關於 JOIN 耐心總結，學不會你打我係列

以終為始發表於2020-06-19

現在隨著各種資料庫框架的盛行，在提高效率的同時也讓我們忽略了很多底層的連線過程，這篇文章是對 SQL 連線過程梳理，並涉及到了現在常用的 SQL 標準。

其實標準就是在不同的時間，制定的一些寫法或規範。

從 SQL 標準說起

在編寫 SQL 語句前，需要先了解在不同版本的規範，因為隨著版本的變化，在具體編寫 SQL 時會有所不同。對於 SQL 來說，SQL92 和 SQL99 是最常見的兩個 SQL 標準，92 和 99 對應其提出的年份。除此之外，還存在 SQL86、SQL89、SQL2003、SQL2008、SQL2011，SQL2016等等。

但對我們來說，SQL92 和 SQL99 是最常用的兩個標準，主要學習這兩個就可以了。

為了演示方便，現在資料庫中加入如下三張表：

每個學生屬於一個班級，通過班級的人數來對應班級的型別。

-- ----------------------------
DROP TABLE IF EXISTS `Student`;
CREATE TABLE `Student` (
  `id` int(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT,
  `name` varchar(20) NOT NULL DEFAULT '',
  `birth` varchar(20) NOT NULL DEFAULT '',
  `sex` varchar(10) NOT NULL DEFAULT '',
  `class_id` int(11) NOT NULL COMMENT '班級ID',
  PRIMARY KEY (`id`)
) ENGINE=InnoDB AUTO_INCREMENT=9 DEFAULT CHARSET=utf8;

-- ----------------------------
-- Records of Student
-- ----------------------------
INSERT INTO `Student` VALUES ('1', '胡一', '1994.1.1', '男', '1');
INSERT INTO `Student` VALUES ('3', '王阿', '1992.1.1', '女', '1');
INSERT INTO `Student` VALUES ('5', '王琦', '1993.1.2', '男', '1');
INSERT INTO `Student` VALUES ('7', '劉偉', '1998.2.2', '女', '1');
INSERT INTO `Student` VALUES ('11', '張使', '1994.1.1', '男', '3');
INSERT INTO `Student` VALUES ('13', '王阿', '1992.1.1', '女', '3');
INSERT INTO `Student` VALUES ('15', '夏琪', '1993.1.2', '男', '3');
INSERT INTO `Student` VALUES ('17', '劉表', '1998.2.2', '女', '3');
INSERT INTO `Student` VALUES ('19', '諸葛', '1994.1.1', '男', '3');
INSERT INTO `Student` VALUES ('21', '王前', '1992.1.1', '女', '3');
INSERT INTO `Student` VALUES ('23', '王意識', '1993.1.2', '男', '3');
INSERT INTO `Student` VALUES ('25', '劉等待', '1998.2.2', '女', '3');
INSERT INTO `Student` VALUES ('27', '胡是一', '1994.1.1', '男', '5');
INSERT INTO `Student` VALUES ('29', '王阿請', '1992.1.1', '女', '5');
INSERT INTO `Student` VALUES ('31', '王訊息', '1993.1.2', '男', '5');
INSERT INTO `Student` VALUES ('33', '劉全', '1998.2.2', '女', '5');
INSERT INTO `Student` VALUES ('35', '胡愛', '1994.1.1', '男', '5');
INSERT INTO `Student` VALUES ('37', '王表', '1992.1.1', '女', '5');
INSERT INTO `Student` VALUES ('39', '王華', '1993.1.2', '男', '5');
INSERT INTO `Student` VALUES ('41', '劉偉以', '1998.2.2', '女', '5');
INSERT INTO `Student` VALUES ('43', '胡一彪', '1994.1.1', '男', '5');
INSERT INTO `Student` VALUES ('45', '王阿符', '1992.1.1', '女', '5');
INSERT INTO `Student` VALUES ('47', '王琦刪', '1993.1.2', '男', '5');
INSERT INTO `Student` VALUES ('49', '劉達達', '1998.2.2', '女', '5');

-- ----------------------------
-- Table structure for `Class`
-- ----------------------------
DROP TABLE IF EXISTS `Class`;
CREATE TABLE `Class` (
  `id` int(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT,
  `name` varchar(20) NOT NULL DEFAULT '',
  `number` int(11) NOT NULL DEFAULT '',
  `class_type_id` int(11) NOT NULL COMMENT '班級型別ID',
  PRIMARY KEY (`id`)
) ENGINE=InnoDB AUTO_INCREMENT=3 DEFAULT CHARSET=utf8;

-- ----------------------------
-- Records of Class
-- ----------------------------
INSERT INTO `Class` VALUES ('1', '1年1班', 4, '1');
INSERT INTO `Class` VALUES ('3', '1年2班', 8, '3');
INSERT INTO `Class` VALUES ('5', '1年3班', 12, '5');

CREATE TABLE `ClassType`(
  `id` int(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT,
  `name` VARCHAR(20) NOT NULL DEFAULT '',
  `minimum_number` int(11) NOT NULL DEFAULT '' COMMENT '最少的班級人數',
  `maximum_number` int(11) NOT NULL DEFAULT '' COMMENT '最多的班級人數',
  PRIMARY KEY(`id`)
);
INSERT INTO `ClassType` VALUES ('1', '小班', '1', '4');
INSERT INTO `ClassType` VALUES ('3', '中班', '5', '8');
INSERT INTO `ClassType` VALUES ('5', '大班', '9', '12');

SQL92

笛卡爾積（交叉連線）

笛卡爾積是一個數學上的概念，表示如果存在 X，Y 兩個集合，則 X，Y 的笛卡爾積記為 X * Y. 表示由 X，Y 組成有序對的所有情況。

對應在 SQL 中，就是將兩張表中的每一行進行組合。而且在連線時，可以沒有任何限制，可將沒有關聯關係的任意表進行連線。

這裡拿學生表和班級表舉例，在學生表中我們插入了20名學生的資料，課程表中插入三個班級。則學生和班級的笛卡爾結果就是將兩表的每行資料一一組合，最後就是有 24 * 3 = 72 行的結果，如下圖所示。

並且需要知道的是，下面學習的外連線，自連線，等值連線等都是在笛卡爾積的基礎上篩選得到的。

對應的 SQL92 寫法為：

select * from Student, Class;

等值連線（內連線）

等值連線就是將兩張表中都存在的列進行連線，具體來說就是 where 後面通過 = 進行篩選。

比如查詢 Student 和其所屬 Class 資訊的關係：

SELECT * FROM Student as s, Class as c where s.class_id = c.id;

非等值連線

非等值連線就是將等值連線中的等號換成其他的過濾條件。

比如這裡查詢每個班級的資訊以及所屬的班級類別。

SELECT * FROM Class as c, ClassType t where c.number between t.minimum_number and maximum_number;

外連線

對於 SQL92 的外連線來說，在連線時會將兩張表分為主表和從表，主表顯示所有的資料，從表顯示匹配到的資料，沒有匹配到的則顯示 None. 用 + 表示從表的位置。

左外連線：左表是主表，右表時從表。

SELECT * FROM Student as s , Class as c where s.class_id = c.id(+);

右外連線：左表是從表，右表時主表。

SELECT * FROM Class as c, Student as s  where c.id = s.class_id(+);

注意 SQL92 中並沒有全外連線。

自連線

自連線一般用於連線本身這張表，由於常見的 DBMS 都會對自連線做一些優化，所以一般在子查詢和自連線的情況下都使用自連線。

比如想要查詢比1年1班人數多的班級：

子查詢：

SELECT * FROM Class WHERE number > (SELECT number FROM Class WHERE name="1年1班");

自連線：

SELECT c2.* FROM Class c1, Class c2 WHERE c1.number < c2.number and c1.name = "1年1班";

SQL99

交叉連線

SELECT * FROM Student CROSS JOIN Class;

還可以對多張表進行交叉連線，比如連線 Student，Class，ClassType 三張表，結果為 24 * 3 * 3 = 216 條。

相當於巢狀了三層 for 迴圈。

自然連線

其實就是 SQL92 中的等值連線，只不過連線的物件是具有相同列名，並且值也相同的內容。

SELECT * FROM Student NATURAL JOIN CLASS;

SELECT * FROM Student as s, Class as c where s.id = c.id;

如果想用 NATURAL JOIN 時，建議為兩表設定相同的列名，比如 Student 表中的班級列為 class_id, 則在 Class 表中，id 也應改為 class_id. 這樣連線更合理一些。

如果大家嘗試，自然連線的話，會發現查出來的結果集為空，不要奇怪，下面說一下原因：

這是因為，NATURAL JOIN 會自動連線兩張表中相同的列名，而對於 Student 和 Class 兩張表來說，id 和 name 在這兩張表都是相同的，所以既滿足 id 又滿足 name 的行是不存在的。

相當於 SQL 變成了這樣

SELECT * FROM Student as s, Class as c where s.id = c.id and s.name = c.name;

ON 連線

ON 連線其實對了 SQL92 中的等值連線和非等值連線：

等值連線：

SELECT * FROM Student as s JOIN Class as c ON s.class_id = c.id;

or

SELECT * FROM Student as s INNER JOIN Class as c ON s.class_id = c.id;

非等值連線：

SELECT * FROM Class as c JOIN ClassType t ON c.number between t.minimum_number and maximum_number;

USING 連線

和 NATURAL JOIN 很像，可以手動指定具有相同列名的列進行連線：

SELECT * FROM Student JOIN Class USING(id);

這時就解決了之前列存在重名，無法連線的情況。

外連線

左外連線: 左表是主表，右表時從表。

SELECT * FROM Student as s LEFT JOIN Class as c on s.class_id = c.id;
OR
SELECT * FROM Student as s LEFT OUTER JOIN Class as c on s.class_id = c.id;

右外連線：左表是從表，右表時主表。

SELECT * FROM Student as s RIGHT JOIN Class as c on s.class_id = c.id;
OR
SELECT * FROM Student as s RIGHT OUTER JOIN Class as c on s.class_id = c.id;

全外連線: 左外連線 + 右外的連線的合集

SELECT * FROM Student as s FULL JOIN Class as c ON s.class_id = c.id;

MySQL 中沒有全外連線的概念。

自連線：

SELECT c2.* FROM Class c1 JOIN Class c2 ON c1.number < c2.number and c1.name = "1年1班";

SQL92 和 SQL99 的對比

  1. SQL92 中的等值連線（內連線），非等值連線，自連線對應了 SQL99 的 ON 連線，用於篩選滿足連線條件的資料行。

  2. SQL92 的笛卡爾積連線，對應了 SQL99 的交叉連線。

  3. SQL92 中的外連線並不包含全外連線，而 SQL99 支援，並且將 SQL92 中 WHERE 換為 SQL99 的 ON. 這樣的好處可以更清晰的表達連線表的過程，更直觀。

    SELECT ...
FROM table1
    JOIN table2 ON filter_condition
        JOIN table3 ON filter_condition

  4. SQL99 多了自然連線和 USING 連線的過程，兩者的區別是是否需要顯式的指定列名。

總結

我們知道，在 SQL 中，按照年份劃分了不同的標準，其中最為常用的是 SQL-92 和 SQL-99 兩個標準。

接著，對比了 92 和 99 兩者的不同，發現 99 的標準在連線時，更加符合邏輯並且更加直觀。

最後，上一張各種連線的示意圖, 方便梳理複習：

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參考

各種連線的不同

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