9. 子查询

9.1 概述

​ 子查询指一个查询语句嵌套在另一个查询语句内部，这个特性从 MySQL 4.1 开始引入。

​ 从相对位置来说，子查询又被称为内查询，主查询又被称为外查询

9.1.1 子查询的结构

子查询的结构如下所示：

SELECT select_list
FROM table
WHERE expr operator
				(
                SELECT select_list
                FROM table
              );

说明：将在下面的内容中逐一细说

• 子查询在主查询之前执行（不相关子查询执行一次，相关子查询执行多次）
• 子查询的结果被主查询使用
• 子查询要包含在一对括号内
• 将子查询放在比较条件的右侧（规范，不遵守不会导致出错）
• 单行操作符对应单行子查询，多行操作符对应多行子查询
• 编写子查询 SQL 语句的技巧：① 从里往外写；② 从外往里写

9.1.2 子查询的分类

(1) 分类方式一

​ 根据内查询的结果，是返回一条还是多条记录，将子查询分为单行子查询和多行子查询。

• 单行子查询：

  

• 多行子查询：

  

(2) 分类方式二

​ 按照内查询是否被执行多次，将子查询划分为相关(或关联)子查询和不相关(或非关联)子查询。

• 不相关子查询：子查询从数据表中查询得到结果，这个结果只执行一次，并且作为主查询的条件执行

• 相关子查询：从外部查询开始，主查询“传给”子查询条件，然后子查询根据条件进行查询，并将结果反馈给外部，这个过程需要重复多次

9.2 单行子查询

9.2.1 单行比较操作符

操作符	含义
=	等于
>	大于
>=	大于等于
<	小于
<=	小于等于
<>	不等于

代码示例：

例题 1：查询工资大于 149 号员工工资的员工的信息

SELECT employee_id, last_name, salary
FROM employees
WHERE salary > (
		SELECT salary
		FROM employees
		WHERE employee_id = 149
		);

​ 通常，我们将子查询放在比较条件的右侧。当然，放在左侧不会产生错误，只是不美观，如下所示：

SELECT employee_id, last_name, salary
FROM employees
WHERE  (
	    SELECT salary
	    FROM employees
	    WHERE employee_id = 149
	  ) < salary;

9.2.2 HAVING中使用子查询

执行的流程：

• 首先执行子查询
• 向主查询中的 HAVING 子句返回结果

例题 2：查询最低工资大于 110 号部门最低工资的部门 id 和其最低工资

SELECT department_id, MIN(salary)
FROM employees
WHERE department_id IS NOT NULL
GROUP BY department_id
HAVING MIN(salary) > (
		      SELECT MIN(salary)
		      FROM employees
		      WHERE department_id = 110
		     );

9.2.3 CASE中的子查询

例题 3：显示员工的 employee_id、last_name 和 location。其中，若员工 department_id 与 location_id 为 1800 的 department_id 相同，则 location 为 “Canada”，其余则为 “USA”

SELECT employee_id, last_name, CASE department_id WHEN (
												    SELECT department_id
							                    FROM departments
							                    WHERE location_id = 1800
							                 ) THEN 'Canada' 
						                ELSE 'USA' END AS "location"
FROM employees;

9.2.4 可能遇到的问题 1

(1) 空值问题

子查询返回的是空值，导致主查询失败。

SELECT last_name, job_id
FROM employees
WHERE job_id =
	     (
	        SELECT job_id
	        FROM employees
	        WHERE last_name = 'Haas'
	     );

说明：公司没 “Hass” 这个人，内查询的值为 NULL，导致外查询啥也查不到，如下图所示

(2) 子查询包含在括号内

子查询必须包含在一对括号内，否则报错，如下所示：

SELECT employee_id, last_name, salary
FROM employees
WHERE salary > 
		SELECT salary
		FROM employees
		WHERE employee_id = 149;

强调：子查询要包含在一对括号内

(3) 非法使用操作符

在多行子查询中使用单行操作符，导致错误。

SELECT employee_id, last_name
FROM employees
WHERE salary =
	       (
	          SELECT MIN(salary)
		       FROM employees
		       GROUP BY department_id
	       );

说明：单行操作符对应单行子查询，多行操作符对应多行子查询。有时，由于没有预判到子查询会返回多条数据（多行子查询），而使用了单行操作符，导致出错，上述的查询结果如下

由上面的几个例题可以体会到：

• 子查询在主查询之前一次执行完成：无论主查询执行多少次，子查询都只执行一次，所有的主查询使用的都是子查询返回的那个唯一结果（不相关的单行子查询）

• 子查询的结果被主查询使用

9.3 多行子查询

说明：

• 子查询返回多条记录
• 使用多行操作符

9.3.1 多行操作符

操作符	含义
IN	等于列表中的任一一个
ANY	需要和单行比较操作符一起使用，和子查询返回的某一个值比较
ALL	需要和单行比较操作符一起使用，和子查询返回的所有值比较
SOME	实际上是 ANY 的别名，作用相同，一般常使用 ANY

例题 1：返回其它 job_id 中比 job_id 为 “IT_PROG” 部门任一工资低的员工的员工号、姓名、job_id以及 salary。

SELECT employee_id, last_name, job_id, salary
FROM employees
WHERE salary < ANY (
		           # 查询部门 id 为 "IT_PROG" 的员工的工资
    				 SELECT salary
		           FROM employees
		           WHERE job_id = 'IT_PROG'
		        )
AND job_id <> 'IT_PROG';

说明：“任一”、“低” 表示只要小于 “IT_PROG” 部门中的最高工资即可，等价代码如下

SELECT employee_id, last_name, job_id, salary
FROM employees
WHERE salary < (
    		  # 查询'IT_PROG'部门的最高员工工资
		     SELECT MAX(salary)
		     FROM (
			       # 查询'IT_PROG'部门的员工工资 
                SELECT salary
			       FROM employees
			       WHERE job_id = 'IT_PROG'
			     ) it_prog_sal
) AND job_id <> 'IT_PROG';

例题 2：返回其它 job_id 中比 job_id 为 “IT_PROG” 部门所有工资低的员工的员工号、姓名、job_id 以及 salary。

SELECT employee_id, last_name, job_id, salary
FROM employees
WHERE salary < ALL (
		           SELECT salary
		           FROM employees
		           WHERE job_id = 'IT_PROG'
		        )
AND job_id <> 'IT_PROG';

说明：“所有” 意味着要低于 “IT_PROG” 部门中的最低工资。

附：可以使用 ALL 搭配 “<=” 或 “>=” 求解最小值或最大值。

例题 3：查询平均工资最低的部门 id

(1) 常规思路：求每个部门的平均工资 → 求最小的平均工资 → 求哪个部门的平均工资是这个最小值

# 求哪个部门的平均工资是这个最小值			  
SELECT department_id # 50
FROM employees
GROUP BY department_id
HAVING AVG(salary) = (
			      # 求最小的平均工资
			      SELECT MIN(avg_sal)
			      FROM (
				       # 求每个部门的平均工资
				       SELECT AVG(salary) AS "avg_sal"
				       FROM employees
				       GROUP BY department_id
				       ) t_dept_avg_sal
		         );

本题可以使用 <= 和 ALL 来求解：

SELECT department_id
FROM employees
GROUP BY department_id
# <= ALL：只有最小值满足这个条件，所以这是在求最小值
HAVING AVG(salary) <= ALL (
			           # 求所有部门的平均工资
			           SELECT AVG(salary)
			           FROM employees
			           GROUP BY department_id
			         );

9.3.2 可能遇到的问题 2

空值问题

​ 如下面代码所示，在子查询中包含一个 NULL 值，而 NOT IN 要与子查询中的所有值比较，也就是会与 NULL 值运算，所以导致最终的查询为空

SELECT last_name
FROM employees
WHERE employee_id NOT IN (
			         SELECT manager_id
			         FROM employees
			         );

​ 将 NOT IN 修改为 IN 会如何呢？成功查询，不报错。因为 IN 表示“任一”，只要与多行子查询返回结果中的一个值匹配就可以，不一定与子查询中的 NULL 值进行比较。

SELECT last_name
FROM employees
WHERE employee_id IN (
			      SELECT manager_id
			      FROM employees
			     );

9.4 相关子查询

9.4.1 相关子查询的执行流程

​ 每执行一次主查询，子查询都要执行一次，并且在主查询之前执行。子查询使用主查询中的某个列，并返回给主查询某个（些）行。流程如下图所示：

相关子查询的书写格式：

SELECT column1, column2, ...
FROM table1 outer
WHERE column1 operator
				   (
                   SELECT column1, column2
                   FROM table2 inner
                   WHERE inner.expr1 = outer.expr2
                );

例题 1：查询员工中工资大于本部门平均工资的员工的 last_name、salary 及其 department_id

SELECT last_name, salary, department_id
FROM employees e1
WHERE salary > (
		      SELECT AVG(salary)
		      FROM employees e2
		      WHERE e2.`department_id` = e1.`department_id`
		     );

说明：由这个例题可以看出

• 子查询在主查询之前执行，并且需要执行多次
• 子查询的结果被主查询使用
• 子查询包含在一对小括号内

9.4.2 FROM中使用相关子查询

例题 1 可以改写为多表连接的形式：

SELECT e.`last_name`, e.`salary`, e.`department_id`
# 两张表连接，求笛卡尔积
FROM employees e, (
		        # “虚拟表”：部门 + 部门平均工资
		        SELECT department_id, AVG(salary) AS "dept_avg_sal"
		        FROM employees
		        GROUP BY department_id
		       ) t_dept_avg_sal
# 过滤数据：只有 department_id 相同的才可以拼接为一行数据
WHERE e.`department_id` = t_dept_avg_sal.`department_id`
# 一行中，员工的工资需大于部门平均工资
AND e.`salary` > t_dept_avg_sal.dept_avg_sal;

说明：子查询作为 FROM 从句中的一张“虚拟表”，要使用一对小括号 ( ) 括起来，而且必须要为“虚拟表”起别名，否则报错，如下所示：

9.4.3 ORDER BY中使用相关子查询

例题 2：查询员工的 id、salary，按照 department_name 排序

SELECT employee_id, salary
FROM employees e
ORDER BY (
	     SELECT department_name
	     FROM departments d
	     WHERE d.`department_id` = e.`department_id`
	    );

9.4.4 关键字EXISTS与NOT EXISTS

​ 相关子查询通常也会与 EXISTS 关键字一起使用，用来检查在子查询中是否存在满足条件的行。

EXISTS：

• 如果子查询中的当前行不满足条件，则条件返回 FALSE，并继续查询下一行
• 如果子查询中的当前行满足条件，则条件返回 TRUE，并停止查找

附：NOT EXISTS 与 EXISTS 相反，如果不满足条件则返回 TRUE，满足条件则返回 FALSE。

例题 3：查询公司管理者的 employee_id、last_name、job_id、department_id

SELECT employee_id, last_name, job_id, department_id
FROM employees e1
WHERE EXISTS (
		     SELECT *
		     FROM employees e2
		     WHERE e2.`manager_id` = e1.`employee_id`
	       );

解释：对于当前员工 $e_1$，如果他有下属 $e_2$，这说明 $e_1$ 是管理者。

当然，还有其他方法：

方法二：自连接

SELECT DISTINCT emp.`employee_id`, emp.`last_name`, emp.`job_id`, emp.`department_id`
FROM employees mgr, employees emp
WHERE mgr.`manager_id` = emp.`employee_id`;

方法三：不相关的多行子查询，先查找出所有管理者的 employee_id，然后逐一核实每个员工是否为管理者中的一员

SELECT employee_id, last_name, job_id, department_id
FROM employees
# 逐一核实每个员工是否为管理者中的一员
WHERE employee_id IN (
 				 # 查找出所有管理者的 employee_id
		           SELECT DISTINCT manager_id
		           FROM employees
		         );

思考：方式二的自连接好还是方式一、方式三的子查询好？

• 自连接好。在许多 DBMS 的处理过程中，对于自连接的处理速度要比子查询快得多，DBMS 将子查询转化成了自连接。

例题 4：查询 departments 表中，不存在于 employees 表中的部门的 department_id 和 department_name

SELECT d.`department_id`, d.`department_name`
FROM departments d
WHERE NOT EXISTS (
		         SELECT *
		         FROM employees e
		         WHERE e.`department_id` = d.`department_id`
	         ); 

解释：NOT EXISTS 与 EXISTS 相反，子查询为 FALSE，即 employees 表中不存在当前这个 department_id 时，子查询返回 TRUE，主查询则返回当前这个 department_id 和 department_name。

附：这个题翻译一下就是求 departments 表相对于 employees 表中独有的数据，也就是求下图中的紫色区域，利用外连接的变式求解

SELECT d.`department_id`, d.`department_name`
FROM employees e 
RIGHT JOIN departments d
ON e.`department_id` = d.`department_id`
WHERE e.`department_id` IS NULL;

总结：

1. 由上面子查询的所有内容可知，在查询语句中，除了 GROUP BY 和 LIMIT，其他位置都可以声明子查询。
2. 子查询 SQL 编写技巧：
   • 如果子查询相对简单，则可以从外往里写；如果子查询较复杂，则从里往外写
   • 如果子查询是相关子查询，通常是从外往里写