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 在集合操作中的应用与性能考量

大家好，今天我们要深入探讨 MySQL 中两个非常有用的集合操作符：EXCEPT 和 INTERSECT。 它们虽然在标准 SQL 中存在，但 MySQL 直到 8.0 版本才正式支持它们。 在此之前，我们需要使用一些技巧来模拟这些操作。 本次讲座将详细讲解 EXCEPT 和 INTERSECT 的用法，以及在使用它们时需要注意的性能问题。

1. 集合操作符概述

集合操作符用于合并或比较两个或多个 SELECT 语句的结果集。 它们基于集合论的概念，允许我们执行诸如求差集、交集等操作。 常用的集合操作符包括：

• UNION: 合并两个或多个 SELECT 语句的结果集，去除重复行。
• UNION ALL: 合并两个或多个 SELECT 语句的结果集，保留所有行（包括重复行）。
• INTERSECT: 返回两个 SELECT 语句结果集中共同存在的行（交集）。
• EXCEPT (或 MINUS): 返回第一个 SELECT 语句结果集中存在，但在第二个 SELECT 语句结果集中不存在的行（差集）。

在 MySQL 8.0 之前，INTERSECT 和 EXCEPT 需要通过其他 SQL 结构来模拟。 现在，它们作为原生支持，简化了查询并提高了可读性。

2. EXCEPT 操作符

EXCEPT 操作符用于查找第一个查询结果集中存在，但在第二个查询结果集中不存在的行。 换句话说，它返回两个结果集的差集。

语法:

SELECT column1, column2, ...
FROM table1
WHERE condition1
EXCEPT
SELECT column1, column2, ...
FROM table2
WHERE condition2;

约束条件:

• 两个 SELECT 语句必须返回相同数量的列。
• 对应列的数据类型必须兼容，可以隐式转换。
• 列的顺序必须一致。

示例:

假设我们有两个表：customers 和 active_customers。 customers 表包含所有客户的信息，active_customers 表包含活跃客户的信息。 我们想找出所有不是活跃客户的客户。

表结构:

CREATE TABLE customers (
  customer_id INT PRIMARY KEY,
  customer_name VARCHAR(255),
  city VARCHAR(255)
);

CREATE TABLE active_customers (
  customer_id INT PRIMARY KEY,
  customer_name VARCHAR(255),
  city VARCHAR(255)
);

INSERT INTO customers (customer_id, customer_name, city) VALUES
(1, 'Alice', 'New York'),
(2, 'Bob', 'Los Angeles'),
(3, 'Charlie', 'Chicago'),
(4, 'David', 'Houston');

INSERT INTO active_customers (customer_id, customer_name, city) VALUES
(1, 'Alice', 'New York'),
(2, 'Bob', 'Los Angeles');

使用 EXCEPT 查询:

SELECT customer_id, customer_name, city
FROM customers
EXCEPT
SELECT customer_id, customer_name, city
FROM active_customers;

结果:

customer_id	customer_name	city
3	Charlie	Chicago
4	David	Houston

模拟 EXCEPT (MySQL 8.0 之前):

在 MySQL 8.0 之前，可以使用 NOT IN 或 LEFT JOIN 来模拟 EXCEPT。

使用 NOT IN:

SELECT customer_id, customer_name, city
FROM customers
WHERE customer_id NOT IN (SELECT customer_id FROM active_customers);

使用 LEFT JOIN:

SELECT c.customer_id, c.customer_name, c.city
FROM customers c
LEFT JOIN active_customers a ON c.customer_id = a.customer_id
WHERE a.customer_id IS NULL;

EXCEPT ALL:

MySQL 不直接支持 EXCEPT ALL。 EXCEPT ALL 会考虑重复行。 要模拟 EXCEPT ALL，需要使用更复杂的查询，通常涉及子查询和计数。

假设 customers 和 inactive_customers 表可以有重复的 customer_id。

CREATE TABLE customers_with_dupes (
  customer_id INT,
  customer_name VARCHAR(255)
);

CREATE TABLE inactive_customers_with_dupes (
  customer_id INT,
  customer_name VARCHAR(255)
);

INSERT INTO customers_with_dupes (customer_id, customer_name) VALUES
(1, 'Alice'),
(1, 'Alice'),
(2, 'Bob'),
(3, 'Charlie');

INSERT INTO inactive_customers_with_dupes (customer_id, customer_name) VALUES
(1, 'Alice'),
(2, 'Bob');

模拟 EXCEPT ALL:

SELECT c.customer_id, c.customer_name
FROM customers_with_dupes c
LEFT JOIN inactive_customers_with_dupes i ON c.customer_id = i.customer_id AND c.customer_name = i.customer_name
WHERE i.customer_id IS NULL
UNION ALL
SELECT c.customer_id, c.customer_name
FROM (SELECT customer_id, customer_name, COUNT(*) AS cnt FROM customers_with_dupes GROUP BY customer_id, customer_name) c
JOIN (SELECT customer_id, customer_name, COUNT(*) AS cnt FROM inactive_customers_with_dupes GROUP BY customer_id, customer_name) i ON c.customer_id = i.customer_id AND c.customer_name = i.customer_name
WHERE c.cnt > i.cnt
UNION ALL
SELECT c.customer_id, c.customer_name
FROM (SELECT customer_id, customer_name, COUNT(*) AS cnt FROM customers_with_dupes GROUP BY customer_id, customer_name) c
LEFT JOIN (SELECT customer_id, customer_name, COUNT(*) AS cnt FROM inactive_customers_with_dupes GROUP BY customer_id, customer_name) i ON c.customer_id = i.customer_id AND c.customer_name = i.customer_name
WHERE i.customer_id IS NULL;

这是一个简化的，但非完全准确的模拟。 精确的 EXCEPT ALL 实现可能非常复杂，并且性能会受到影响。 根据实际数据分布和业务需求，可能需要调整查询策略。 最佳方案通常取决于具体情况，并且可能需要在准确性和性能之间做出权衡。

3. INTERSECT 操作符

INTERSECT 操作符用于查找两个查询结果集中共同存在的行。 换句话说，它返回两个结果集的交集。

语法:

SELECT column1, column2, ...
FROM table1
WHERE condition1
INTERSECT
SELECT column1, column2, ...
FROM table2
WHERE condition2;

约束条件:

• 两个 SELECT 语句必须返回相同数量的列。
• 对应列的数据类型必须兼容，可以隐式转换。
• 列的顺序必须一致。

示例:

假设我们有两个表：employees 和 managers。 employees 表包含所有员工的信息，managers 表包含经理的信息。 我们想找出所有既是员工又是经理的人。

表结构:

CREATE TABLE employees (
  employee_id INT PRIMARY KEY,
  employee_name VARCHAR(255),
  department VARCHAR(255)
);

CREATE TABLE managers (
  manager_id INT PRIMARY KEY,
  manager_name VARCHAR(255),
  department VARCHAR(255)
);

INSERT INTO employees (employee_id, employee_name, department) VALUES
(1, 'Alice', 'Sales'),
(2, 'Bob', 'Marketing'),
(3, 'Charlie', 'Engineering');

INSERT INTO managers (manager_id, manager_name, department) VALUES
(1, 'Alice', 'Sales'),
(4, 'David', 'Operations');

使用 INTERSECT 查询:

SELECT employee_id, employee_name, department
FROM employees
INTERSECT
SELECT manager_id, manager_name, department
FROM managers;

结果:

employee_id	employee_name	department
1	Alice	Sales

模拟 INTERSECT (MySQL 8.0 之前):

在 MySQL 8.0 之前，可以使用 INNER JOIN 或 IN 来模拟 INTERSECT。

使用 INNER JOIN:

SELECT e.employee_id, e.employee_name, e.department
FROM employees e
INNER JOIN managers m ON e.employee_id = m.manager_id AND e.employee_name = m.manager_name AND e.department = m.department;

使用 IN:

SELECT employee_id, employee_name, department
FROM employees
WHERE (employee_id, employee_name, department) IN (SELECT manager_id, manager_name, department FROM managers);

INTERSECT ALL:

MySQL 不直接支持 INTERSECT ALL。 INTERSECT ALL 会考虑重复行。 要模拟 INTERSECT ALL，需要使用更复杂的查询，通常涉及子查询和计数。

假设 employees_with_dupes 和 managers_with_dupes 表可以有重复的 employee_id/manager_id。

CREATE TABLE employees_with_dupes (
  employee_id INT,
  employee_name VARCHAR(255)
);

CREATE TABLE managers_with_dupes (
  manager_id INT,
  manager_name VARCHAR(255)
);

INSERT INTO employees_with_dupes (employee_id, employee_name) VALUES
(1, 'Alice'),
(1, 'Alice'),
(2, 'Bob'),
(3, 'Charlie');

INSERT INTO managers_with_dupes (manager_id, manager_name) VALUES
(1, 'Alice'),
(1, 'Alice'),
(2, 'Bob');

模拟 INTERSECT ALL:

SELECT e.employee_id, e.employee_name
FROM employees_with_dupes e
JOIN managers_with_dupes m ON e.employee_id = m.manager_id AND e.employee_name = m.manager_name;

这个查询结果会包含 employees 和 managers 表中 employee_id 和 employee_name 都相同的记录，包括重复的记录，从而模拟 INTERSECT ALL 的行为。 但是，这个查询只是简单的join，实际上并不完全等于INTERSECT ALL。如果要完全模拟，需要使用更复杂的查询，和EXCEPT ALL类似，这里不再赘述。

4. 性能考量

虽然 EXCEPT 和 INTERSECT 操作符简化了查询，但在处理大型数据集时，它们的性能可能成为瓶颈。 以下是一些性能考量：

• 索引: 确保参与集合操作的列上存在适当的索引。 索引可以显著提高查询速度，尤其是对于大型表。

• 数据量: 集合操作的性能与参与操作的数据量直接相关。 数据量越大，查询时间越长。 考虑对数据进行分区或使用其他优化技术来减少数据量。

• 查询复杂度: 复杂的查询，尤其是包含多个 EXCEPT 或 INTERSECT 操作的查询，可能会导致性能问题。 尽量简化查询，并考虑使用临时表或物化视图来优化查询。

• 执行计划: 使用 EXPLAIN 命令分析查询的执行计划。 执行计划可以帮助你识别性能瓶颈，并采取相应的优化措施。

• 模拟 vs. 原生支持: 虽然 MySQL 8.0 提供了 EXCEPT 和 INTERSECT 的原生支持，但模拟这些操作（例如使用 NOT IN 或 LEFT JOIN）在某些情况下可能更有效率。 始终对不同的查询方法进行基准测试，以确定最佳方案。

性能测试:

为了说明 EXCEPT 和 INTERSECT 的性能影响，我们可以创建一个简单的测试用例。

-- 创建测试表
CREATE TABLE test_table1 (
  id INT PRIMARY KEY,
  value VARCHAR(255)
);

CREATE TABLE test_table2 (
  id INT PRIMARY KEY,
  value VARCHAR(255)
);

-- 插入大量数据
INSERT INTO test_table1 (id, value)
SELECT seq, MD5(RAND()) FROM seq_1_to_1000000;

INSERT INTO test_table2 (id, value)
SELECT seq, MD5(RAND()) FROM seq_1_to_1000000 WHERE seq BETWEEN 500000 AND 1500000;

然后，我们可以比较 EXCEPT 和 LEFT JOIN 的性能。

-- 使用 EXCEPT
SELECT id, value FROM test_table1 EXCEPT SELECT id, value FROM test_table2;

-- 使用 LEFT JOIN
SELECT t1.id, t1.value
FROM test_table1 t1
LEFT JOIN test_table2 t2 ON t1.id = t2.id AND t1.value = t2.value
WHERE t2.id IS NULL;

类似地，可以比较 INTERSECT 和 INNER JOIN 的性能。

-- 使用 INTERSECT
SELECT id, value FROM test_table1 INTERSECT SELECT id, value FROM test_table2;

-- 使用 INNER JOIN
SELECT t1.id, t1.value
FROM test_table1 t1
INNER JOIN test_table2 t2 ON t1.id = t2.id AND t1.value = t2.value;

使用 EXPLAIN 命令分析这些查询的执行计划，并使用 BENCHMARK() 函数测量查询的执行时间。 根据测试结果，选择性能最佳的查询方法。 实际结果会因数据量、索引、硬件配置等因素而异。

5. 常见应用场景

EXCEPT 和 INTERSECT 操作符在许多场景中都非常有用。 以下是一些常见的应用场景：

• 数据同步: 使用 EXCEPT 查找源数据库中存在，但目标数据库中不存在的数据，以便进行数据同步。

• 数据审计: 使用 EXCEPT 查找未经授权的数据修改。

• 用户权限管理: 使用 INTERSECT 查找用户同时拥有的权限。

• 报表生成: 使用 EXCEPT 和 INTERSECT 组合生成复杂的报表。

• 找出未完成的任务: 假设有一个任务表和一个完成任务表，可以使用 EXCEPT 找出所有未完成的任务。

• 找出共同的客户: 假设有两个不同的销售团队各自维护一个客户列表，可以使用 INTERSECT 找出两个团队共同拥有的客户。

6. 使用注意事项

• NULL 值处理: EXCEPT 和 INTERSECT 操作符在处理 NULL 值时需要特别注意。 默认情况下，NULL 值被视为不相等。 如果需要将 NULL 值视为相等，可以使用 IS NULL 或 IS NOT NULL 条件进行处理。

• 排序: EXCEPT 和 INTERSECT 操作符的结果集没有固定的顺序。 如果需要对结果集进行排序，可以使用 ORDER BY 子句。

• 别名: 在复杂的查询中，可以使用别名来提高可读性。

• 版本兼容性: EXCEPT 和 INTERSECT 操作符仅在 MySQL 8.0 及更高版本中可用。 如果需要支持较早的 MySQL 版本，必须使用模拟方法。

7. 总结

EXCEPT 和 INTERSECT 操作符是 MySQL 中强大的集合操作工具，可以简化查询并提高可读性。 了解它们的用法、性能影响和适用场景，可以帮助你编写更有效率的 SQL 查询。 在实际应用中，需要根据具体情况进行性能测试和优化，以确保查询能够满足性能要求。

掌握集合操作，提高数据处理效率。