SQLServer 之 Nested Loop Join

SQLServer的表有各种逻辑连接操作，例如“Left Outer Join”，“Inner Join”等等。但是在物理上，这些逻辑连接都会由三种不同的物理连接(physical join)实现，分别是：“Nested Loops Join”，“Merge Join”和“Hash Join”。下文将详细阐述这三种连接中的“Nested Loop Join”，其他连接类型将在后续文章中阐述。

1. 什么是Nested Loop Join？
Nested Loop Join本质上是两个循环嵌套。对于做Join操作的两个表，外层循环迭代一个表，内层循环迭代另一个表，两个表的每条记录一一匹配。一般来说，sqlserver会选择较小的表在外层循环，较大的表在内层循环。在两个表的size都不大的情况下，Nested Loop Join的性能很好。

假设有两个表T1和T2，“T1 Left outer join T2”，那么我们有如下伪码说明“Nested Loop Join”。可见对于T1中的每一条记录，如果它和T2有匹配，那么输出(T1, T2)；如果扫描了整个T2表都没有找到匹配的记录，那么输出output(T1, NULL)。

for each row in the outer table T1
begin
    for each row in the inner table T2
    begin
        if T1 joins with T2
            output(T1, T2)
    end

    if T1 did not join T2
        output(T1, NULL)
end

下面是范例代码，Profile已经设置为On，所以你可以从sql server的execute plan中看到“Nested Loop Join”：

IF EXISTS (SELECT * FROM sysObjects WHERE Name = 'tabdemo1')
DROP TABLE tabdemo1
IF EXISTS (SELECT * FROM sysObjects WHERE Name = 'tabdemo2')
DROP TABLE tabdemo2
IF EXISTS (SELECT * FROM sysObjects WHERE Name = 'sptabdemoproc')
DROP PROCEDURE sptabdemoproc
GO
CREATE TABLE tabdemo1 (ID INT PRIMARY KEY NOT NULL IDENTITY (1,1), String Varchar(150), ID2 INT)
CREATE TABLE tabdemo2 (ID INT PRIMARY KEY NOT NULL IDENTITY (1,1), String Varchar(150), ID2 INT)
GO
SET NOCOUNT ON
GO
INSERT INTO tabdemo1 (String, ID2) VALUES (NEWID(), RIGHT(CHECKSUM(NEWID()),3))
GO 55
INSERT INTO tabdemo2 (String, ID2) VALUES (NEWID(), RIGHT(CHECKSUM(NEWID()),3))
GO 66
SET NOCOUNT OFF
GO

CREATE NONCLUSTERED INDEX [IXtabdemo1ID2] ON tabdemo1(ID2)
CREATE NONCLUSTERED INDEX [IXtabdemo2ID2] ON tabdemo2(ID2)
CREATE NONCLUSTERED INDEX [IXtabdemo2String] ON [dbo].[tabdemo2] ([String])

GO

SET STATISTICS PROFILE ON
SELECT    *
FROM    tabdemo1 AS A
        INNER JOIN tabdemo2 AS B ON A.ID = B.ID2
SET STATISTICS PROFILE OFF

2. “Nested Loop Join”支持的逻辑连接
值得注意的是，“Nested Loop Join”只支持下面几种逻辑连接操作：
Inner join
Left outer join
Cross join
Cross apply and outer apply
Left semi-join and left anti-semi-join

下面两种逻辑连接是不支持的：
Right and full outer join
Right semi-join and right anti-semi-join

那为什么“Nested Loop Join”不支持“Right Outer Join”和“Full Outer Join”？
因为这两种连接都可以转换为“Left outer join”。毫无疑问，“Right outer join”可以转换为“Left outer join”；对于“Full Outer Join”也是一样，我们可以把“Full Outer Join”转换为“Left Outer Join”，例如“T1 full outer join T2”等价于“T1 left outer join T2 UNION T2 left anti-semi-join T1”。