MySQL高级特性之：`MySQL`的`EXCEPT`和`INTERSECT`：其在集合操作中的应用与性能考量。

MySQL 高级特性：EXCEPT 和 INTERSECT 的集合操作应用与性能考量

大家好，今天我们来深入探讨 MySQL 中集合操作的两个重要特性：EXCEPT 和 INTERSECT。这两个特性允许我们对多个查询结果集进行比较和筛选，从而获得更精确的数据。虽然 MySQL 自身并没有直接提供 EXCEPT 和 INTERSECT 关键字，但我们可以通过其他 SQL 构造来实现类似的功能。本次讲座将详细介绍如何在 MySQL 中模拟 EXCEPT 和 INTERSECT，分析它们的实现方式，讨论性能问题，并给出实际应用场景。

1. 集合操作的概念

在关系代数中，集合操作是对关系（表）进行运算，生成新的关系。常见的集合操作包括：

• 并集 (UNION): 将两个或多个结果集合并成一个结果集，去除重复行。
• 交集 (INTERSECT): 返回两个或多个结果集中都存在的行。
• 差集 (EXCEPT/MINUS): 返回第一个结果集中存在，但在第二个结果集中不存在的行。

MySQL 直接支持 UNION 操作，而 INTERSECT 和 EXCEPT 操作则需要通过其他 SQL 语句来实现。

2. 模拟 INTERSECT

INTERSECT 操作返回两个或多个结果集的交集。在 MySQL 中，我们通常使用 INNER JOIN 或 IN 子查询来模拟 INTERSECT。

2.1 使用 INNER JOIN 模拟 INTERSECT

假设我们有两个表 table1 和 table2，它们都有一个共同的列 id。我们要找出同时存在于 table1 和 table2 中的 id。

-- 示例数据
CREATE TABLE table1 (
    id INT PRIMARY KEY
);

CREATE TABLE table2 (
    id INT PRIMARY KEY
);

INSERT INTO table1 (id) VALUES (1), (2), (3), (4);
INSERT INTO table2 (id) VALUES (3), (4), (5), (6);

-- 使用 INNER JOIN 模拟 INTERSECT
SELECT t1.id
FROM table1 t1
INNER JOIN table2 t2 ON t1.id = t2.id;

-- 结果:
-- id
-- --
-- 3
-- 4

这个查询通过 INNER JOIN 将 table1 和 table2 连接起来，连接条件是 t1.id = t2.id。因此，只有在两个表中都存在的 id 才会出现在结果集中。

2.2 使用 IN 子查询模拟 INTERSECT

另一种方法是使用 IN 子查询。

-- 使用 IN 子查询模拟 INTERSECT
SELECT id
FROM table1
WHERE id IN (SELECT id FROM table2);

-- 结果:
-- id
-- --
-- 3
-- 4

这个查询首先从 table2 中选择所有的 id，然后从 table1 中选择 id 存在于 table2 结果集中的行。

2.3 考虑重复值

如果 table1 或 table2 中存在重复的 id 值，上述两种方法的结果可能会包含重复的行。为了消除重复，我们可以使用 DISTINCT 关键字。

-- 使用 INNER JOIN 和 DISTINCT 模拟 INTERSECT，并去重
SELECT DISTINCT t1.id
FROM table1 t1
INNER JOIN table2 t2 ON t1.id = t2.id;

-- 使用 IN 子查询和 DISTINCT 模拟 INTERSECT，并去重
SELECT DISTINCT id
FROM table1
WHERE id IN (SELECT id FROM table2);

2.4 多个表的 INTERSECT

如果需要计算多个表的交集，可以嵌套使用 INNER JOIN 或 IN 子查询。例如，计算 table1, table2, table3 的交集：

-- 使用 INNER JOIN 计算多个表的交集
SELECT DISTINCT t1.id
FROM table1 t1
INNER JOIN table2 t2 ON t1.id = t2.id
INNER JOIN table3 t3 ON t1.id = t3.id;

-- 使用 IN 子查询计算多个表的交集
SELECT DISTINCT id
FROM table1
WHERE id IN (SELECT id FROM table2 WHERE id IN (SELECT id FROM table3));

3. 模拟 EXCEPT

EXCEPT 操作返回第一个结果集中存在，但在第二个结果集中不存在的行。在 MySQL 中，我们通常使用 NOT IN 或 LEFT JOIN 来模拟 EXCEPT。

3.1 使用 NOT IN 子查询模拟 EXCEPT

假设我们有两个表 table1 和 table2，它们都有一个共同的列 id。我们要找出存在于 table1 中，但不存在于 table2 中的 id。

-- 使用 NOT IN 子查询模拟 EXCEPT
SELECT id
FROM table1
WHERE id NOT IN (SELECT id FROM table2);

-- 假设 table1 和 table2 的数据如上例所示，则结果为：
-- id
-- --
-- 1
-- 2

这个查询首先从 table2 中选择所有的 id，然后从 table1 中选择 id 不存在于 table2 结果集中的行。

3.2 使用 LEFT JOIN 模拟 EXCEPT

另一种方法是使用 LEFT JOIN。

-- 使用 LEFT JOIN 模拟 EXCEPT
SELECT t1.id
FROM table1 t1
LEFT JOIN table2 t2 ON t1.id = t2.id
WHERE t2.id IS NULL;

-- 假设 table1 和 table2 的数据如上例所示，则结果为：
-- id
-- --
-- 1
-- 2

这个查询使用 LEFT JOIN 将 table1 和 table2 连接起来，连接条件是 t1.id = t2.id。由于是 LEFT JOIN，table1 中的所有行都会出现在结果集中。对于在 table2 中不存在的 id，t2.id 的值为 NULL。因此，我们可以通过 WHERE t2.id IS NULL 来筛选出存在于 table1 中，但不存在于 table2 中的 id。

3.3 考虑 NULL 值

在使用 NOT IN 子查询时，需要特别注意 NULL 值。如果子查询返回的结果集中包含 NULL 值，NOT IN 子查询的结果可能会不符合预期。这是因为任何值与 NULL 比较的结果都是 UNKNOWN，而 UNKNOWN 被视为 FALSE。

例如：

-- 创建一个包含 NULL 值的表
CREATE TABLE table3 (
    id INT
);

INSERT INTO table3 (id) VALUES (1), (2), (NULL);

-- 使用 NOT IN 子查询，但 table3 包含 NULL 值
SELECT id
FROM table1
WHERE id NOT IN (SELECT id FROM table3);

-- 结果为空集，因为 NOT IN (1, 2, NULL) 永远不会返回任何结果

为了避免这个问题，在使用 NOT IN 子查询时，应该确保子查询返回的结果集中不包含 NULL 值。可以使用 WHERE id IS NOT NULL 来过滤掉 NULL 值。

-- 使用 NOT IN 子查询，并排除 NULL 值
SELECT id
FROM table1
WHERE id NOT IN (SELECT id FROM table3 WHERE id IS NOT NULL);

-- 结果：
-- id
-- --
-- 3
-- 4

使用 LEFT JOIN 模拟 EXCEPT 不受 NULL 值的影响。

3.4 多个表的 EXCEPT

如果需要计算多个表的差集，可以嵌套使用 NOT IN 或 LEFT JOIN。例如，计算 table1 减去 table2 和 table3 的差集：

-- 使用 NOT IN 子查询计算多个表的差集
SELECT DISTINCT id
FROM table1
WHERE id NOT IN (SELECT id FROM table2 UNION ALL SELECT id FROM table3);

-- 使用 LEFT JOIN 计算多个表的差集
SELECT DISTINCT t1.id
FROM table1 t1
LEFT JOIN table2 t2 ON t1.id = t2.id
LEFT JOIN table3 t3 ON t1.id = t3.id
WHERE t2.id IS NULL AND t3.id IS NULL;

4. 性能考量

在模拟 INTERSECT 和 EXCEPT 时，性能是一个重要的考虑因素。不同的实现方式可能会导致不同的性能表现。

4.1 NOT IN vs. LEFT JOIN

一般来说，对于大型数据集，LEFT JOIN 的性能通常优于 NOT IN。这是因为 NOT IN 子查询可能会导致全表扫描，而 LEFT JOIN 可以利用索引来优化查询。此外，如前所述，NOT IN 子查询在处理 NULL 值时需要特别小心，而 LEFT JOIN 不受 NULL 值的影响。

4.2 INNER JOIN vs. IN

INNER JOIN 和 IN 子查询的性能取决于具体的数据和索引情况。在某些情况下，INNER JOIN 可能更有效率，而在另一些情况下，IN 子查询可能更有效率。建议对不同的实现方式进行测试，以确定哪种方式最适合特定的场景。

4.3 索引优化

为了提高查询性能，应该在相关的列上创建索引。例如，如果使用 INNER JOIN 或 LEFT JOIN，应该在连接列上创建索引。如果使用 IN 或 NOT IN 子查询，应该在子查询的列上创建索引。

4.4 数据量

当数据量非常大时，集合操作的性能可能会成为一个瓶颈。在这种情况下，可以考虑使用分区表或物化视图来提高查询性能。

4.5 临时表

复杂的集合操作可以通过创建临时表来分解成多个简单的步骤，从而提高可读性和性能。

5. 应用场景

INTERSECT 和 EXCEPT 操作在很多实际应用场景中都非常有用。

5.1 用户权限管理

假设有一个用户表 users 和一个角色表 roles，以及一个用户角色关联表 user_roles。可以使用 INTERSECT 操作来查找同时拥有多个角色的用户。可以使用 EXCEPT 操作来查找没有分配任何角色的用户。

5.2 商品推荐

假设有一个用户购买记录表 user_purchases 和一个商品表 products。可以使用 INTERSECT 操作来查找两个用户共同购买的商品。可以使用 EXCEPT 操作来查找一个用户购买了，而另一个用户没有购买的商品，从而为用户推荐他们可能感兴趣的商品。

5.3 数据清洗

可以使用 EXCEPT 操作来查找两个数据源中不一致的数据，从而进行数据清洗和校对。

5.4 数据分析

可以使用 INTERSECT 和 EXCEPT 操作来对数据进行分组和比较，从而进行更深入的数据分析。

6. 代码示例

以下是一些更复杂的代码示例，展示如何在 MySQL 中模拟 INTERSECT 和 EXCEPT。

6.1 查找同时购买了商品A和商品B的用户

-- 假设 user_purchases 表包含 user_id 和 product_id
SELECT DISTINCT user_id
FROM user_purchases
WHERE product_id = 'A'
INTERSECT
SELECT DISTINCT user_id
FROM user_purchases
WHERE product_id = 'B';

-- 使用 INNER JOIN 模拟
SELECT DISTINCT up1.user_id
FROM user_purchases up1
INNER JOIN user_purchases up2 ON up1.user_id = up2.user_id
WHERE up1.product_id = 'A' AND up2.product_id = 'B';

-- 使用 IN 子查询模拟
SELECT DISTINCT user_id
FROM user_purchases
WHERE product_id = 'A'
AND user_id IN (SELECT user_id FROM user_purchases WHERE product_id = 'B');

6.2 查找购买了商品A，但没有购买商品B的用户

-- 假设 user_purchases 表包含 user_id 和 product_id
SELECT DISTINCT user_id
FROM user_purchases
WHERE product_id = 'A'
EXCEPT
SELECT DISTINCT user_id
FROM user_purchases
WHERE product_id = 'B';

-- 使用 NOT IN 子查询模拟
SELECT DISTINCT user_id
FROM user_purchases
WHERE product_id = 'A'
AND user_id NOT IN (SELECT user_id FROM user_purchases WHERE product_id = 'B');

-- 使用 LEFT JOIN 模拟
SELECT DISTINCT up1.user_id
FROM user_purchases up1
LEFT JOIN user_purchases up2 ON up1.user_id = up2.user_id AND up2.product_id = 'B'
WHERE up1.product_id = 'A' AND up2.user_id IS NULL;

7. 不同模拟方式对比

操作	模拟方式	优点	缺点	适用场景
INTERSECT	INNER JOIN	可读性好，易于理解	可能需要 DISTINCT 去重	数据量适中，需要清晰表达逻辑
INTERSECT	IN 子查询	简洁	性能可能不如 INNER JOIN	数据量较小，注重代码简洁性
EXCEPT	NOT IN 子查询	简洁	处理 NULL 值时需要小心，性能可能较差	数据量较小，且不包含 NULL 值
EXCEPT	LEFT JOIN	避免 NULL 值问题，通常性能更好	可读性稍差	数据量较大，对性能有较高要求

8. 总结与建议

本次讲座我们深入探讨了 MySQL 中如何模拟 INTERSECT 和 EXCEPT 操作，包括使用 INNER JOIN、IN 子查询、NOT IN 子查询和 LEFT JOIN 等方法。针对不同的场景，选择合适的模拟方式至关重要。同时，需要关注性能问题，并通过索引优化、数据量控制和临时表等手段来提高查询效率。希望大家能够将这些技术应用到实际工作中，解决更复杂的数据处理问题。 选择最适合你的场景的模拟方式，充分利用索引，注重性能，并避免NULL值带来的问题。