圖解 SQL 裡的各種 JOIN

在各種問答社區裡談及 SQL 裡的各種 JOIN 之間的區別時，最被廣為引用的是 CodeProject 上 C.L. Moffatt 的文章 Visual Representation of SQL Joins，他確實講得簡單明瞭，使用文氏圖來幫助理解，效果明顯。本文將沿用他的講解方式，稍有演繹，可以視為該文較為粗糙的中譯版。

約定

下文將使用兩個數據庫表 TableA 和 TableB 來進行示例講解，其結構與數據分別如下：

mysql> SELECT * FROM Table_A ORDER BY PK ASC;
+----+---------+
| PK | Value |
+----+---------+
| 1 | both ab |
| 2 | only a |
+----+---------+
2 rows in set (0.00 sec)
mysql> SELECT * from Table_B ORDER BY PK ASC;
+----+---------+
| PK | Value |
+----+---------+
| 1 | both ab |
| 3 | only b |
+----+---------+
2 rows in set (0.00 sec)

其中 PK 為 1 的記錄在 TableA 和 TableB 中都有，2 為 TableA 特有，3 為 TableB 特有。

常用的 JOIN

INNER JOIN 一般被譯作內連接。內連接查詢能將左表（表 A）和右表（表 B）中能關聯起來的數據連接後返回。

文氏圖：

示例查詢：

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;

查詢結果：

+------+------+---------+---------+
| A_PK | B_PK | A_Value | B_Value |
+------+------+---------+---------+
| 1 | 1 | both ab | both ab |
+------+------+---------+---------+
1 row in set (0.00 sec)

注：其中 A 為 Table_A 的別名，B 為 Table_B 的別名，下同。

LEFT JOIN

LEFT JOIN 一般被譯作左連接，也寫作 LEFT OUTER JOIN。左連接查詢會返回左表（表 A）中所有記錄，不管右表（表 B）中有沒有關聯的數據。在右表中找到的關聯數據列也會被一起返回。

示例查詢：

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;

查詢結果：

+------+------+---------+---------+
| A_PK | B_PK | A_Value | B_Value |
+------+------+---------+---------+
| 1 | 1 | both ab | both ba |
| 2 | NULL | only a | NULL |
+------+------+---------+---------+
2 rows in set (0.00 sec)

RIGHT JOIN

RIGHT JOIN 一般被譯作右連接，也寫作 RIGHT OUTER JOIN。右連接查詢會返回右表（表 B）中所有記錄，不管左表（表 A）中有沒有關聯的數據。在左表中找到的關聯數據列也會被一起返回。

文氏圖：

示例查詢：

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;

查詢結果：

+------+------+---------+---------+
| A_PK | B_PK | A_Value | B_Value |
+------+------+---------+---------+
| 1 | 1 | both ab | both ba |
| NULL | 3 | NULL | only b |
+------+------+---------+---------+
2 rows in set (0.00 sec)

FULL OUTER JOIN

FULL OUTER JOIN 一般被譯作外連接、全連接，實際查詢語句中可以寫作 FULL OUTER JOIN 或 FULL JOIN。外連接查詢能返回左右表裡的所有記錄，其中左右表裡能關聯起來的記錄被連接後返回。

文氏圖：

示例查詢：

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;

查詢結果：

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：我當前示例使用的 MySQL 不支持 FULL OUTER JOIN。

應當返回的結果（使用 UNION 模擬）：

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 | both ab | 1 | both ba |
| 2 | only a | NULL | NULL |
| NULL | NULL | 3 | only b |
+------+---------+------+---------+
3 rows in set (0.00 sec)

小結

以上四種，就是 SQL 裡常見 JOIN 的種類和概念了，看一下它們的合影：

有沒有感覺少了些什麼，學數學集合時完全不止這幾種情況？確實如此，繼續看。

延伸用法

LEFT JOIN EXCLUDING INNER JOIN

返回左表有但右表沒有關聯數據的記錄集。

文氏圖：

示例查詢：

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;

查詢結果：

+------+------+---------+---------+
| A_PK | B_PK | A_Value | B_Value |
+------+------+---------+---------+
| 2 | NULL | only a | NULL |
+------+------+---------+---------+
1 row in set (0.01 sec)

RIGHT JOIN EXCLUDING INNER JOIN

返回右表有但左表沒有關聯數據的記錄集。

文氏圖：

示例查詢：

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;

查詢結果：

+------+------+---------+---------+
| A_PK | B_PK | A_Value | B_Value |
+------+------+---------+---------+
| NULL | 3 | NULL | only b | 

+------+------+---------+---------+
1 row in set (0.00 sec)

FULL OUTER JOIN EXCLUDING INNER JOIN

返回左表和右表裡沒有相互關聯的記錄集。

文氏圖：

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;

因為使用到了 FULL OUTER JOIN，MySQL 在執行該查詢時再次報錯。

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

應當返回的結果（用 UNION 模擬）：

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 |
+------+--------+------+--------+
| 2 | only a | NULL | NULL |
| NULL | NULL | 3 | only b |
+------+--------+------+--------+
2 rows in set (0.00 sec)

總結

以上七種用法基本上可以覆蓋各種 JOIN 查詢了, 七種用法的全家福：

看著它們，我彷彿回到了當年學數學，求交集並集的時代……

順帶張貼一下 C.L. Moffatt 帶 SQL 語句的圖片，配合學習，風味更佳：

更多的 JOIN

除以上幾種外，還有更多的 JOIN 用法，比如 CROSS JOIN（迪卡爾集）、SELF JOIN，可以參考 SQL JOINS Slide Presentation 學習。

CROSS JOIN

返回左表與右表之間符合條件的記錄的迪卡爾集。

圖示：

示例查詢：

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
CROSS JOIN Table_B B;

查詢結果：

+------+------+---------+---------+
| A_PK | B_PK | A_Value | B_Value |
+------+------+---------+---------+
| 1 | 1 | both ab | both ba |
| 2 | 1 | only a | both ba |
| 1 | 3 | both ab | only b |
| 2 | 3 | only a | only b |
+------+------+---------+---------+
4 rows in set (0.00 sec)

上面講過的幾種 JOIN 查詢的結果都可以用 CROSS JOIN 加條件模擬出來，比如 INNER JOIN 對應 CROSS JOIN...WHERE A.PK=B.PK。

SELF JOIN

返回表與自己連接後符合條件的記錄，一般用在表裡有一個字段是用主鍵作為外鍵的情況。

比如 Table_C 的結構與數據如下：

+--------+----------+-------------+
| EMP_ID | EMP_NAME | EMP_SUPV_ID | 

+--------+----------+-------------+
| 1001 | Ma | NULL |
| 1002 | Zhuang | 1001 |
+--------+----------+-------------+
2 rows in set (0.00 sec)

EMPID 字段表示員工 ID，EMPNAME 字段表示員工姓名，EMPSUPVID 表示主管 ID。

示例查詢：

現在我們想查詢所有有主管的員工及其對應的主管 ID 和姓名，就可以用 SELF JOIN 來實現。

SELECT A.EMP_ID AS EMP_ID, A.EMP_NAME AS EMP_NAME, 
 B.EMP_ID AS EMP_SUPV_ID, B.EMP_NAME AS EMP_SUPV_NAME
FROM Table_C A, Table_C B
WHERE A.EMP_SUPV_ID = B.EMP_ID;

查詢結果：

+--------+----------+-------------+---------------+
| EMP_ID | EMP_NAME | EMP_SUPV_ID | EMP_SUPV_NAME |
+--------+----------+-------------+---------------+
| 1002 | Zhuang | 1001 | Ma |
+--------+----------+-------------+---------------+
1 row in set (0.00 sec)

補充說明

1. 文中的圖使用 Keynote 繪製；
2. 個人的體會是 SQL 裡的 JOIN 查詢與數學裡的求交集、並集等很像；
3. SQLite 不支持 RIGHT JOIN 和 FULL OUTER JOIN，可以使用 LEFT JOIN 和 UNION 來達到相同的效果；
4. MySQL 不支持 FULL OUTER JOIN，可以使用 LEFT JOIN 和 UNION 來達到相同的效果；

假如你對我的文章感興趣，可以關注我的微信公眾號 isprogrammer 隨時閱讀更多內容。

參考

[1] Visual Representation of SQL Joins: https://www.codeproject.com/Articles/33052/Visual-Representation-of-SQL-Joins

[2] How to do a FULL OUTER JOIN in MySQL?: https://stackoverflow.com/questions/4796872/how-to-do-a-full-outer-join-in-mysql

[3] SQL JOINS Slide Presentation: https://www.w3resource.com/slides/sql-joins-slide-presentation.php

[4] SQL Self Join: https://www.w3resource.com/sql/joins/perform-a-self-join.php