MySQL的`UNION`与`UNION ALL`：在数据合并时的性能差异与选择

大家好，今天我们来深入探讨MySQL中用于合并结果集的两个关键操作符：UNION和UNION ALL。虽然它们都用于将多个SELECT语句的结果组合成一个单一的结果集，但它们在性能和行为上存在显著差异。理解这些差异对于编写高效的SQL查询至关重要。

`UNION`和`UNION ALL`的基本概念

首先，我们来明确一下UNION和UNION ALL的基本作用。它们都允许我们合并来自两个或多个SELECT语句的结果集。一个典型的用例可能是从不同的表中提取相似的数据，然后将它们组合在一起进行分析或显示。

UNION: UNION会去除合并后的结果集中的重复行。这意味着在合并之前，MySQL会对所有结果进行排序和比较，以识别并删除重复项。

UNION ALL: UNION ALL 不会去除重复行。它简单地将所有SELECT语句的结果按顺序连接起来，保留所有原始行，即使存在重复。

让我们用一个简单的例子来说明：

假设我们有两个表，employees_us和employees_eu，分别存储美国和欧洲员工的信息。

-- 创建 employees_us 表
CREATE TABLE employees_us (
    employee_id INT PRIMARY KEY,
    employee_name VARCHAR(255),
    department VARCHAR(255)
);

-- 插入一些数据到 employees_us 表
INSERT INTO employees_us (employee_id, employee_name, department) VALUES
(1, 'Alice Smith', 'Sales'),
(2, 'Bob Johnson', 'Marketing'),
(3, 'Charlie Brown', 'Sales');

-- 创建 employees_eu 表
CREATE TABLE employees_eu (
    employee_id INT PRIMARY KEY,
    employee_name VARCHAR(255),
    department VARCHAR(255)
);

-- 插入一些数据到 employees_eu 表，注意有重复行
INSERT INTO employees_eu (employee_id, employee_name, department) VALUES
(4, 'David Miller', 'Engineering'),
(1, 'Alice Smith', 'Sales'),
(5, 'Eve Williams', 'Marketing');

现在，我们使用UNION和UNION ALL来合并这两个表的结果：

-- 使用 UNION
SELECT employee_id, employee_name, department FROM employees_us
UNION
SELECT employee_id, employee_name, department FROM employees_eu;

-- 使用 UNION ALL
SELECT employee_id, employee_name, department FROM employees_us
UNION ALL
SELECT employee_id, employee_name, department FROM employees_eu;

UNION的结果将包含5行，employee_id为1的Alice Smith只出现一次，因为UNION去除了重复行。

UNION ALL的结果将包含6行，employee_id为1的Alice Smith出现两次，因为它保留了所有原始行。

性能差异分析

UNION和UNION ALL之间的主要性能差异在于UNION需要执行重复数据删除操作，而UNION ALL则不需要。这个重复数据删除操作通常涉及到以下步骤：

排序 (Sorting): MySQL会对所有结果集进行排序，以便更容易地识别重复行。排序操作的复杂度通常是O(n log n)，其中n是总的行数。
比较 (Comparison): 排序后，MySQL会将相邻的行进行比较，以查找完全相同的行。
删除重复项 (Duplicate Removal): 一旦找到重复行，MySQL会将它们删除，只保留一个副本。

UNION ALL则跳过了这些步骤，直接将结果集连接起来。因此，当你知道你的结果集中不可能存在重复行，或者你不在乎结果集中存在重复行时，使用UNION ALL通常会更高效。

性能对比表格:

操作符	是否去重	性能影响	适用场景
`UNION`	是	较高	需要确保结果集中没有重复行，或者需要去除重复行的情况。
`UNION ALL`	否	较低	结果集中允许存在重复行，或者可以确定结果集中不会存在重复行的情况。

具体例子:

考虑一个更复杂的情况，假设我们有两个包含大量数据的表：transactions_2022和transactions_2023。我们想要合并这两个表中的所有交易记录。如果我们知道这两个表中不可能存在完全相同的交易记录（例如，每个交易都有一个唯一的ID），那么使用UNION ALL会更高效。

-- 使用 UNION ALL 合并交易记录
SELECT transaction_id, transaction_date, amount FROM transactions_2022
UNION ALL
SELECT transaction_id, transaction_date, amount FROM transactions_2023;

如果我们需要确保结果集中没有重复的交易记录，那么我们应该使用UNION。但是，我们需要意识到这会带来额外的性能开销。

-- 使用 UNION 合并交易记录
SELECT transaction_id, transaction_date, amount FROM transactions_2022
UNION
SELECT transaction_id, transaction_date, amount FROM transactions_2023;

索引的影响

索引对UNION和UNION ALL的性能也会产生影响。如果参与UNION或UNION ALL的SELECT语句可以利用索引来快速检索数据，那么整体性能将会提高。

例如，如果transactions_2022和transactions_2023表都有transaction_date列上的索引，那么MySQL可以使用这些索引来加速查询。

-- 创建索引
CREATE INDEX idx_transaction_date ON transactions_2022 (transaction_date);
CREATE INDEX idx_transaction_date ON transactions_2023 (transaction_date);

在UNION的情况下，索引还可以帮助MySQL更快地识别和删除重复行，因为它可以更快地对结果集进行排序和比较。

使用 `EXPLAIN` 分析查询计划

为了更深入地了解UNION和UNION ALL的性能差异，我们可以使用MySQL的EXPLAIN语句来分析查询计划。EXPLAIN语句会显示MySQL如何执行查询，包括使用的索引、扫描的行数等。

例如，我们可以使用以下语句来分析上面合并交易记录的查询：

-- 分析 UNION ALL 查询
EXPLAIN SELECT transaction_id, transaction_date, amount FROM transactions_2022
UNION ALL
SELECT transaction_id, transaction_date, amount FROM transactions_2023;

-- 分析 UNION 查询
EXPLAIN SELECT transaction_id, transaction_date, amount FROM transactions_2022
UNION
SELECT transaction_id, transaction_date, amount FROM transactions_2023;

通过比较这两个查询计划，我们可以看到UNION查询通常会包含一个额外的Using temporary; Using filesort步骤，这表明MySQL需要创建一个临时表并对结果进行排序，以删除重复行。而UNION ALL查询通常不会包含这些步骤，因为它不需要执行重复数据删除操作。

何时使用 `UNION`，何时使用 `UNION ALL`

总的来说，选择使用UNION还是UNION ALL取决于你的具体需求和数据特征。

使用 UNION 的情况:

需要去除重复行: 如果你的业务需求是确保结果集中没有重复行，那么必须使用UNION。
无法确定是否存在重复行: 如果你不确定结果集中是否存在重复行，但又不想让重复行出现在结果集中，那么使用UNION是一个安全的选择。

使用 UNION ALL 的情况:

确定结果集中不可能存在重复行: 如果你的数据源保证结果集中不会存在重复行（例如，每个表都有唯一的ID），那么使用UNION ALL可以避免不必要的性能开销。
允许结果集中存在重复行: 如果你的业务需求允许结果集中存在重复行，那么使用UNION ALL可以获得更好的性能。
对性能要求非常高: 在某些情况下，即使结果集中可能存在少量重复行，但为了获得更高的性能，你仍然可以选择使用UNION ALL，然后在应用程序层面进行去重。

总结选择依据:

判断标准	选择 `UNION`	选择 `UNION ALL`
是否需要去重	需要去重	不需要去重
是否确定无重复数据	不确定或确定有重复数据	确定无重复数据
性能要求	对性能要求不高，优先保证数据唯一性	对性能要求高，允许少量重复数据，后续进行处理

更复杂的例子：处理 `NULL` 值

在实际应用中，我们还需要考虑NULL值的处理。UNION和UNION ALL在处理NULL值时，会将NULL值视为相等的值。也就是说，如果两个行除了包含NULL值的列之外，其他列都相同，那么UNION会将它们视为重复行。

-- 创建 table_a 表
CREATE TABLE table_a (
    id INT PRIMARY KEY,
    value VARCHAR(255)
);

-- 插入一些数据到 table_a 表
INSERT INTO table_a (id, value) VALUES
(1, 'A'),
(2, NULL),
(3, 'C');

-- 创建 table_b 表
CREATE TABLE table_b (
    id INT PRIMARY KEY,
    value VARCHAR(255)
);

-- 插入一些数据到 table_b 表，注意有重复行和 NULL 值
INSERT INTO table_b (id, value) VALUES
(4, 'D'),
(2, NULL),
(5, 'E');

-- 使用 UNION
SELECT id, value FROM table_a
UNION
SELECT id, value FROM table_b;

-- 使用 UNION ALL
SELECT id, value FROM table_a
UNION ALL
SELECT id, value FROM table_b;

UNION的结果将包含5行，id为2的NULL值只出现一次，因为UNION去除了重复行。

UNION ALL的结果将包含6行，id为2的NULL值出现两次，因为它保留了所有原始行。

使用子查询优化性能

在某些情况下，我们可以使用子查询来优化UNION和UNION ALL的性能。例如，我们可以将复杂的SELECT语句分解成多个子查询，然后使用UNION或UNION ALL将子查询的结果合并起来。

-- 使用子查询和 UNION ALL
SELECT * FROM (
    SELECT transaction_id, transaction_date, amount FROM transactions_2022 WHERE amount > 100
) AS sub1
UNION ALL
SELECT * FROM (
    SELECT transaction_id, transaction_date, amount FROM transactions_2023 WHERE amount > 100
) AS sub2;

这种方法可以帮助MySQL更好地优化查询计划，并提高整体性能。特别是在处理大型数据集时，使用子查询可以显著减少查询时间。

兼容性考虑

UNION和UNION ALL是SQL标准的一部分，因此在大多数关系型数据库管理系统中都得到支持。但是，不同的数据库系统可能在实现细节上存在一些差异。因此，在编写跨数据库的SQL查询时，需要注意这些差异，并进行适当的调整。

例如，某些数据库系统可能对UNION和UNION ALL的语法有不同的要求，或者在处理NULL值时有不同的行为。因此，在进行数据库迁移或编写跨数据库的应用程序时，需要仔细测试和验证UNION和UNION ALL的兼容性。

总结：明智选择，提升效率

总而言之，UNION和UNION ALL是MySQL中用于合并结果集的强大工具。理解它们的性能差异和适用场景对于编写高效的SQL查询至关重要。在选择使用UNION还是UNION ALL时，需要综合考虑数据特征、业务需求和性能要求，做出明智的选择，以获得最佳的性能和可靠性。始终记住，UNION ALL在没有重复行或允许重复行存在的情况下通常是更快的选择，而UNION则保证结果集的唯一性，但需要付出额外的性能代价。通过EXPLAIN分析查询计划，可以更深入地了解MySQL如何执行查询，从而更好地优化查询性能。