。

-- 查询员工和其对应领导的信息
SELECT     
	w.`employee_id` AS 'worker_id',
    w.`last_name` AS 'worker_name',
    m.`employee_id` AS 'manager_id',
    m.`last_name` AS 'manager_name'
FROM 
	employees w,employees m
WHERE 
	w.manager_id = m.employee_id;
-- 但是这里会有个小漏洞，就是可能会遗漏manager_id是null的数据

mysql> SELECT
    -> w.`employee_id` AS 'worker_id',
    ->     w.`last_name` AS 'worker_name',
    ->     m.`employee_id` AS 'manager_id',
    ->     m.`last_name` AS 'manager_name'
    -> FROM
    -> employees w,employees m
    -> WHERE
    -> w.manager_id = m.employee_id;
+-----------+-------------+------------+--------------+
| worker_id | worker_name | manager_id | manager_name |
+-----------+-------------+------------+--------------+
|       101 | Kochhar     |        100 | King         |
|       102 | De Haan     |        100 | King         |
|       103 | Hunold      |        102 | De Haan      |
...
|       204 | Baer        |        101 | Kochhar      |
|       205 | Higgins     |        101 | Kochhar      |
|       206 | Gietz       |        205 | Higgins      |
+-----------+-------------+------------+--------------+
106 rows in set (0.00 sec)

mysql> SELECT COUNT(*) FROM employees;
+----------+
| COUNT(*) |
+----------+
|      107 |
+----------+
1 row in set (0.00 sec)

从执行结果看，此自连接语句，查询一共有106条数据，但是employees表有107条数据。这是因为内连接(从另一个分类角度，该条自连接语句也属于内连接)，对于连接条件为NULL的一行数据会不显示。

mysql> SELECT
    ->     w.`employee_id` AS 'worker_id',
    ->     w.`last_name` AS 'worker_name',
    ->     m.`employee_id` AS 'manager_id',
    ->     m.`last_name` AS 'manager_name'
    -> FROM
    ->     employees w
    ->     LEFT JOIN employees m
    ->         ON w.manager_id = m.employee_id;
+-----------+-------------+------------+--------------+
| worker_id | worker_name | manager_id | manager_name |
+-----------+-------------+------------+--------------+
|       100 | King        |       NULL | NULL         |
|       101 | Kochhar     |        100 | King         |
|       102 | De Haan     |        100 | King         |
...
|       203 | Mavris      |        101 | Kochhar      |
|       204 | Baer        |        101 | Kochhar      |
|       205 | Higgins     |        101 | Kochhar      |
|       206 | Gietz       |        205 | Higgins      |
+-----------+-------------+------------+--------------+
107 rows in set (0.00 sec)

这里使用外连接，就会显示107条数据其中worker_id = 107的一行数据，就是上述自连接不显示的一条。下面进行内连接和外连接的讲解。

2.3 内连接 vs 外连接

除了查询满足条件的记录以外，外连接还可以查询某一方不满足条件的记录。

内连接，合并具有同一列的两个以上的表的行，结果集中不包含一个表与另一个表不匹配的行
外连接，两个表在连接过程中除了返回满足连接条件的行以外，还返回左(或右)表中不满足条件的行，这种连接称为左(或右)外连接。没有匹配的行时，结果表中相应的列为null
如果是左外连接，则连接条件中左边的表为主表,右边的表为从表。
如果是右外连接，则连接条件中右边的表为主表，左边的表为从表。

SQL 92 使用(+)创建连接

在SQL 92中采用(+)代表从表所在的位置。即左或右外连接中，(+)在连接条件的那边那个就是从表。
Oracle对SQL92支持较好，而MySQL则不支持SQL92的外连接
在SQL 92中，只有左外连接和右外连接，没有满(或全)外连接。

3.SQL99语法实现多表查询

3.1 基本语法

使用JOIN...ON子句创建连接的语法结构：

SELECT table1.column,table2.column,table3.column
FROM table1 
	JOIN table2 ON -- table1和table2的连接条件
		JOIN table3 ON -- table2和table3的连接条件

它的嵌套逻辑类似我们使用的FOR循环：

for t1 in table1:
	for t2 in table2:
		if condition1:
			for t3 in table3:
				if condition2:
					output t1 + t2 + t3;

SQL99采用的这种嵌套结构，非常清爽，层次性更强，可读性更强，即是更多的表进行连接也都清晰可见。如果采用SQL92，可读性就会大打折扣。

语法说明
- 可使用ON子句指定额外的连接条件。
- 这个连接条件是与其他条件分开的。
- ON子句使语句具有更高的可读性。
- 关键字JOIN，INNER JOIN，CROSS JOIN的含义是一样的，都表示为内连接。

3.2 内连接(INNER JOIN)的实现

语法：

SELECT 字段列表
FROM A表 INNER JOIN B表
ON 关联条件
WHERE 过滤条件
-- INNER关键字可省略

mysql> SELECT e.employee_id,d.department_name,d.department_id
    -> FROM employees AS e INNER JOIN departments AS d
    -> ON e.department_id = d.department_id;
+-------------+------------------+---------------+
| employee_id | department_name  | department_id |
+-------------+------------------+---------------+
|         200 | Administration   |            10 |
|         201 | Marketing        |            20 |
|         202 | Marketing        |            20 |
...
|         113 | Finance          |           100 |
|         205 | Accounting       |           110 |
|         206 | Accounting       |           110 |
+-------------+------------------+---------------+
106 rows in set (0.01 sec)


mysql> SELECT
    ->     e.employee_id,
    ->     d.department_name,
    ->     d.department_id,
    ->     l.city
    -> FROM
    ->     employees e
    ->     JOIN departments d
    ->         ON e.department_id = d.department_id
    ->     JOIN locations l
    ->         ON d.`location_id` = l.location_id;
+-------------+------------------+---------------+---------------------+
| employee_id | department_name  | department_id | city                |
+-------------+------------------+---------------+---------------------+
|         200 | Administration   |            10 | Seattle             |
|         201 | Marketing        |            20 | Toronto             |
|         202 | Marketing        |            20 | Toronto             |
...
|         113 | Finance          |           100 | Seattle             |
|         205 | Accounting       |           110 | Seattle             |
|         206 | Accounting       |           110 | Seattle             |
+-------------+------------------+---------------+---------------------+
106 rows in set (0.00 sec)

3.3 外连接(OUTER JOIN)的实现

3.3.1 左外连接(LEFT OUTER JOIN)

语法

-- 主表是A OUTER关键字可以省略
SELECT 字段列表
FROM A表 LEFT OUTER JOIN B表
ON 关联条件
WHERE 过滤条件

举例

mysql> SELECT e.employee_id,d.department_name,d.department_id
    -> FROM employees e LEFT OUTER JOIN departments d
    -> ON e.department_id = d.department_id;
+-------------+------------------+---------------+
| employee_id | department_name  | department_id |
+-------------+------------------+---------------+
|         178 | NULL             |          NULL |
|         200 | Administration   |            10 |
|         201 | Marketing        |            20 |
|         202 | Marketing        |            20 |
...
|         112 | Finance          |           100 |
|         113 | Finance          |           100 |
|         205 | Accounting       |           110 |
|         206 | Accounting       |           110 |
+-------------+------------------+---------------+
107 rows in set (0.00 sec)

3.3.2 右外连接(RIGHT OUTER JOIN)

语法

-- 主表是B表 OUTER关键词也可以省略
SELECT 字段列表
FROM A表 RIGHT OUTER JOIN B表
ON 关联条件
WHERE 过滤条件

举例

mysql> SELECT e.employee_id,d.department_name,d.department_id
    -> FROM employees e RIGHT JOIN departments d
    -> ON e.department_id = d.department_id;
+-------------+----------------------+---------------+
| employee_id | department_name      | department_id |
+-------------+----------------------+---------------+
|         200 | Administration       |            10 |
|         201 | Marketing            |            20 |
|         202 | Marketing            |            20 |
|         114 | Purchasing           |            30 |
...
|        NULL | Government Sales     |           240 |
|        NULL | Retail Sales         |           250 |
|        NULL | Recruiting           |           260 |
|        NULL | Payroll              |           270 |
+-------------+----------------------+---------------+
122 rows in set (0.00 sec)

注意，LEFT JOIN和RIGHT JOIN只存在于SQL99及以后的标准中，在SQL92中不存在，只能用(+)表示。

3.3.3 满外连接(FULL OUTER JOIN)

满外连接的结果 = 左右表匹配的数据 + 左表没有匹配到的数据 + 右表没有匹配到的数据。
SQL99是支持满外连接的。使用FULL JOIN或FULL OUTER JOIN来实现。
需要注意的是，MySQL不支持FULL JOIN，但是可以用LEFT JOIN UNION RIGHT JOIN等替代。

4.UNION的使用

合并查询结果利用UNION关键字，可以给出多条SELECT语句，并将它们的结果组合成单个结果集。合并时，两个表对于的列数和数据类型必须相同，并且互相对应。各个SELECT语句之间使用UNION或UNION ALL关键字分隔。
语法格式：

SELECT column,... FROM t1
UNION [ALL]
SELECT column,... FROM t2

UNION操作符

UNION 操作符返回两个查询的结果集的并集，去除重复记录。

UNION ALL操作符

UNION ALL操作符返回两个查询的结果集的并集。对于两个结果集的重复部分，不去重。
注意，执行UNION ALL 语句时所需要的资源比UNION语句少，如果明确知道合并数据后的结果数据不存在重复数据，或者不需要去除重复的数据，则尽量使用UNION ALL语句，以提高数据查询的效率。
5. 7种SQL JOINS的实现

5.7.1 SQL实现

# 7种JOIN 使用employees表和departments表代表A和B 
#中图
SELECT e.employee_id,d.department_name,d.department_id
FROM employees e JOIN departments d
ON e.department_id = d.department_id;


# 左上图
# 分析，将e表和d表比作两个集合的话
# 左上图就是 (e - e ∩ d) ∪ ( e ∩ d) 在MySQL中用LEFT JOIN ... ON实现
# 分析，为什么LEFT JOIN ... ON可以实现
# 因为，在外连接中，相当于有一个表是主表，另一个表是从表，在外连接中
# 主表的数据一定要全部实现，对于主表中有数据，而从表没有与之对于连接条件成立的数据
# 就将要显示的从表中的列补null进行显示
SELECT e.employee_id,d.department_name,d.department_id
FROM employees e LEFT JOIN departments d
ON e.department_id = d.department_id;


# 右上图
# 分析，将e表和d表比作两个集合的话
# 左上图就是 (d - e ∩ d) ∪ ( e ∩ d) 在MySQL中用RIGHT JOIN ... ON实现
SELECT e.employee_id,d.department_name,d.department_id
FROM employees e RIGHT JOIN departments d
ON e.department_id = d.department_id;

#分析主从表就是，左连接左是主表，右连接右是主表
# 左中图
# 分析，将e表和d表比作两个集合的话
# 左中图就是 (e - e ∩ d) 
# 就是在左上图(e和d表进行左连接)的前提下，去掉e表和d表中都出现的数据
# 只保留主表中有数据，但是从表无数据的列 
# 从表无数据就是，从表的过滤条件中不满足，所以过滤条件是 WHERE d.department_id IS NULL
SELECT e.employee_id,d.department_name,d.department_id
FROM employees e LEFT JOIN departments d
ON e.department_id = d.department_id
WHERE d.department_id IS NULL;

# 右中图
# 分析，将e表和d表比作两个集合的话
# 右中图就是 (d - e ∩ d) 
# 就是在右上图(e和d表进行右连接)的前提下，去掉e表和d表中都出现的数据
# 只保留主表中有数据，但是从表无数据的列 
# 从表无数据就是，从表的过滤条件中不满足，所以过滤条件是 WHERE e.department_id IS NULL
SELECT e.employee_id,d.department_name,d.department_id
FROM employees e RIGHT JOIN departments d
ON e.department_id = d.department_id
WHERE e.department_id IS NULL;

# 左下图
# 就是满外连接
# MySQL实现满外连接
# 使用到UNION/UNION ALL关键字
# 可以用左上图 UNION 右上图
# 也可以用左上图 UNION ALL 右中图
# 也可以用左中图 UNION ALL 右上图
-- 具体的SQL语句略

# 右下图
# 就是左中图 UNION ALL 右中图
SELECT e.employee_id,d.department_name,d.department_id
FROM employees e LEFT JOIN departments d
ON e.department_id = d.department_id
WHERE d.department_id IS NULL
UNION ALL
SELECT e.employee_id,d.department_name,d.department_id
FROM employees e RIGHT JOIN departments d
ON e.department_id = d.department_id
WHERE e.department_id IS NULL;

5.7.2 语法格式小结

左中图

-- 实现 A - A ∩ B
SELECT 字段列表
FROM A LEFT JOIN B
ON 关联条件
WHERE 从表关联字段 IS NULL ANd 其他过滤子句;

右中图

-- 实现B - A ∩ B
SELECT 字段列表
FROM A RIGHT JOIN B
ON 关联条件
WHERE 从表关联字段 IS NULL ANd 其他过滤子句;

6.SQL99语法新特性

6.1 自然连接

SQL99在SQL92的基础上，提供了一些特殊语法，比如 NATURAL JOIN用来表示自然连接。我们可以把自然连接理解为SQL92中的等值连接。它会自动查询两张表里所有相同的字段，然后进行等值连接。

-- 等值连接
SELECT e.employee_id,d.department_name,d.department_id
FROM employees e JOIN departments d
ON e.department_id = d.department_id
AND e.`manager_id` = d.`manager_id`;

-- 使用NATURAL JOIN新特性实现等值连接
SELECT e.employee_id,d.department_name,d.department_id
FROM employees e NATURAL JOIN departments d;

6.2 USING连接

SELECT e.employee_id,d.department_name,d.department_id
FROM employees e JOIN departments d
USING (department_id);
-- 等价于
SELECT e.employee_id,d.department_name,d.department_id
FROM employees e JOIN departments d
USING e.department_id = d.department_id;

7.章节小结

表连接的约束条件可以有三种方式，WHERE，ON，USING

WHERE：适用于所有关联查询。
ON：只能和JOIN一起使用，只能写关联条件。虽然关联条件可以并到WHERE中和其他条件一起写，但分开写可读性更好。
USING: 只能和JOIN一起使用，而且要求关联字段在两张表中相同，而且只能表示关联字段相等。
注意：
要控制连接表的数量，多表连接就相当于嵌套for循环一样，非常消耗资源，会让SQL查询性能下降很严重，因此不要连接不必要的表。在许多DBMS中，也都会有最大连接表限制。

只是为了记录自己的学习历程，且本人水平有限，不对之处，请指正。

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