SQL关联查询详解，SQL JOIN详解

关联查询，也称为多表查询，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），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。

一、错误案例引入问题

1.案例说明

先来看几个简单的表，如下：

emp表：职工表，关联dept表

dept表：部门表，关联location表

location表：部门地区表

此时我们需要查询到员工的姓名及其部门名称：

如果我们错误的使用到下面的语句的话：

SELECT *
from emp,dept

得到结果如下：一共20条数据，它是对应emp的4条记录×dept的5条记录 

 我们把上述多表查询中出现的问题称为：笛卡尔积的错误。

2.笛卡尔积（或交叉连接）的理解

笛卡尔乘积是一个数学运算。假设我有两个集合 X 和 Y，那么 X 和 Y 的笛卡尔积就是 X 和 Y 的所有可能的组合，也就是第一个对象来自于 X，第二个对象来自于 Y 的所有可能。组合的个数即为两个集合中元素个数的乘积数。

SQL92中，笛卡尔积也称为交叉连接 ，英文是 CROSS JOIN 。在 SQL99 中也是使用 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中如下情况会出现笛卡尔积：

select * from emp,dept
select * from emp cross join dept
select * from emp inner join dept
select * from emp join dept

inner join为内连接，等于join(省略了inner)，内连接后面可以不接on

在上面的例子中笛卡尔积的不适应主要在于：emp表和dept表没有指明关联关系，导致表中的所有行互相连接。

为了避免笛卡尔积错误，可以在where加上有效的连接条件，如下：

select *
from emp,dept
where emp.dept_id = dept.id

结果如下：

可以和前面的笛卡尔积错误的结果进行比较，该sql语句表示从笛卡尔积的结果中筛选出想要的数据(员工的部门id等于部门id)。

因为如此，陈七的部门id为null，在笛卡尔积中找不出陈七的部门id和哪个部门对应，所有没有出现在结果集中，这是内连接的一个特性。

也可以n张表进行连接，如在上面的例子进行扩充，求出每个员工的工作地点，需要连接三张表，只需用and连接上条件即可。

select *
from emp,dept,location
where emp.dept_id = dept.id and dept.location_id = location.id

二、多表查询的分类

关联查询可分为如下几类：

• 等值连接和非等值连接
• 自连接和非自连接
• 内连接和外连接

我们需要根据需求去选择不同种类的连接查询

1.等值连接和非等值连接

等值连接就是前面的案例中，员工表的部门id与部门表的id呈现一个相等的状态，侧重于相等，所以叫等值连接。而非等值连接不是相等的情况。

来看一个非等值连接的情况：

如下两张表，需要求每个学生的成绩对应的等级

 代码如下：

select name,grade,level
from student,score
where student.grade between score.lowest_grade and score.greatest_grede

 该关联查询没有使用的关联条件不是=，而是其他的条件，被称为非等值连接。

2.自连接和非自连接

前面的员工表关联部门表进行查询就是非自连接，连接的其它表；而自连接就是连接当前表。

例子：上面的emp表有一个manager_id的字段，表示它的管理者id，同样的管理者同样也是员工，也是记录也在emp表中的，所以为了求出每个员工的管理者，就需要自连接：

select concat(e1.name,'为',e2.name,'工作')
from emp e1,emp e2
where e1.manager_id = e2.id

结果： 

自连接：当table1和table2本质上是同一张表，只是用取别名的方式虚拟成两张表以代表不同的意义。然后两个表再进行内连接，外连接等查询。

3.内连接和外连接

• 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空(NULL)。

如果是左外连接，则连接条件中左边的表也称为主表 ，右边的表称为从表 。 如果是右外连接，则连接条件中右边的表也称为主表 ，左边的表称为从表 。

初步认识

在前面的例子中，我们使用到的是内连接：

#查询到所有员工的部门名，内连接的写法之一
SELECT emp.name,dept.name
from emp,dept
where emp.dept_id=dept.id

结果如下： 

 但是你会发现，少了个员工，这是因为该员工的部门id为空，在部门表中并没有相应的数据，又因为是内连接，所有该员工不会出现在结果里。

 要想解决该问题，就需要使用外连接。使员工表为主表，左外连接部门表：

得到的结果为：

 如果使用右外连接，结果为：

 也就是说部门表中所有的记录都会匹配出，尽管有些部门没有任何的员工，也列出来。

这是左外连接和右外连接的一个区别。

三、实现多表查询的语法

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

语法说明：

• 可以使用 ON 子句指定额外的连接条件。
• 这个连接条件是与其它条件分开的。
• ON 子句使语句具有更高的易读性。
• 关键字 JOIN、INNER JOIN、CROSS JOIN 的含义是一样的，都表示内连接。

1.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 等其他子句;

例子：使用新的语法替换之前的查询员工操作，要求没有部门的员工不显示出来：

SELECT emp.name,dept.name
from emp
inner join dept
on emp.dept_id = dept.id

2.外连接(OUTER JOIN)的实现

2.1左外连接

语法：

#实现查询结果是A
SELECT 字段列表
FROM A表 LEFT OUTER JOIN B表
ON 关联条件
WHERE 等其他子句;

OUTER关键字可省略。

例子：查询所有员工的工作地点，没有部门的员工照样显示出来。

SELECT emp.name,dept.name,location.region
from emp left outer join dept
on emp.dept_id = dept.id
	left join location
	on dept.location_id = location.id

2.2右外连接(RIGHT OUTER JOIN)

语法：

SELECT 字段列表
FROM A表 RIGHT JOIN B表
ON 关联条件
WHERE 等其他子句;

例子：查询员工的部门信息，没有部门的员工不显示，但是把没有员工对应的部门也显示出来。

SELECT emp.name,dept.name
from emp right join dept
on emp.dept_id = dept.id

结果：

3.满外连接(FULL OUTER JOIN)

还有一种外连接结合了左外连接和右外连接的特点，称为满外连接：

• 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代替。

四、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，两个表对应的列数和数据类型必须相同，并且相互对应。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 table1
UNION [ALL]
SELECT column,... FROM table2

• 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。

举例1：查询部门编号>90或邮箱包含a的员工信息

#方式1
SELECT * FROM employees WHERE email LIKE '%a%' OR department_id>90

#方式2
SELECT * FROM employees WHERE email LIKE '%a%'
UNION
SELECT * FROM employees WHERE department_id>90;

举例2：使用union实现满外连接(下面内容会使用union all加速查找)

SELECT emp.name,dept.name
from emp left join dept
on emp.dept_id = dept.id
union
select emp.name,dept.name
from emp right join dept
on emp.dept_id = dept.id

结果： 

 

五、7种SQL JOINS的实现

下图是两种表的连接查询图，它们插叙的结果各不相同。图中红色部分代表最后查询的结果。

 

1.代码实现

• 中图：内连接 A∩B，只取公共部分

select emp.name,dept.name
from emp inner join dept
on dept_id = dept.id

• 左上图：左外连接，取左表的所有记录，并有条件的连接右表记录

select emp.name,dept.name
from emp left join dept
on dept_id = dept.id

• 右上图：右外连接，取右表的所有记录，并有条件的连接左表记录

select emp.name,dept.name
from emp right join dept
on dept_id = dept.id

• 左中图：A - A ∩ B

select emp.name,dept.name
from emp left join dept
on dept_id = dept.id
where dept.id is null   #去掉A∩B的部分

• 右中图：B - A ∩ B

select emp.name,dept.name
from emp right join dept
on dept_id = dept.id
where emp.id is null   #或者dept_id is null

• 左下图：是一个全连接，mysql不直接支持，但我们可以使用上面的union实现，但是根据上面的图，我们可以直接使用union all实现，增加效率。
  具体的：使用左上图 union all 右中图，或者右上图 union all 左中图都行。

select emp.name,dept.name   #左外连接取 A+(A∩B)
from emp left join dept
on emp.dept_id = dept.id
union all      #没有去重操作，效率高
select emp.name,dept.name   #右外连接取 B-(A∩B)
from emp right join dept
on emp.dept_id = dept.id
where emp.id is null

• 右下图：A ∪B- A ∩ B
  使用左中图和右中图结合起来即可

select emp.name,dept.name   
from emp left join dept
on emp.dept_id = dept.id
where dept.id is null
union all
select emp.name,dept.name  
from emp right join dept
on emp.dept_id = dept.id
where emp.id is null

六、SQL99语法新特性

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。它会帮你自动查询两张连接表中所有相同的字段，然后进行等值连接 。

在SQL92标准中：

SELECT employee_id,last_name,department_name
FROM employees e JOIN departments d
ON e.`department_id` = d.`department_id`
AND e.`manager_id` = d.`manager_id`;

在 SQL99 中你可以写成：

SELECT employee_id,last_name,department_name
FROM employees e NATURAL JOIN departments d;

前提是字段名相同。

2.USING连接

当我们进行连接的时候，SQL99还支持使用 USING 指定数据表里的同名字段 进行等值连接。但是只能配合JOIN一起使用。比如：

SELECT employee_id,last_name,department_name
FROM employees e JOIN departments d
USING (department_id);

你能看出与自然连接 NATURAL JOIN 不同的是，USING 指定了具体的相同的字段名称，你需要在 USING 的括号 () 中填入要指定的同名字段。同时使用 JOIN...USING 可以简化 JOIN ON 的等值连接。它与下 面的 SQL 查询结果是相同的：

SELECT employee_id,last_name,department_name
FROM employees e ,departments d
WHERE e.department_id = d.department_id;

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，而且要求两个关联字段在关联表中名称一致，而且只能表示关联字 段值相等

我们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 查询性能下降得很严重，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的限制。