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图解 SQL 里的各种 JOIN

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:

mysql> SELECT * FROM Table_A ORDER BY PK ASC;
+----+------------+
| PK | Value      |
+----+------------+
|  1 | FOX        |
|  2 | COP        |
|  3 | TAXI       |
|  4 | LINCION    |
|  5 | ARIZONA    |
|  6 | WASHINGTON |
|  7 | DELL       |
| 10 | LUCENT     |
+----+------------+
8 rows in set (0.00 sec)
mysql> SELECT * from Table_B ORDER BY PK ASC;
+----+-----------+
| PK | Value     |
+----+-----------+
|  1 | TROT      |
|  2 | CAR       |
|  3 | CAB       |
|  6 | MONUMENT  |
|  7 | PC        |
|  8 | MICROSOFT |
|  9 | APPLE     |
| 11 | SCOTCH    |
+----+-----------+
8 rows in set (0.00 sec)

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:
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:

+------+------+------------+----------+

| A_PK | B_PK | A_Value    | B_Value  |

+------+------+------------+----------+

|    1 |    1 | FOX        | TROT     |

|    2 |    2 | COP        | CAR      |

|    3 |    3 | TAXI       | CAB      |

|    6 |    6 | WASHINGTON | MONUMENT |

|    7 |    7 | DELL       | PC       |

+------+------+------------+----------+

5 rows 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:
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:

+------+------+------------+----------+

| A_PK | B_PK | A_Value    | B_Value  |

+------+------+------------+----------+

|    1 |    1 | FOX        | TROT     |

|    2 |    2 | COP        | CAR      |

|    3 |    3 | TAXI       | CAB      |

|    4 | NULL | LINCION    | NULL     |

|    5 | NULL | ARIZONA    | NULL     |

|    6 |    6 | WASHINGTON | MONUMENT |

|    7 |    7 | DELL       | PC       |

|   10 | NULL | LUCENT     | NULL     |

+------+------+------------+----------+

8 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:
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:

+------+------+------------+-----------+

| A_PK | B_PK | A_Value    | B_Value   |

+------+------+------------+-----------+

|    1 |    1 | FOX        | TROT      |

|    2 |    2 | COP        | CAR       |

|    3 |    3 | TAXI       | CAB       |

|    6 |    6 | WASHINGTON | MONUMENT  |

|    7 |    7 | DELL       | PC        |

| NULL |    8 | NULL       | MICROSOFT |

| NULL |    9 | NULL       | APPLE     |

| NULL |   11 | NULL       | SCOTCH    |

+------+------+------------+-----------+

8 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:
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:

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):

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 | FOX        |    1 | TROT      |

|    2 | COP        |    2 | CAR       |

|    3 | TAXI       |    3 | CAB       |

|    4 | LINCION    | NULL | NULL      |

|    5 | ARIZONA    | NULL | NULL      |

|    6 | WASHINGTON |    6 | MONUMENT  |

|    7 | DELL       |    7 | PC        |

|   10 | LUCENT     | NULL | NULL      |

| NULL | NULL       |    8 | MICROSOFT |

| NULL | NULL       |    9 | APPLE     |

| NULL | NULL       |   11 | SCOTCH    |

+------+------------+------+-----------+

11 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:
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:

+------+------+---------+---------+

| A_PK | B_PK | A_Value | B_Value |

+------+------+---------+---------+

|    4 | NULL | LINCION | NULL    |

|    5 | NULL | ARIZONA | NULL    |

|   10 | NULL | LUCENT  | NULL    |

+------+------+---------+---------+

3 rows in set (0.00 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:
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:

+------+------+---------+-----------+

| A_PK | B_PK | A_Value | B_Value   |

+------+------+---------+-----------+

| NULL |    8 | NULL    | MICROSOFT |

| NULL |    9 | NULL    | APPLE     |

| NULL |   11 | NULL    | SCOTCH    |

+------+------+---------+-----------+

3 rows 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:
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。

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):

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     |

+------+---------+------+-----------+

|    4 | LINCION | NULL | NULL      |

|    5 | ARIZONA | NULL | NULL      |

|   10 | LUCENT  | NULL | NULL      |

| NULL | NULL    |    8 | MICROSOFT |

| NULL | NULL    |    9 | APPLE     |

| NULL | NULL    |   11 | SCOTCH    |

+------+---------+------+-----------+

6 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:




补充说明
文中的图使用 Keynote 绘制;

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;

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;

MySQL 不支持 FULL OUTER JOIN,可以使用 LEFT JOIN 和 UNION 来达到相同的效果;

还有更多的 JOIN 用法,比如 CROSS JOIN(迪卡尔集)、SELF JOIN,目前我还未在实际应用中遇到过,且不太好用图来表示,所以并未在本文中进行讲解。如果需要,可以参考 SQL JOINS Slide Presentation 学习。

参考
Visual Representation of SQL Joins

How to do a FULL OUTER JOIN in MySQL?

SQL JOINS Slide Presentation
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