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MySQL兩個表的親密接觸-連接查詢的原理

關(guān)系型數(shù)據(jù)庫還有一個重要的概念：Join（連接）。使用Join有好處，也會壞處，只有我們明白了其中的原理，才能更多的使用Join。切記不可以：

業(yè)務(wù)之上，再復(fù)雜的查詢也在一個連表語句中完成。

敬而遠(yuǎn)之，DBA每次上報(bào)的慢查詢都是連接查詢導(dǎo)致的，我再也不用了。

連接簡介

連接的本質(zhì)

我們先來創(chuàng)建兩個簡單的表，再初始化一些數(shù)據(jù)

CREATE TABLE t1 (m1 int, n1 varchar(1));

CREATE TABLE t2 (m2 int, n2 varchar(1));

INSERT INTO t1 VALUES(1, 'a'), (2 , 'b') ,(3 ,'c') ;
 
INSERT INTO t2 VALUES(2 , 'b'), (3 , 'c '),(4 , 'd');

從本質(zhì)上來說，連接就是把各個表的數(shù)據(jù)都取出來進(jìn)行匹配，t1 和 t2 的兩個表連接起來就是這樣的：

連接語法：

select * from t1, t2;

如果樂意，我們可以連接任意數(shù)量的表。但是如果不加任何限制條件的話，這個數(shù)據(jù)量是非常大的，我們現(xiàn)實(shí)中使用都是會加上限制條件的。我們來看下下面這條語句

select * from t1,t2 where t1.m1 > 1 and t1.m1 = t2.m2 and t2.n2 = 'c';

這個連接查詢的執(zhí)行過程大致如下

首先確定第一個需要查詢 表稱為驅(qū)動表（t1）

步驟1中從驅(qū)動表 (t1) 中每獲得一條記錄，都要去被驅(qū)動表 (t2) 中查詢匹配。

從上面的步驟，可以看出上述的連表查詢我們需要查詢一次t1，兩次t2。也就是說，兩表的連接查詢中，需要查詢一次驅(qū)動表，被驅(qū)動表需要查詢多次。

這里需要注意下，并不是將所有滿足條件的驅(qū)動表記錄先查詢出來放到一個地方，然后再去被驅(qū)動表中查詢，(如果滿足條件的驅(qū)動表中的數(shù)據(jù)非常多，那要需要多大的內(nèi)存呀。) 所以是每獲得一條驅(qū)動表記錄就去被驅(qū)動表中查詢。

內(nèi)連接和外連接

我們再來創(chuàng)建兩個表，并插入一些數(shù)據(jù)

CREATE TABLE student ( 
number INT NOT NULL Auto_increment comment'學(xué)號',
name varchar (5) COMMENT '姓名',
major varchar (30) comment '專業(yè)',
PRIMARY KEY (number));

CREATE TABLE score ( 
number INT  comment'學(xué)號',
subject varchar (30) COMMENT '科目',
score TINYINT  comment '成績',
PRIMARY KEY (number, subject));


INSERT INTO `student` (`number`, `name`, `major`) 
VALUES ('20230301', '小趙', '計(jì)算機(jī)科學(xué)');
INSERT INTO `student` (`number`, `name`, `major`) 
VALUES ('20230302', '小錢', '通信');
INSERT INTO `student` (`number`, `name`, `major`) 
VALUES ('20230303', '小孫', '土木工程');

INSERT INTO `score` (`number`, `subject`, `score`) 
VALUES ('20230301', '高等數(shù)學(xué)', '60');
INSERT INTO `score` (`number`, `subject`, `score`) 
VALUES ('20230301', '英語', '70');
INSERT INTO `score` (`number`, `subject`, `score`) 
VALUES ('20230302', '高等數(shù)學(xué)', '80');
INSERT INTO `score` (`number`, `subject`, `score`) 
VALUES ('20230302', '英語', '90');

如果我們想把所有的學(xué)生的成績都查出來，只需要這樣執(zhí)行：

select s1.number, s1.name, s1.major, s2.subject, s2.score 
  from student as s1 , score as s2 
where s1.number = s2.number;

有個問題就是小孫因?yàn)槟承┰驔]有參加考試，所以在結(jié)果表中沒有對應(yīng) 的成績記錄。如果老師想查看所有學(xué)生的考試成績，即使是缺考的學(xué)生 他們的成績也應(yīng)該展示出來。

為了解決這個問題，就有了內(nèi)連接和外連接的概念：

  • 對于內(nèi)連接的兩個表，若驅(qū)動表中的記錄在被驅(qū)動表找不到匹配的記錄，則該記錄不會加入到最后的結(jié)果集。前面提到的連接都是內(nèi)連接。
  • 對于外連接的兩個表，時(shí)驅(qū)動表中的記錄在被驅(qū)動表中沒有匹配的記錄，也仍然需要加入到結(jié)果集。

MySQL 中，根據(jù)選取的驅(qū)動表的不同，外連接可以細(xì)分為

  • 左外連接 選取左側(cè)的表為驅(qū)動表。
  • 右外連接·選取右側(cè)的表為驅(qū)動表。

當(dāng)我們使用外連接的時(shí)候 有時(shí)候我們也不想把驅(qū)動表的全部記錄都加入到最后的結(jié)果集中，這個時(shí)候我們就要使用過濾條件了。

? WHERE 子句中的過濾條件：不論是內(nèi)連接還是外連接 凡是不符合 WHERE 子句中過濾條件的記錄都不會被加入到最后的結(jié)果集。

? ON 子句中的過濾條件：對于外連接的驅(qū)動表中的記錄來說，如果無法在被驅(qū)動表中找到匹配 ON 子句 中過濾條件的記錄 那么該驅(qū)動表記錄仍然會被加入到結(jié)果集中，對應(yīng)的被驅(qū)動表記錄的各個字段使用NULL 值填充。

所以上述的需求我們可以左查詢這樣來做：

select s1.number, s1.name, s1.major, s2.subject, s2.score 
  from student as s1 left join score as s2 
on s1.number = s2.number;

語法：

#左連接
select * from t1 left join t2 on '連接條件' where '普通過濾條件'
#右連接
select * from t1 right join t2 on '連接條件' where '普通過濾條件'

內(nèi)連接的另一種寫法，也是常用寫法

select s1.number, s1.name, s1.major, s2.subject, s2.score 
  from student as s1 inner join score as s2 
where s1.number = s2.number;

語法：

select * from t1 inner join t2 on '連接條件' where '過濾條件'

連接原理

上述說了這么多，知識簡單回顧一下連接，左連接，右連接這些概念。接下來我們重點(diǎn)說一下 MySQL 采用了什么樣的算法來進(jìn)行表與表之前的連接。

Nested-Loop Join （嵌套循環(huán)連接) NLJ

前面我們已經(jīng)介紹過了執(zhí)行連接查詢的大致步驟了，我們再來簡單回顧一下

  • 步驟1：選取驅(qū)動表，使用相關(guān)的過濾條件，選取代價(jià)最低的單表訪問方法來執(zhí)行訪問。
  • 步驟2：對步驟1中查詢到的驅(qū)動表結(jié)果中的每一條記錄，都分別在被驅(qū)動表中匹配符合條件的記錄。
  • 如果有三個表，那么步驟2中得到的結(jié)果集就像是新的驅(qū)動表，然后第三個表就成為了驅(qū)動表，重復(fù)上述的過程。

整個過程就像是一個嵌套循環(huán)，所以這種連接方式稱為 嵌套循環(huán)連接 ，這是最簡單也是最笨的一種連接查詢算法。大致處理過程如下：

for each row in t1 matching range {
  for each row in t2 matching reference key {
    for each row in t3 {
      if row satisfies join conditions, send to client
    }
  }
}

需要注意的是對于獲套循環(huán)連接算法法來說，每當(dāng)我們從驅(qū)動表中得到了一條記錄時(shí)，就根據(jù)這條記錄立時(shí)到被驅(qū)動表中查詢一次，如果得到了匹配的記錄， 就把組合后 的記錄發(fā)送給客戶端，然后再到驅(qū)動表中獲取下一條記錄。這個過程將重復(fù)進(jìn)行。

有什么方式可以優(yōu)化嗎

使用索引加快連接速度

這個是我們比較熟悉的方式，也是相對來說最有用的方式，在被驅(qū)動表上創(chuàng)建合適的索引，只返回必要的字段等都可以起到一些優(yōu)化的作用。

Block Nested-Loop Join（塊嵌套循環(huán)連接）BNL

每次訪問被驅(qū)動表，其表中的記錄都會被加載到內(nèi)存中，然后再從驅(qū)動表中取出一條與其匹配，匹配結(jié)束后清楚內(nèi)存，然后再從驅(qū)動表中加載一條記錄，然后把被驅(qū)動表的記錄加載到內(nèi)存匹配，如果這個被驅(qū)動表中的數(shù)據(jù)特別多而且不能使用索引進(jìn)行訪問，那就相當(dāng)于要從磁盤上讀這個表好多次，這個IO的代價(jià)就非常大了。所以我們得想辦法，盡量減少被驅(qū)動表的訪問次數(shù)，于是就出現(xiàn)了下面這種方式。

不再是逐條獲取驅(qū)動表的數(shù)據(jù)，而是一塊一塊的獲取，引入join buffer 緩沖區(qū)， 將驅(qū)動表join 相關(guān)的部分?jǐn)?shù)據(jù)列（大小受join buffer的限制）緩存到 join buffer中，然后開始掃描被驅(qū)動表，被驅(qū)動表的每一條記錄一次性和join buffer中所有的驅(qū)動表記錄進(jìn)行匹配（內(nèi)存中操作）。將簡單嵌套循環(huán)中的多次比較合并成一次，降低了備驅(qū)動表的訪問頻率。

這里緩存的不只是關(guān)聯(lián)表的列，select后面的列也會緩存起來。所以查詢的時(shí)候盡量減少不必要的字段，可以讓join buffer中可以存放更多的列。

join_buffer_size的最大值在32為系統(tǒng)中可以申請4G，在64為操作系統(tǒng)中可以申請大于4G的空間。

MySQL對于被驅(qū)動表的關(guān)聯(lián)字段沒索引的關(guān)聯(lián)查詢，一般都會使用 BNL 算法。如果有索引一般選擇 NLJ 算法，有 索引的情況下 NLJ 算法比 BNL算法性能更高。

關(guān)聯(lián)查詢優(yōu)化總結(jié)

  1. 超過三個表禁止 join?！景⒗锇桶蚃AVA開發(fā)手冊】
  2. 需要 join 的字段，數(shù)據(jù)類型必須絕對一致；【阿里巴巴JAVA開發(fā)手冊】
  3. 多表關(guān)聯(lián)查詢時(shí)，保證被關(guān)聯(lián)的字段需要有索引，盡量選擇NLJ算法?！景⒗锇桶蚃AVA開發(fā)手冊】
  4. 小表驅(qū)動大表，寫多表連接sql時(shí)如果明確知道哪張表是小表可以用straight_join寫法固定連接驅(qū)動方式，省去mysql優(yōu)化器自己判斷的時(shí)間

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