數(shù)據(jù)庫中，如果用SQL語言進行多個表的查詢，就需要用到連接操作。這里對SQL中的連接類型進行簡單的介紹。本文內(nèi)容可能會涉及以下幾張表：

院系表：department(dept_name, building, budget);
課程表：course(course_id, title, dept_name, credits)
老師表：instructor(ID, name, dept_name, salary)
教學(xué)表：teaches(ID, course_id, sec_id, semester)
學(xué)生表：student(ID, name, dept_name, tot_cred)
選課表：takes(ID, course_id, sec_id, semester, year, grade)

1、多表查詢

如果要查詢所有教師的姓名、院系和院系所在的建筑，就需要用到多表查詢：

select name, instructor.dept_name, building
from instructor, department
where instructor.dept_name = department.dept_name

可以這樣理解，該查詢在執(zhí)行時，首先將instructor表和department表中的所有的記錄做笛卡爾積，然后，根據(jù)where子句中指定的謂詞，對笛卡爾乘積的結(jié)果進行篩選，最后得到查詢結(jié)果。

然而，實際中，該查詢不會按照這個步驟執(zhí)行，數(shù)據(jù)庫會（盡可能地）只產(chǎn)生滿足where子句謂詞的笛卡爾積元素來進行優(yōu)化執(zhí)行。

這是SQL種最基本的表連接形式。除此之外，SQL中還提供了關(guān)鍵字join，專門用于表連接查詢，這些連接可以分為內(nèi)連接(inner join)和外連接(outer join)兩種。外連接又分為左外連接(left outer join)、右外連接(right outer join)和全外連接(full outer join)。

2、自然連接

2.1 什么是自然連接

這里首先介紹自然連接，看下面的連接：

select name, instructor.dept_name, building
from instructor, department
where instructor.dept_name = department.dept_name

這里的連接謂詞是instructor.dept_name = department.dept_name，而這兩個表中名稱相同的字段只有dept_name。實際上，這是一種常見的情況。為此，SQL支持了一種叫做自然連接(natural join)的運算。

自然連接只取出兩張表的笛卡爾乘積中，那些在兩個表中都出現(xiàn)的字段上取值相同的結(jié)果。比如：

select name, instructor.dept_name, building
from instructor natural join department

這個例子中，只會取出instructor表和department表笛卡爾乘積結(jié)果中，那些instructor.dept_name和department.dept_name相等的記錄，作為連接的結(jié)果。因為dept_name是唯一的兩張表中都出現(xiàn)的字段(如果兩張表還有其他相同的字段，那么查詢結(jié)果中來自不同表的這些字段也都必須相等)。

2.2 自然連接注意

除了只關(guān)注兩個表中的相同字段，自然連接還有兩個地方需要注意：

• 連接結(jié)果中，對于兩張表中都有的字段，只出現(xiàn)一次。

• 字段出現(xiàn)的順序

  先是兩張表中都有的字段，然后是只出現(xiàn)在第一張表中的字段，最后是只出現(xiàn)在第二張表中的字段。

2.3 自然連接運算的結(jié)果是關(guān)系

關(guān)系數(shù)據(jù)庫中，關(guān)系就是表，表就代表關(guān)系。這里，自然連接運算的結(jié)果是關(guān)系，可以理解為自然連接的結(jié)果也是一張表。例子，查詢所有教師的名字，以及他們教授的課程名稱。

select name, title
from instructor natural join teaches, course
where teaches.course_id = course.course_id

這個例子中，先將instructor表和teaches表進行自然連接，由于得到的結(jié)果也是一個關(guān)系（表），所以也可以將該結(jié)果和course表連接。注意，這里的teaches.course_id是自然連接結(jié)果中的course_id字段，因為它是來自teaches表，所以用teaches.course_id標識。

2.4 using子句

看上面的連接語句，似乎可以寫成：

select name, title
from instructor natural join teaches natural join course

其實，前一個自然連接的結(jié)果包括字段(ID, name, dept_name, salary, course_id, sec_id)，而course表包含的字段(course_id, title, dept_name, credits)。兩者的公共字段除了course_id之外，還有dept_name。所以，該SQL實際上相當于：

select name, title
from instructor natural join teaches, course
where teaches.course_id = course.course_id and teaches.dept_name = course.dept_name

為了避免不必要的相等屬性帶來的問題，同時發(fā)揚自然連接的優(yōu)點，SQL中提供了using子句來允許用戶指定哪些字段相等。例如，上面的SQL就相當于：

select name, title
from instructor natural join teaches natural join course using (course_id, dept_name)

當然，using子句中也可以是單個字段，如：

select name, title
from instructor natural join teaches natural join course using (course_id)

2.5 on子句

on子句允許在參與連接的關(guān)系上指定通用的謂詞，這個謂詞的寫法和where子句謂詞類似。和using子句一樣，on子句出現(xiàn)在連接表達式的末尾。下面是一個例子：

select *
from student join takes on student.ID = takes.ID

這里的意思是連接student表和takes表中，ID字段值相同的記錄。功能上和下面的腳本類似：

select *
from student natural join takes

兩者之間的區(qū)別就在于前者結(jié)果中ID屬性出現(xiàn)兩次，一次來自student，一次來自takes；而后者結(jié)果中ID屬性只出現(xiàn)一次，因為是自然連接。

on條件可以表示任何的SQL謂詞，因此使用on條件的連接表達式可以表示比自然連接更加復(fù)雜的連接條件。功能上，上面帶on子句的連接等價于：

select *
from student, takes
where student.ID = takes.ID

因此，可以將on子句中的謂詞移到where子句中，但這并不是說on子句是多余的，使用on子句有以下優(yōu)點：

• 在外連接中，on子句和where子句的表現(xiàn)不同（后文介紹）。
• 在on子句中指定連接條件，在where子句中出現(xiàn)其它的連接條件，這樣的SQL可讀性更好。

3、外連接

3.1 外連接介紹

看如下查詢：

select *
from student natural join takes

可以查詢出學(xué)生信息和每個學(xué)生的選課信息。但是，這里有個問題，如果有一名學(xué)生Snow沒有選任何課程，那么他不會出現(xiàn)在查詢結(jié)果中。為了避免參與連接的一個或兩個表中的某些記錄以這種方式“丟失”，SQL提供了外連接操作。通過在結(jié)果中創(chuàng)建包含空值記錄的方式，保留那些在連接中“丟失”的記錄。

SQL中的外連接有三種形式：

• 左外連接(left outer join)
  保證出現(xiàn)在連接操作左邊的表記錄不“丟失”
• 右外連接(right outer join)
  保證出現(xiàn)在連接操作右邊的表記錄不“丟失”
• 全外連接(full outer join)
  保證出現(xiàn)在連接操作兩邊的表記錄都不“丟失”

比如，上面的例子中，為了保證學(xué)生記錄不丟失，可以采用左外連接：

select *
from student natural left join takes

這樣，查詢結(jié)果中就會多一條記錄，該記錄中來自student表中的字段就是student表中Snow記錄的值，而來自takes表中的字段都為null。

3.2 利用外連接查詢“丟失”的記錄

這樣，利用外連接，可以查詢出一門課都沒有選的學(xué)生：

select ID
from student natural left join takes
where course_id is null

注意：判斷是否為空用的是is null。

3.3 左外連接和右外連接是對稱的

不難理解，如下的兩個連接基本等價：

select *
from student natural left join takes
基本等價于
select *
from takes natural left join student

這里，基本等價的意思是說，結(jié)果中屬性出現(xiàn)的順序會不同。

3.4 on子句和外連接

on子句也可以和外連接一起使用，下面兩個查詢的功能基本相同（除了結(jié)果中ID字段出現(xiàn)的次數(shù)）：

select *
from student left outer join takes on student.ID = takes.ID
基本等價于
select *
from student left natural join takes

如前所述，外連接中on子句的表現(xiàn)和where子句不同，因為外連接只為結(jié)果集中沒有出現(xiàn)的記錄補上空值并插入結(jié)果集，on子句是外連接聲明的一部分。但where子句卻不是，where子句中的謂詞作用于外連接的結(jié)果，用來對外連接的結(jié)果進行篩選。看下面的查詢：

select *
from student left outer join takes on true
where student.ID = takes.ID

在這個查詢中，由于外連接中on子句的謂詞用的是true，所以student和takes表進行外連接實際上相當于做了笛卡爾積，在該外連接的結(jié)果中，包含所有來自兩個表的記錄，所以，不會向連接結(jié)果中補充空值記錄。而where子句只篩選出外連接結(jié)果中滿足謂詞條件的記錄。這樣，學(xué)生Snow這樣的記錄就不會出現(xiàn)在最后的結(jié)果中。這就是外連接中on和where的區(qū)別。

4、內(nèi)連接

區(qū)別于上面提到的外連接，SQL把一般的連接稱作內(nèi)連接(inner join)。而關(guān)鍵字inner是可選的，如果join子句中沒有outer前綴，那么默認的連接類型就是inner join。

select *
from student join takes using(ID)
等價于
select *
from student inner join takes using(ID)

類似地，natural join等價于natural inner join。

5、總結(jié)

實際上，內(nèi)連接和外連接可以歸納為連接的類型，而natural、on子句和using子句可以歸納為連接的條件。如下表：

任意的連接類型可以和任意的連接條件，進行組合，來滿足連接查詢需求。

參考

《數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概念》 機械工業(yè)出版社 Abraham Silberschatz, Henry F. Korth, S. Sudarshan 楊冬青, 李紅燕, 唐世渭等譯。