简单分析 MySQL 中 NOT IN 比 NOT EXISTS 效率低的原因

首先，要注意的是，NOT IN 和 NOT EXISTS 在某些情况下相等，但是 IN 与 EXISTS 在所有情况下都是不相等的；只有在相比较的两个字段都不允许存在空值（NOT NULL）时 NOT IN 和 NOT EXISTS 才相等，只要相比较的某个字段存在 null 值，那么它们就不能等同而视。具体来说，只要相比较的字段存在一个 null 值，NOT IN 就不会匹配任何行。

为什么会这样呢？我们先来看看 NOT IN 原理：

SELECT * FROM student s 
WHERE s.id NOT IN (
    SELECT a.id FROM assistant
)

上面这条语句等价于：

SELECT * FROM student s WHERE (
s.id != (SELECT a.id FROM assistant WHERE a.id=1)
AND
s.id != (SELECT a.id FROM assistant WHERE a.id=2)
AND
s.id != (SELECT a.id FROM assistant WHERE a.id=3)
AND
s.id != (SELECT a.id FROM assistant WHERE a.id=4)
)

假设 a.id = 1 这一行的值为 null，那么 != 就会返回未知（UNKNOWN），由于这些值通过 AND 连接起来，所以最终 WHERE 子句不会得到 true，也就不会返回任何记录。

在 SQL 中，= 比较并不是只有 true 和 false 两个值：

SELECT 1 WHERE 1 = 1         #true
SELECT 1 WHERE 1 = 0         #false
SELECT 1 WHERE 1 = NULL      #unknown
SELECT 1 WHERE NULL = NULL    #unknown

实际上，所有关于 null 值的比较都返回 unknown。

回到我们刚才提到的 NOT IN 与 NOT NULL 相等的情况，下面这两种写法是相等的：

SELECT * FROM student s 
WHERE s.id NOT IN (
    SELECT a.id FROM assistant
)

SELECT * FROM student s WHERE NOT EXISTS (
    SELECT 1 FROM assistant a WHERE s.id = a.id
)

对于 NOT IN 与 NOT NULL 不相等的情况，我们假设 assistant 表的 id 字段包含空值，那么 NOT IN 实际上会执行以下查询：

SELECT * FROM student s WHERE 
NOT EXISTS (
    SELECT 1 FROM assistant a WHERE s.id = a.id)
AND NOT EXISTS (
    SELECT 1 FROM assistant a WHERE a.id IS NULL) 

因此，NOT IN 不会返回任何结果。

另外值得一提的是，如果比较的字段允许 null 值但实际上表中没有 null 值，那么执行计划可能会更糟糕，有可能会执行更多的嵌套查询，导致查询效率低下。

总结：当涉及到的字段允许存在 null 值（即使数据表中没存 null 值）时，执行计划会做更多的工作来进行 NOT IN 查询；而当涉及到的字段不允许存在 null 值时，NOT IN 和 NOT EXISTS 效果是一样的。

执行计划（execution plan）：当执行一条查询时，处理引擎（processsing engine）会产生多个执行计划，并选择查询性能最好的一个执行计划来执行。

扩展：IN 和 EXISTS 的区别？

两者都是用来匹配值，不同的是：

• IN：如果指定的值匹配到了子查询中的值，返回 true；SQL 引擎会扫描子查询中的所有记录；
• EXISTS：如果匹配到了值，SQL 引擎就会停止；

参考资料：
not-exists-vs-not-in
not-in-vs-not-exists_StackOverflow
execution-plans-in-sql-server