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对数据库MySQL中的JOIN详解

一个完整的SQL语句中会被拆分成多个子句,子句的执行过程中会产生虚拟表(vt),但是结果只返回最后一张虚拟表。从这个思路出发,我们试着理解一下JOIN查询的执行过程并解答一些常见的问题。

作者:llinvokerl来源:segmentfault|2018-07-30 15:00

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对数据库MySQL中的JOIN详解

0 索引

  • JOIN语句的执行顺序
  • INNER/LEFT/RIGHT/FULL JOIN的区别
  • ON和WHERE的区别

1 概述

一个完整的SQL语句中会被拆分成多个子句,子句的执行过程中会产生虚拟表(vt),但是结果只返回最后一张虚拟表。从这个思路出发,我们试着理解一下JOIN查询的执行过程并解答一些常见的问题。

如果之前对不同JOIN的执行结果没有概念,可以结合这篇文章往下看

2 JOIN的执行顺序

以下是JOIN查询的通用结构

  1. SELECT <row_list>   
  2.   FROM <left_table>   
  3.     <inner|left|rightJOIN <right_table>  
  4.       ON <join condition>   
  5.         WHERE <where_condition> 

它的执行顺序如下(SQL语句里第一个被执行的总是FROM子句):

  • FROM:对左右两张表执行笛卡尔积,产生第一张表vt1。行数为n*m(n为左表的行数,m为右表的行数
  • ON:根据ON的条件逐行筛选vt1,将结果插入vt2中
  • JOIN:添加外部行,如果指定了LEFT JOIN(LEFT OUTER JOIN),则先遍历一遍左表的每一行,其中不在vt2的行会被插入到vt2,该行的剩余字段将被填充为NULL,形成vt3;如果指定了RIGHT JOIN也是同理。但如果指定的是INNER JOIN,则不会添加外部行,上述插入过程被忽略,vt2=vt3(所以INNER JOIN的过滤条件放在ON或WHERE里 执行结果是没有区别的,下文会细说)
  • WHERE:对vt3进行条件过滤,满足条件的行被输出到vt4
  • SELECT:取出vt4的指定字段到vt5

下面用一个例子介绍一下上述联表的过程(这个例子不是个好的实践,只是为了说明join语法)

3 举例

创建一个用户信息表:

  1. CREATE TABLE `user_info` (  
  2.   `userid` int(11) NOT NULL 
  3.   `namevarchar(255) NOT NULL 
  4.   UNIQUE `userid` (`userid`)  
  5. ) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8mb4 

再创建一个用户余额表:

  1. CREATE TABLE `user_account` (  
  2.   `userid` int(11) NOT NULL 
  3.   `money` bigint(20) NOT NULL 
  4.  UNIQUE `userid` (`userid`)  
  5. ) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8mb4 

随便导入一些数据:

  1. select * from user_info;  
  2. +--------+------+  
  3. | userid | name |  
  4. +--------+------+  
  5. |   1001 | x    |  
  6. |   1002 | y    |  
  7. |   1003 | z    |  
  8. |   1004 | a    |  
  9. |   1005 | b    |  
  10. |   1006 | c    |  
  11. |   1007 | d    |  
  12. |   1008 | e    |  
  13. +--------+------+  
  14. rows in set (0.00 sec)  
  15.  
  16. select * from user_account;  
  17. +--------+-------+  
  18. | userid | money |  
  19. +--------+-------+  
  20. |   1001 |    22 |  
  21. |   1002 |    30 |  
  22. |   1003 |     8 |  
  23. |   1009 |    11 |  
  24. +--------+-------+  
  25. rows in set (0.00 sec) 

一共8个用户有用户名,4个用户的账户有余额。

取出userid为1003的用户姓名和余额,SQL如下:

  1. SELECT i.name, a.money   
  2.   FROM user_info as i   
  3.     LEFT JOIN user_account as a   
  4.       ON i.userid = a.userid   
  5.         WHERE a.userid = 1003; 

第一步:执行FROM子句对两张表进行笛卡尔积操作

笛卡尔积操作后会返回两张表中所有行的组合,左表user_info有8行,右表user_account有4行,生成的虚拟表vt1就是8*4=32行:

  1. SELECT * FROM user_info as i LEFT JOIN user_account as a ON 1;  
  2. +--------+------+--------+-------+  
  3. | userid | name | userid | money |  
  4. +--------+------+--------+-------+  
  5. |   1001 | x    |   1001 |    22 |  
  6. |   1002 | y    |   1001 |    22 |  
  7. |   1003 | z    |   1001 |    22 |  
  8. |   1004 | a    |   1001 |    22 |  
  9. |   1005 | b    |   1001 |    22 |  
  10. |   1006 | c    |   1001 |    22 | 
  11. |   1007 | d    |   1001 |    22 |  
  12. |   1008 | e    |   1001 |    22 |  
  13. |   1001 | x    |   1002 |    30 |  
  14. |   1002 | y    |   1002 |    30 |  
  15. |   1003 | z    |   1002 |    30 |  
  16. |   1004 | a    |   1002 |    30 |  
  17. |   1005 | b    |   1002 |    30 |  
  18. |   1006 | c    |   1002 |    30 |  
  19. |   1007 | d    |   1002 |    30 |  
  20. |   1008 | e    |   1002 |    30 |  
  21. |   1001 | x    |   1003 |     8 |  
  22. |   1002 | y    |   1003 |     8 |  
  23. |   1003 | z    |   1003 |     8 |  
  24. |   1004 | a    |   1003 |     8 |  
  25. |   1005 | b    |   1003 |     8 |  
  26. |   1006 | c    |   1003 |     8 |  
  27. |   1007 | d    |   1003 |     8 |  
  28. |   1008 | e    |   1003 |     8 |  
  29. |   1001 | x    |   1009 |    11 |  
  30. |   1002 | y    |   1009 |    11 |  
  31. |   1003 | z    |   1009 |    11 |  
  32. |   1004 | a    |   1009 |    11 | 
  33. |   1005 | b    |   1009 |    11 |  
  34. |   1006 | c    |   1009 |    11 |  
  35. |   1007 | d    |   1009 |    11 |  
  36. |   1008 | e    |   1009 |    11 |  
  37. +--------+------+--------+-------+  
  38. 32 rows in set (0.00 sec) 

第二步:执行ON子句过滤掉不满足条件的行

ON i.userid = a.userid 过滤之后vt2如下:

  1. +--------+------+--------+-------+  
  2. | userid | name | userid | money |  
  3. +--------+------+--------+-------+  
  4. |   1001 | x    |   1001 |    22 |  
  5. |   1002 | y    |   1002 |    30 |  
  6. |   1003 | z    |   1003 |     8 |  
  7. +--------+------+--------+-------+ 

第三步:JOIN 添加外部行

LEFT JOIN会将左表未出现在vt2的行插入进vt2,每一行的剩余字段将被填充为NULL,RIGHT JOIN同理

本例中用的是LEFT JOIN,所以会将左表user_info剩下的行都添上 生成表vt3:

  1. +--------+------+--------+-------+  
  2. | userid | name | userid | money |  
  3. +--------+------+--------+-------+  
  4. |   1001 | x    |   1001 |    22 |  
  5. |   1002 | y    |   1002 |    30 |  
  6. |   1003 | z    |   1003 |     8 |  
  7. |   1004 | a    |   NULL |  NULL |  
  8. |   1005 | b    |   NULL |  NULL |  
  9. |   1006 | c    |   NULL |  NULL |  
  10. |   1007 | d    |   NULL |  NULL |  
  11. |   1008 | e    |   NULL |  NULL |  
  12. +--------+------+--------+-------+ 

第四步:WHERE条件过滤

WHERE a.userid = 1003 生成表vt4:

  1. +--------+------+--------+-------+  
  2. | userid | name | userid | money |  
  3. +--------+------+--------+-------+  
  4. |   1003 | z    |   1003 |     8 |  
  5. +--------+------+--------+-------+ 

第五步:SELECT

SELECT i.name, a.money 生成vt5:

  1. +------+-------+  
  2. name | money |  
  3. +------+-------+  
  4. | z    |     8 |  
  5. +------+-------+ 

虚拟表vt5作为最终结果返回给客户端

介绍完联表的过程之后,我们看看常用JOIN的区别

4 INNER/LEFT/RIGHT/FULL JOIN的区别

  • INNER JOIN...ON...: 返回 左右表互相匹配的所有行(因为只执行上文的第二步ON过滤,不执行第三步 添加外部行)
  • LEFT JOIN...ON...: 返回左表的所有行,若某些行在右表里没有相对应的匹配行,则将右表的列在新表中置为NULL
  • RIGHT JOIN...ON...: 返回右表的所有行,若某些行在左表里没有相对应的匹配行,则将左表的列在新表中置为NULL

INNER JOIN

拿上文的第三步添加外部行来举例,若LEFT JOIN替换成INNER JOIN,则会跳过这一步,生成的表vt3与vt2一模一样:

  1. +--------+------+--------+-------+  
  2. | userid | name | userid | money |  
  3. +--------+------+--------+-------+  
  4. |   1001 | x    |   1001 |    22 |  
  5. |   1002 | y    |   1002 |    30 |  
  6. |   1003 | z    |   1003 |     8 |  
  7. +--------+------+--------+-------+ 

RIGHT JOIN

若LEFT JOIN替换成RIGHT JOIN,则生成的表vt3如下:

  1. +--------+------+--------+-------+  
  2. | userid | name | userid | money |  
  3. +--------+------+--------+-------+  
  4. |   1001 | x    |   1001 |    22 |  
  5. |   1002 | y    |   1002 |    30 |  
  6. |   1003 | z    |   1003 |     8 |  
  7. |   NULL | NULL |   1009 |    11 |  
  8. +--------+------+--------+-------+ 

因为user_account(右表)里存在userid=1009这一行,而user_info(左表)里却找不到这一行的记录,所以会在第三步插入以下一行:

  1. NULL | NULL | 1009 | 11 | 

FULL JOIN

上文引用的文章中提到了标准SQL定义的FULL JOIN,这在mysql里是不支持的,不过我们可以通过LEFT JOIN + UNION + RIGHT JOIN 来实现FULL JOIN:

  1. SELECT *   
  2.   FROM user_info as i   
  3.     RIGHT JOIN user_account as a   
  4.       ON a.userid=i.userid  
  5. union   
  6. SELECT *   
  7.   FROM user_info as i   
  8.     LEFT JOIN user_account as a   
  9.       ON a.userid=i.userid; 

他会返回如下结果:

  1. +--------+------+--------+-------+  
  2. | userid | name | userid | money |  
  3. +--------+------+--------+-------+  
  4. |   1001 | x    |   1001 |    22 |  
  5. |   1002 | y    |   1002 |    30 |  
  6. |   1003 | z    |   1003 |     8 |  
  7. |   NULL | NULL |   1009 |    11 |  
  8. |   1004 | a    |   NULL |  NULL |  
  9. |   1005 | b    |   NULL |  NULL |  
  10. |   1006 | c    |   NULL |  NULL |  
  11. |   1007 | d    |   NULL |  NULL |  
  12. |   1008 | e    |   NULL |  NULL |  
  13. +--------+------+--------+-------+ 

ps:其实我们从语义上就能看出LEFT JOIN和RIGHT JOIN没什么差别,两者的结果差异取决于左右表的放置顺序,以下内容摘自mysql官方文档:

  1. RIGHT JOIN works analogously to LEFT JOINTo keep code portable across databases, it is recommended that you use LEFT JOIN instead of RIGHT JOIN

所以当你纠结使用LEFT JOIN还是RIGHT JOIN时,尽可能只使用LEFT JOIN吧

5 ON和WHERE的区别

上文把JOIN的执行顺序了解清楚之后,ON和WHERE的区别也就很好理解了。

举例说明:

  1. SELECT *   
  2.   FROM user_info as i  
  3.     LEFT JOIN user_account as a  
  4.       ON i.userid = a.userid and i.userid = 1003;  
  5.  
  6.  
  7. SELECT *   
  8.   FROM user_info as i  
  9.     LEFT JOIN user_account as a  
  10.       ON i.userid = a.userid where i.userid = 1003; 

第一种情况LEFT JOIN在执行完第二步ON子句后,筛选出满足i.userid = a.userid and i.userid = 1003的行,生成表vt2,然后执行第三步JOIN子句,将外部行添加进虚拟表生成vt3即最终结果:

  1. vt2:  
  2. +--------+------+--------+-------+  
  3. | userid | name | userid | money |  
  4. +--------+------+--------+-------+  
  5. |   1003 | z    |   1003 |     8 |  
  6. +--------+------+--------+-------+  
  7. vt3:  
  8. +--------+------+--------+-------+  
  9. | userid | name | userid | money |  
  10. +--------+------+--------+-------+  
  11. |   1001 | x    |   NULL |  NULL |  
  12. |   1002 | y    |   NULL |  NULL |  
  13. |   1003 | z    |   1003 |     8 |  
  14. |   1004 | a    |   NULL |  NULL |  
  15. |   1005 | b    |   NULL |  NULL |  
  16. |   1006 | c    |   NULL |  NULL |  
  17. |   1007 | d    |   NULL |  NULL |  
  18. |   1008 | e    |   NULL |  NULL |  
  19. +--------+------+--------+-------+ 

而第二种情况LEFT JOIN在执行完第二步ON子句后,筛选出满足i.userid = a.userid的行,生成表vt2;再执行第三步JOIN子句添加外部行生成表vt3;然后执行第四步WHERE子句,再对vt3表进行过滤生成vt4,得的最终结果:

  1. vt2:  
  2. +--------+------+--------+-------+  
  3. | userid | name | userid | money |  
  4. +--------+------+--------+-------+  
  5. |   1001 | x    |   1001 |    22 |  
  6. |   1002 | y    |   1002 |    30 |  
  7. |   1003 | z    |   1003 |     8 |  
  8. +--------+------+--------+-------+  
  9. vt3:  
  10. +--------+------+--------+-------+  
  11. | userid | name | userid | money |  
  12. +--------+------+--------+-------+  
  13. |   1001 | x    |   1001 |    22 |  
  14. |   1002 | y    |   1002 |    30 |  
  15. |   1003 | z    |   1003 |     8 |  
  16. |   1004 | a    |   NULL |  NULL |  
  17. |   1005 | b    |   NULL |  NULL |  
  18. |   1006 | c    |   NULL |  NULL |  
  19. |   1007 | d    |   NULL |  NULL |  
  20. |   1008 | e    |   NULL |  NULL |  
  21. +--------+------+--------+-------+  
  22. vt4:  
  23. +--------+------+--------+-------+  
  24. | userid | name | userid | money |  
  25. +--------+------+--------+-------+  
  26. |   1003 | z    |   1003 |     8 |  
  27. +--------+------+--------+-------+ 

如果将上例的LEFT JOIN替换成INNER JOIN,不论将条件过滤放到ON还是WHERE里,结果都是一样的,因为INNER JOIN不会执行第三步添加外部行

  1. SELECT *   
  2.   FROM user_info as i  
  3.     INNER JOIN user_account as a  
  4.       ON i.userid = a.userid and i.userid = 1003;  
  5.  
  6. SELECT *   
  7.   FROM user_info as i  
  8.     INNER JOIN user_account as a  
  9.       ON i.userid = a.userid where i.userid = 1003; 

返回结果都是:

  1. +--------+------+--------+-------+  
  2. | userid | name | userid | money |  
  3. +--------+------+--------+-------+  
  4. |   1003 | z    |   1003 |     8 |  
  5. +--------+------+--------+-------+ 

参考资料

《MySQL技术内幕:SQL编程》

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【责任编辑:庞桂玉 TEL:(010)68476606】

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