多表查询与7种JOINS的实现

Posted 2023-01-22

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），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。比如：员工表和部门表，这两个表依靠“部门编号”进行关联。

1.案例多表连接

案例说明

从多个表中获取数据：

# 错误的实现方式：每个员工都与每个部门匹配了一遍。
SELECT employee_id,department_name
FROM employees,departments;  
# 查询出2889条记录

分析错误情况：

SELECT COUNT(employee_id) FROM employees;
#输出107行
SELECT COUNT(department_id)FROM departments;
# 输出27行
SELECT 107*27 FROM dual;

因此把多表查询中出现的问题称为：笛卡尔积的错误。

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
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。

因此上面的代码可以等价于：

# 错误的方式
SELECT employee_id,department_name
FROM employees CROSS JOIN departments;
# 查询出2889条记录

笛卡尔积的错误会在下面条件下产生：

• 省略多个表的连接条件（或关联条件）
• 连接条件（或关联条件）无效
• 所有表中的所有行互相连接

为了避免笛卡尔积， 可以在 WHERE 加入有效的连接条件。加入连接条件后，查询语法：

# 在表中有相同列时，在列名之前加上表名前缀。
SELECT last_name, department_name, departments.department_id;
FROM employees, departments
# 连接条件
WHERE employees.department_id = departments.department_id;

• 注意：在表中有相同列时，在列名之前加上表名前缀。
• 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。
• 此外，方便起见，表名也可以用别名代替。但是如果给表起了别名，一旦在SELECT或WHERE中使用表名的话，则必须使用表的别名，而不能再使用表的原名。
• 多个连接条件的拼接需要使用 AND 关键字。例如：

SELECT e.employee_id,e.last_name,d.department_name,l.city,e.department_id,l.location_id
FROM employees e, departments d, locations l
WHERE e.`department_id` = d.`department_id`
AND d.`location_id` = l.`location_id`;

• 如果有 n 个表实现多表的查询，则需要至少 n-1 个连接条件。

2. 多表查询分类讲解

角度1：等值连接与非等值连接

这里涉及 ​​job_grades​​ 表，通过查询可知，每个薪水都有其相应的等级区间。

SELECT *
FROM job_grades;

这里通过员工表与其相应的区间等级做一个匹配：

SELECT e.last_name,e.salary,j.grade_level
FROM employees e,job_grades j
WHERE e.`salary` between j.`lowest_sal` and j.`highest_sal`;
# WHERE e.`salary` >= j.`lowest_sal` AND e.`salary` <= j.`highest_sal`;

角度2：自连接与非自连接

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。

连接的条件是WORKER表中的MANAGER_ID和MANAGER表中的EMPLOYEE_ID相等。

题目：查询employees表，返回“Xxx works for Xxx”

SELECT CONCAT(worker.last_name , works for , manager.last_name)
FROM employees worker, employees manager
WHERE worker.manager_id = manager.employee_id ;

• ​​CONCAT​​的作用是连接字符串。

角度3：内连接与外连接

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。

SQL92：使用(+)创建连接

在 SQL92 中采用（+）代表从表所在的位置。即左或右外连接中，(+) 表示哪个是从表。

但是Oracle 对 SQL92 支持，而 MySQL 则不支持 SQL92 的外连接。

# 左外连接
SELECT last_name,department_name
FROM employees ,departments
WHERE employees.department_id = departments.department_id(+);
# 右外连接
SELECT last_name,department_name
FROM employees ,departments
WHERE employees.department_id(+) = departments.department_id;

• 在 SQL92 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

SQL99语法中使用 JOIN ...ON 的方式实现多表的查询。这种方式也能解决外连接的问题。

mysql是支持此种方式的。

• 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。
• 关键字 JOIN、INNER JOIN、CROSS JOIN 的含义是一样的，都表示内连接

内连接(INNER JOIN)的实现

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

外连接(OUTER JOIN)的实现

左外连接(LEFT OUTER JOIN)

语法：

SELECT e.last_name, e.department_id, d.department_name
FROM employees e LEFT OUTER JOIN departments d
ON (e.department_id = d.department_id) ;

右外连接(RIGHT OUTER JOIN)

语法：

SELECT e.last_name, e.department_id, d.department_name
FROM employees e RIGHT OUTER JOIN departments d
ON (e.department_id = d.department_id) ;

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。
• 但是MySQL不支持FULL JOIN，但是可以用 LEFT JOIN UNION RIGHT JOIN代替。

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

UNION 操作符返回两个查询的结果集的并集，去除重复记录。由于需要去除重复，因此它的性能相对低一点。

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。

如果明确知道合并数据后的结果数据无重复数据，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

代码实现

中图：内连接 A ∩ B

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

左上图：左外连接

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

右上图：右外连接

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

左中图：A - A ∩ B

SELECT employee_id,last_name,department_name
FROM employees e LEFT JOIN departments d
ON e.`department_id` = d.`department_id`
WHERE d.`department_id` IS NULL

右中图：B - A ∩ B

这里解释一下​​WHERE e.department_id IS NULL​​​，首先是由右外连接衍生出来的，减去中间交集的部分，然后交际的部分是包含A和B的，只需要用条件从表A为NULL，即可将在B中有A的部分筛掉。

SELECT employee_id,last_name,department_name
FROM employees e RIGHT JOIN departments d
ON e.`department_id` = d.`department_id`
WHERE e.`department_id` IS NULL

左下图：满外连接，左中图 + 右上图 A∪B

SELECT employee_id,last_name,department_name FROM employees e LEFT JOIN departments d
ON e.`department_id` = d.`department_id` WHERE d.`department_id` IS NULL
UNION ALL  #没有去重操作，效率高
SELECT employee_id,last_name,department_name FROM employees e RIGHT JOIN departments d ON e.`department_id` = d.`department_id`;

右下图：左中图 + 右中图 A ∪ B - A ∩ B 或者 ( A - A ∩ B) ∪ ( B - A ∩ B）

SELECT employee_id,last_name,department_name
FROM employees e LEFT JOIN departments d
ON e.`department_id` = d.`department_id`
WHERE d.`department_id` IS NULL
UNION ALL
SELECT employee_id,last_name,department_name
FROM employees e RIGHT JOIN departments d
ON e.`department_id` = d.`department_id`
WHERE e.`department_id` IS NULL

6.SQL99语法新特性

自然连接

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;

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;

总结：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。建议一个JOIN一个ON的写法。
• 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。

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。

附录：常用的 SQL 标准有哪些

SQL 存在不同版本的标准规范，因为不同规范下的表连接操作是有区别的。

SQL 有两个主要的标准，分别是 SQL92 和 SQL99 。92 和 99 代表了标准提出的时间，SQL92 就是 92 年
提出的标准规范。当然除了 SQL92 和 SQL99 以外，还存在 SQL-86、SQL-89、SQL:2003、SQL:2008、
SQL:2011 和 SQL:2016 等其他的标准。

最重要的 SQL 标准就是 SQL92 和 SQL99。一般来说 SQL92 的形式更简单，但是写的 SQL 语句会比较长，可读性较差。而 SQL99 相比于 SQL92 来说，语法更加复杂，但可读性更强。

SQL92 和 SQL99 是经典的 SQL 标准，也分别叫做 SQL-2 和 SQL-3 标准。也正是在这两个标准发布之后，SQL 影响力越来越大，甚至超越了数据库领域。现如今 SQL 已经不仅仅是数据库领域的主流语言，还是信息领域中信息处理的主流语言，在图形检索、图像检索以及语音检索中都能看到 SQL 语言的使用。

练习题

1.显示所有员工的姓名，部门号和部门名称

SELECT last_name, e.department_id, department_name
FROM employees e
LEFT OUTER JOIN departments d
ON e.department_id = d.department_id;

2.查询90号部门员工的job_id和90号部门的location_id

SELECT job_id, location_id
FROM employees e
JOIN departments d
ON e.department_id = d.department_id
WHERE e.department_id = 90;

顺便提一句，写这道题时ON语句后加了个; 导致查询总是不对，分析了好久才发现。不得不感叹，SQL中分号真的不要乱加。

3.选择所有有奖金的员工的 last_name , department_name , location_id , city

SELECT last_name , department_name , d.location_id , city
FROM employees e
LEFT OUTER JOIN departments d
ON e.`department_id` = d.`department_id`
LEFT OUTER JOIN locations l
ON d.`location_id` = l.`location_id`
WHERE commission_pct IS NOT NULL;

4.选择city在Toronto工作的员工的 last_name , job_id , department_id , department_name

SELECT e.last_name , e.job_id , d.department_id , d.department_name
FROM locations l
JOIN departments d
ON l.location_id = d.location_id
JOIN employees e
ON d.department_id = e.department_id
WHERE l.city = Toronto;

5．查询员工所在的部门名称、部门地址、姓名、工作、工资，其中员工所在部门的部门名称为’Executive’

SELECT department_name, street_address, last_name, job_id, salary
FROM employees e JOIN departments d
ON e.department_id = d.department_id
JOIN locations l
ON d.`location_id` = l.`location_id`
WHERE department_name = Executive

6.选择指定员工的姓名，员工号，以及他的管理者的姓名和员工号，结果类似于下面的格式

employees Emp# manager Mgr#
kochhar   101  king    100

SELECT emp.last_name employees, emp.employee_id "Emp#", mgr.last_name manager,mgr.employee_id "Mgr#"
FROM employees emp
LEFT OUTER JOIN employees mgr
ON emp.manager_id = mgr.employee_id;

7.查询哪些部门没有员工

SELECT d.department_name
FROM departments d
LEFT OUTER JOIN employees e
ON d.department_id = e.department_id
WHERE e.department_id IS NULL;

这里简单地描述一下解题的思路：首先涉及两张表，员工表和部门表，然后通过department_id建立联系。接下来就要考虑如上图的两个部分，交集是有部门且有员工的部分，然后左外连接是各个部门号，去除中间的交集就是部门号但是没员工的部分。因此类似于左中图。只需要让从表的该条件为NULL即可。

此外还有第二种办法，子查询：

SELECT department_id
FROM departments d
WHERE NOT EXISTS (
SELECT *
FROM employees e
WHERE e.`department_id` = d.`department_id`
)

8.查询哪个城市没有部门

SELECT l.location_id,l.city
FROM locations l LEFT JOIN departments d
ON l.`location_id` = d.`location_id`
WHERE d.`location_id` IS NULL

9.查询部门名为 Sales 或 IT 的员工信息

SELECT employee_id,last_name,department_name
FROM employees e,departments d
WHERE e.department_id = d.`department_id`
AND d.`department_name` IN (Sales,IT);

练习题Part2

储备：建表操作：
CREATE TABLE `t_dept` (
`id` INT(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT,
`deptName` VARCHAR(30) DEFAULT NULL,
`address` VARCHAR(40) DEFAULT NULL,
PRIMARY KEY (`id`)
) ENGINE=INNODB AUTO_INCREMENT=1 DEFAULT CHARSET=utf8;
CREATE TABLE `t_emp` (
`id` INT(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT,
`name` VARCHAR(20) DEFAULT NULL,
`age` INT(3) DEFAULT NULL,
`deptId` INT(11) DEFAULT NULL,
empno int not null,
PRIMARY KEY (`id`),
KEY `idx_dept_id` (`deptId`)
#CONSTRAINT `fk_dept_id` FOREIGN KEY (`deptId`) REFERENCES `t_dept` (`id`)
) ENGINE=INNODB AUTO_INCREMENT=1 DEFAULT CHARSET=utf8;

INSERT INTO t_dept(deptName,address) VALUES(华山,华山);
INSERT INTO t_dept(deptName,address) VALUES(丐帮,洛阳);
INSERT INTO t_dept(deptName,address) VALUES(峨眉,峨眉山);
INSERT INTO t_dept(deptName,address) VALUES(武当,武当山);
INSERT INTO t_dept(deptName,address) VALUES(明教,光明顶);
INSERT INTO t_dept(deptName,address) VALUES(少林,少林寺);
INSERT INTO t_emp(NAME,age,deptId,empno) VALUES(风清扬,90,1,100001);
INSERT INTO t_emp(NAME,age,deptId,empno) VALUES(岳不群,50,1,100002);
INSERT INTO t_emp(NAME,age,deptId,empno) VALUES(令狐冲,24,1,100003);
INSERT INTO t_emp(NAME,age,deptId,empno) VALUES(洪七公,70,2,100004);
INSERT INTO t_emp(NAME,age,deptId,empno) VALUES(乔峰,35,2,100005);
INSERT INTO t_emp(NAME,age,deptId,empno) VALUES(灭绝师太,70,3,100006);
INSERT INTO t_emp(NAME,age,deptId,empno) VALUES(周芷若,20,3,100007);
INSERT INTO t_emp(NAME,age,deptId,empno) VALUES(张三丰,100,4,100008);
INSERT INTO t_emp(NAME,age,deptId,empno) VALUES(张无忌,25,5,100009);
INSERT INTO t_emp(NAME,age,deptId,empno) VALUES(韦小宝,18,null,100010);

【题目】
#1.所有有门派的人员信息
（ A、B两表共有）
#2.列出所有用户，并显示其机构信息
（A的全集）
#3.列出所有门派
（B的全集）
#4.所有不入门派的人员
（A的独有）
#5.所有没人入的门派
（B的独有）
#6.列出所有人员和机构的对照关系
(AB全有)
#MySQL Full Join的实现 因为MySQL不支持FULL JOIN,下面是替代方法
#left join + union(可去除重复数据)+ right join
#7.列出所有没入派的人员和没人入的门派
（A的独有+B的独有）

1.所有有门派的人员信息（ A、B两表共有）

select *
from t_emp a inner join t_dept b
on a.deptId = b.id;

2.列出所有用户，并显示其机构信息（A的全集）

select *
from t_emp a left join t_dept b
on a.deptId = b.id;

3.列出所有门派（B的全集）

select *
from t_dept b;

4.所有不入门派的人员（A的独有）

select *
from t_emp a left join t_dept b
on a.deptId = b.id
where b.id is null;

5.所有没人入的门派（B的独有）

select *
from t_dept b left join t_emp a
on a.deptId = b.id
where a.deptId is null;

6.列出所有人员和机构的对照关系 (AB全有)

#MySQL Full Join的实现 因为MySQL不支持FULL JOIN,下面是替代方法
#left join + union(可去除重复数据)+ right join
SELECT *
FROM t_emp A LEFT JOIN t_dept B
ON A.deptId = B.id
UNION
SELECT *
FROM t_emp A RIGHT JOIN t_dept B
ON A.deptId = B.id

7.列出所有没入派的人员和没人入的门派（A的独有+B的独有）

SELECT *
FROM t_emp A LEFT JOIN t_dept B
ON A.deptId = B.id
WHERE B.`id` IS NULL
UNION
SELECT *
FROM t_emp A RIGHT JOIN t_dept B
ON A.deptId = B.id
WHERE A.`deptId` IS NULL;