MySQL復雜SQL（多表聯查/子查詢）詳細講解

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文章目錄

  • MySQL復雜SQL（多表聯查/子查詢）詳細講解
    • 第一部分：多表聯查 (JOIN Operations)
      • 1. 連接的類型 (JOIN Types)
        • a. INNER JOIN (內連接 / 等值連接)
        • b. LEFT [OUTER] JOIN (左外連接)
        • c. RIGHT [OUTER] JOIN (右外連接)
        • d. FULL [OUTER] JOIN (全外連接)
        • e. CROSS JOIN (交叉連接 / 笛卡爾積)
      • 2. 多表連接 (Joining More Than Two Tables)
      • 3. 自連接 (Self Join)
      • 4. 自然連接 (NATURAL JOIN) 和 USING 子句
    • 第二部分：子查詢 (Subqueries)
      • 1. 子查詢的位置 (Where Subqueries Can Be Used)
      • 2. 子查詢的主要類型
        • a. 標量子查詢 (Scalar Subquery)
        • b. 列子查詢 (Column Subquery)
        • c. 行子查詢 (Row Subquery)
        • d. 表子查詢 / 派生表 (Table Subquery / Derived Table)
      • 3. 相關子查詢 vs. 非相關子查詢
      • 4. EXISTS 和 NOT EXISTS
    • 關鍵注意事項與最佳實踐
    • 總結

📃文章前言

  • 🔷文章均為學習工作中整理的筆記。
  • 🔶如有錯誤請指正，共同學習進步。

MySQL復雜SQL（多表聯查/子查詢）詳細講解

在這里插入圖片描述

MySQL 中復雜 SQL 的核心部分：多表聯查和子查詢。這是數據庫操作中處理關聯數據的強大工具。

核心目標： 從多個相互關聯的表中組合和提取所需的數據。

第一部分：多表聯查 (JOIN Operations)

當你的數據模型設計良好（遵循規范化原則）時，數據會分散在多個表中，通過主鍵-外鍵關系連接。JOIN 操作就是用來基于這些關系將多個表中的行組合起來。

1. 連接的類型 (JOIN Types)

a. INNER JOIN (內連接 / 等值連接)
  • 作用： 返回兩個表中連接字段值相等的所有行組合。如果某行在其中一個表中沒有匹配的行，則不會出現在結果中。
  • 語法：
    SELECT 列名列表
FROM 表1
[INNER] JOIN 表2 ON 表1.關聯字段 = 表2.關聯字段
[WHERE 條件];
-- INNER 關鍵字通常可省略
  • 示例： 查詢所有有訂單的客戶信息（假設 customers 表有 customer_id，orders 表有 customer_id 外鍵）
    SELECT c.customer_id, c.name, o.order_id, o.order_date
FROM customers c
INNER JOIN orders o ON c.customer_id = o.customer_id;
-- 結果只包含那些在customers表中有記錄且在orders表中至少有一個訂單的客戶。
  • 圖示： 兩個集合的交集部分。
b. LEFT [OUTER] JOIN (左外連接)
  • 作用： 返回左表 (表1) 的所有行，即使在右表 (表2) 中沒有匹配的行。對于左表中存在而右表中沒有匹配的行，右表相關的列將顯示為 NULL。
  • 語法：
    SELECT 列名列表
FROM 表1
LEFT [OUTER] JOIN 表2 ON 表1.關聯字段 = 表2.關聯字段
[WHERE 條件];
-- OUTER 關鍵字通常可省略
  • 示例： 查詢所有客戶及其訂單（包括沒有下過單的客戶）
    SELECT c.customer_id, c.name, o.order_id, o.order_date
FROM customers c
LEFT JOIN orders o ON c.customer_id = o.customer_id;
-- 結果包含所有客戶。對于沒有訂單的客戶，o.order_id 和 o.order_date 會是 NULL。
  • 圖示： 整個左集合 + 與右集合的交集部分。右集合獨有的部分被舍棄。
c. RIGHT [OUTER] JOIN (右外連接)
  • 作用： 與 LEFT JOIN 相反。返回右表 (表2) 的所有行，即使在左表 (表1) 中沒有匹配的行。對于右表中存在而左表中沒有匹配的行，左表相關的列將顯示為 NULL。
  • 語法：
    SELECT 列名列表
FROM 表1
RIGHT [OUTER] JOIN 表2 ON 表1.關聯字段 = 表2.關聯字段
[WHERE 條件];
-- OUTER 關鍵字通常可省略
  • 示例： 查詢所有訂單及其對應的客戶信息（包括那些可能關聯到無效客戶的訂單 - 這種情況在良好設計的數據模型中較少見，但語法支持）
    SELECT c.customer_id, c.name, o.order_id, o.order_date
FROM customers c
RIGHT JOIN orders o ON c.customer_id = o.customer_id;
-- 結果包含所有訂單。如果某個訂單的 customer_id 在 customers 表中找不到，則 c.customer_id 和 c.name 會是 NULL。
  • 圖示： 整個右集合 + 與左集合的交集部分。左集合獨有的部分被舍棄。
  • 注意： RIGHT JOIN 在實際應用中不如 LEFT JOIN 常見，因為通常可以通過調整表順序使用 LEFT JOIN 達到相同目的。
d. FULL [OUTER] JOIN (全外連接)
  • 作用： 返回左表和右表中的所有行。當某行在另一個表中沒有匹配行時，則另一個表相關的列將顯示為 NULL。如果兩個表中有匹配的行，則進行連接。
  • 語法 (MySQL 不支持直接的 FULL OUTER JOIN，需用 UNION 模擬)：
    SELECT 列名列表
FROM 表1
LEFT JOIN 表2 ON 表1.關聯字段 = 表2.關聯字段
UNION [ALL] -- 通常用 UNION 去重，如果確定不會有重復或需要保留重復則用 UNION ALL
SELECT 列名列表
FROM 表1
RIGHT JOIN 表2 ON 表1.關聯字段 = 表2.關聯字段
WHERE 表1.關聯字段 IS NULL; -- 排除掉左連接中已包含的匹配行
  • 示例： 查詢所有客戶和所有訂單（包括沒有訂單的客戶和沒有對應客戶的訂單）
    SELECT c.customer_id, c.name, o.order_id, o.order_date
FROM customers c
LEFT JOIN orders o ON c.customer_id = o.customer_id
UNION
SELECT c.customer_id, c.name, o.order_id, o.order_date
FROM customers c
RIGHT JOIN orders o ON c.customer_id = o.customer_id
WHERE c.customer_id IS NULL; -- 只取右連接中左表為NULL的部分（即orders有而customers沒有的行）
  • 圖示： 左集合 + 右集合的并集。
e. CROSS JOIN (交叉連接 / 笛卡爾積)
  • 作用： 返回兩個表中所有可能的行組合。結果集的行數是 表1行數 * 表2行數。通常不是你想要的結果，除非明確需要所有組合。
  • 語法：
    SELECT 列名列表
FROM 表1
CROSS JOIN 表2;
-- 或者使用隱式連接（不推薦）：
SELECT 列名列表
FROM 表1, 表2;
  • 示例： 生成所有產品和所有尺寸的組合
    SELECT p.product_name, s.size_name
FROM products p
CROSS JOIN sizes s;

2. 多表連接 (Joining More Than Two Tables)

  • 可以連續使用多個 JOIN 子句連接多個表。
  • 語法：
    SELECT ...
FROM 表1
JOIN 表2 ON 條件
JOIN 表3 ON 條件 -- 條件可以是表2和表3的關系，或者表1和表3的關系（較少見）
...
[WHERE ...];
  • 示例： 查詢訂單的詳細信息（客戶名、訂單日期、產品名、數量）
    SELECT c.name, o.order_date, p.product_name, od.quantity
FROM orders o
JOIN customers c ON o.customer_id = c.customer_id
JOIN order_details od ON o.order_id = od.order_id
JOIN products p ON od.product_id = p.product_id;

3. 自連接 (Self Join)

  • 作用： 將表與其自身連接。常用于表示層次結構（如員工-經理關系、類別-父類別）。
  • 技巧： 需要使用表別名 (Alias) 來區分同一個表的兩個“實例”。
  • 示例： 查詢員工及其經理的名字
    SELECT e1.employee_name AS Employee, e2.employee_name AS Manager
FROM employees e1
LEFT JOIN employees e2 ON e1.manager_id = e2.employee_id;
-- 使用 LEFT JOIN 是因為頂級經理沒有上級（manager_id 為 NULL）

4. 自然連接 (NATURAL JOIN) 和 USING 子句

  • NATURAL JOIN： 自動連接所有同名列。強烈不推薦使用！ 因為它依賴于列名匹配，不明確且容易出錯。
    SELECT ... FROM table1 NATURAL JOIN table2; -- 避免使用
  • USING 子句： 當連接的兩個表具有完全相同名稱的關聯字段時，可以用 USING 簡化 ON。
    SELECT c.customer_id, c.name, o.order_id, o.order_date
FROM customers c
JOIN orders o USING (customer_id); -- 等價于 ON c.customer_id = o.customer_id

第二部分：子查詢 (Subqueries)

子查詢是指嵌套在另一個 SQL 查詢（主查詢）內部的查詢。子查詢的結果被外部查詢使用。

1. 子查詢的位置 (Where Subqueries Can Be Used)

  • SELECT 子句（標量子查詢）
  • FROM 子句（派生表/內聯視圖）
  • WHERE 子句（最常用）
  • HAVING 子句
  • INSERT / UPDATE / DELETE 語句的 VALUES 或 SET 部分

2. 子查詢的主要類型

a. 標量子查詢 (Scalar Subquery)
  • 特點： 返回單個值（一行一列）。
  • 用途： 可以出現在任何期望單個值的地方（如 SELECT 列表、WHERE 條件中的比較運算符右側）。
  • 示例： 查詢價格高于平均價格的產品
    SELECT product_name, price
FROM products
WHERE price > (SELECT AVG(price) FROM products);
  • 示例： 在 SELECT 列表中使用（為每行計算一個相關值）
    SELECT order_id, order_date,(SELECT COUNT(*) FROM order_details od WHERE od.order_id = o.order_id) AS item_count
FROM orders o;
b. 列子查詢 (Column Subquery)
  • 特點： 返回單列多行。
  • 用途： 常與 IN, ANY/SOME, ALL 運算符一起用在 WHERE 或 HAVING 子句中。
  • 示例 (IN)： 查詢至少訂購過一次’Coffee’產品的客戶
    SELECT customer_id, name
FROM customers
WHERE customer_id IN (SELECT DISTINCT o.customer_idFROM orders oJOIN order_details od ON o.order_id = od.order_idJOIN products p ON od.product_id = p.product_idWHERE p.product_name = 'Coffee'
);
  • 示例 (ANY/SOME)： 查詢價格大于任何電子產品價格的非電子產品 (> ANY 等價于 > (SELECT MIN(price) FROM ... WHERE category='Electronics'))
    SELECT product_name, price
FROM products
WHERE category <> 'Electronics'AND price > ANY (SELECT priceFROM productsWHERE category = 'Electronics');
  • 示例 (ALL)： 查詢價格大于所有電子產品價格的非電子產品 (> ALL 等價于 > (SELECT MAX(price) FROM ... WHERE category='Electronics'))
    SELECT product_name, price
FROM products
WHERE category <> 'Electronics'AND price > ALL (SELECT priceFROM productsWHERE category = 'Electronics');
c. 行子查詢 (Row Subquery)
  • 特點： 返回單行多列。
  • 用途： 與行比較運算符一起使用（較少見）。
  • 示例： 查找與特定員工（ID=123）在同一個部門和同一個職位級別的員工
    SELECT employee_id, name, department, job_level
FROM employees
WHERE (department, job_level) = (SELECT department, job_levelFROM employeesWHERE employee_id = 123
)
AND employee_id <> 123; -- 排除自己
d. 表子查詢 / 派生表 (Table Subquery / Derived Table)
  • 特點： 返回一個結果集（多行多列）。
  • 用途： 必須出現在 FROM 子句中，并且必須有別名。
  • 作用： 簡化復雜查詢，創建臨時中間結果集。
  • 示例： 計算每個類別的平均價格，并找出高于其類別平均價格的產品
    SELECT p.product_id, p.product_name, p.category, p.price, cat_avg.avg_price
FROM products p
JOIN (SELECT category, AVG(price) AS avg_priceFROM productsGROUP BY category
) cat_avg ON p.category = cat_avg.category
WHERE p.price > cat_avg.avg_price;

3. 相關子查詢 vs. 非相關子查詢

  • 非相關子查詢 (Uncorrelated Subquery):
    • 子查詢可以獨立運行，不依賴于外部查詢。
    • 執行過程：先執行子查詢得到結果集，然后外部查詢使用這個結果集。
    • 上面大部分示例都是非相關的。
  • 相關子查詢 (Correlated Subquery):
    • 子查詢不能獨立運行，它引用了外部查詢中的列。
    • 執行過程：外部查詢取出一行，傳遞給子查詢；子查詢基于外部行中的值執行；外部查詢根據子查詢返回的結果判斷是否保留該行；重復此過程處理外部查詢的每一行。
    • 效率提示： 相關子查詢通常比非相關子查詢或 JOIN 慢，因為它需要對外部查詢的每一行都執行一次子查詢。優化時需謹慎。
    • 示例： 查詢那些訂單總額超過 1000 的客戶 (在 WHERE 中使用相關子查詢)
      SELECT c.customer_id, c.name
FROM customers c
WHERE EXISTS (SELECT 1FROM orders oWHERE o.customer_id = c.customer_id -- 關聯條件GROUP BY o.customer_idHAVING SUM(o.total_amount) > 1000
);
-- 或者更高效的方式可能是使用 JOIN + GROUP BY + HAVING
    • 示例： 在 SELECT 列表中使用相關子查詢 (如之前的 item_count 例子)

4. EXISTS 和 NOT EXISTS

  • 專門用于相關子查詢（但也可以用于非相關）。
  • EXISTS (subquery): 如果子查詢返回至少一行，則結果為 TRUE。
  • NOT EXISTS (subquery): 如果子查詢返回零行，則結果為 TRUE。
  • 非常高效，因為只要子查詢找到一行匹配，EXISTS 就立即返回 TRUE，不需要處理所有結果。
  • 示例 (EXISTS)： 查詢至少下過一個訂單的客戶 (等價于前面的 IN 示例，但可能更高效)
    SELECT customer_id, name
FROM customers c
WHERE EXISTS (SELECT 1FROM orders oWHERE o.customer_id = c.customer_id -- 關聯條件
);
  • 示例 (NOT EXISTS)： 查詢從未下過訂單的客戶
    SELECT customer_id, name
FROM customers c
WHERE NOT EXISTS (SELECT 1FROM orders oWHERE o.customer_id = c.customer_id -- 關聯條件
);

關鍵注意事項與最佳實踐

  1. 明確連接條件 (ON Clause): 總是顯式地寫出連接條件 (ON 或 USING)。避免隱式連接（逗號分隔表名）和 NATURAL JOIN，它們容易出錯且不清晰。
  2. 表別名 (Aliases): 在多表查詢和子查詢中，使用簡短、有意義的表別名 (FROM table AS alias 或 FROM table alias)。這能極大提高可讀性和避免列名歧義。
  3. 性能考慮:
    • 索引是關鍵！ 確保連接字段 (ON 子句中的列) 和 WHERE 子句中頻繁過濾的列上有索引。
    • 理解 INNER JOIN 通常比 OUTER JOIN 快。
    • 相關子查詢可能導致性能問題（Nested Loops）。如果可能，嘗試將其重寫為 JOIN。
    • 大型 IN 子查詢可能效率低下，考慮用 JOIN 或 EXISTS 替代。
    • 派生表（FROM 中的子查詢）可能會阻止某些優化。有時可以用 WITH (Common Table Expression - CTE) 在 MySQL 8.0+ 中更清晰地表達。
  4. NULL 值處理: 在連接條件 (ON) 或 WHERE 子句中使用涉及可能為 NULL 的列進行比較時（如 col1 = col2），如果 col1 或 col2 為 NULL，該行通常不會匹配（因為 NULL = NULL 是 UNKNOWN/NULL）。如果需要匹配 NULL，需使用 IS NULL 顯式處理。
  5. 可讀性和維護性:
    • 合理縮進和格式化復雜的 SQL。
    • 分解非常復雜的查詢。使用 CTE (WITH 子句，MySQL 8.0+) 或臨時視圖（如果支持）將查詢步驟模塊化。
    • 注釋解釋復雜的邏輯。
  6. 測試: 逐步構建復雜查詢。先從一個簡單的部分開始，驗證結果，然后逐步添加 JOIN 或子查詢。使用 LIMIT 測試大數據集查詢的性能。
  7. 選擇 JOIN 還是子查詢？ 沒有絕對答案。通常：
    • 需要組合多個表的數據顯示時，JOIN 更自然。
    • 用于過濾或計算聚合值的條件檢查時，子查詢（尤其是 EXISTS/NOT EXISTS）可能更直觀或更高效。
    • 分析執行計劃 (EXPLAIN) 是確定哪種方式性能更好的最終手段。

總結

掌握多表聯查 (INNER JOIN, LEFT JOIN, RIGHT JOIN, FULL JOIN) 和子查詢（標量、列、行、表子查詢、相關/非相關、EXISTS/NOT EXISTS）是進行復雜數據庫查詢的基礎。理解它們的工作原理、適用場景以及性能影響至關重要。通過實踐、關注索引、編寫清晰的 SQL 并利用 EXPLAIN 分析，你將能夠高效地從關聯的數據庫表中提取所需的信息。記住，清晰性和性能往往是相輔相成的。

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