джойны sql что это

Осмысляем работу джойнов в SQL: от реляционной алгебры до наглядных картинок

Выбираем, какие фильмы посмотреть, с помощью соединения данных в SQL.

Опять эта проблема — выбрать кино на вечер. Благодаря стриминговым сервисам доступны едва ли не все фильмы мира: это бесконечное полотно с постерами и фильтры, фильтры, фильтры…

МОЗГ: Поставлю-ка я фильтр по стране: пусть будет Дания, и добавлю ограничение по жанру — триллер… Ну вот — другое дело, относительно небольшой список.

— Мозг, а знаешь почему? Да потому что здесь только фильмы, которые сняты в Дании И помечены как триллеры.

— Да не знаю я, как задать такие критерии в этом сервисе. Вот если бы можно было писать на SQL — тут бы решение нашлось для любой комбинации признаков.

— Легко! Ещё и картинки будут. У меня и база фильмов уже спарсена — тренируйся не хочу.

Фулстек-разработчик. Любимый стек: Java + Angular, но в хорошей компании готова писать хоть на языке Ада.

Договоримся об обозначениях

Назовём множество датских фильмов — D, а множество триллеров — T. У каждого фильма будет уникальный номер, он же ключ. Раз ключ — пусть зовётся Key.

Заодно вспомним, как на SQL пишется простой запрос для связывания данных из двух таблиц:

INNER JOIN

Если не уточнить тип соединения ( JOIN), то по умолчанию применяется INNER JOIN — как раз тот вариант, который сработал в нашем кинофильтре. Это он выбирает и триллеры, и датские фильмы одновременно.

Источник

Соединение таблиц – операция JOIN и ее виды

Говоря про соединение таблиц в SQL, обычно подразумевают один из видов операции JOIN. Не стоит путать с объединением таблиц через операцию UNION. В этой статье я постараюсь простыми словами рассказать именно про соединение, чтобы после ее прочтения Вы могли использовать джойны в работе и не допускать грубых ошибок.

Соединение – это операция, когда таблицы сравниваются между собой построчно и появляется возможность вывода столбцов из всех таблиц, участвующих в соединении.

Придумаем 2 таблицы, на которых будем тренироваться.

Таблица «Сотрудники», содержит поля:

Таблица «Отделы», содержит поля:

Давайте уже быстрее что-нибудь покодим.

INNER JOIN

Самый простой вид соединения INNER JOIN – внутреннее соединение. Этот вид джойна выведет только те строки, если условие соединения выполняется (является истинным, т.е. TRUE). В запросах необязательно прописывать INNER – если написать только JOIN, то СУБД по умолчанию выполнить именно внутреннее соединение.

Давайте соединим таблицы из нашего примера, чтобы ответить на вопрос, в каких отделах работают сотрудники (читайте комментарии в запросе для понимания синтаксиса).

Получим следующий результат:

Из результатов пропал сотрудник Алексей (id = 3), потому что условие «Сотрудники.Отдел = Отделы.id» не будет истинно для этой сроки из таблицы «Сотрудники» с каждой строкой из таблицы «Отделы». По той же логике в результате нет отдела «Администрация». Попробую это визуализировать (зеленные линии – условие TRUE, иначе линия красная):

Если не углубляться в то, как внутреннее соединение работает под капотом СУБД, то происходит примерно следующее:

Если для одной или нескольких срок из левой таблицы (в рассмотренном примере левой таблицей является «Сотрудники», а правой «Отделы») истинным условием соединения будут являться одна или несколько срок из правой таблицы, то строки умножат друг друга (повторятся). В нашем примере так произошло для отдела с поэтому строка из таблицы «Отделы» повторилась дважды для Федора и Светланы.
Перемножение таблиц проще ощутить на таком примере, где условие соединения будет всегда возвращать TRUE, например 1=1:

В результате получится 12 строк (4 сотрудника * 3 отдела), где для каждого сотрудника подтянется каждый отдел.

Также хочу сразу отметить, что в соединении может участвовать сколько угодно таблиц, можно таблицу соединить даже саму с собой (в аналитических задачах это не редкость). Какая из таблиц будет правой или левой не имеется значения для INNER JOIN (для внешних соединений типа LEFT JOIN или RIGHT JOIN это важно. Читайте далее). Пример соединения 4-х таблиц:

Как видите, все просто, прописываем новый джойн после завершения условий предыдущего соединения. Обратите внимание, что для Table_3 указано несколько условий соединения с двумя разными таблицами, а также Table_1 соединяется сама с собой по условию с использованием сложения.
Строки, которые выведутся запросом, должны совпасть по всем условиям. Например:

На этом про внутреннее соединение и логику соединения таблиц в SQL – всё. Если остались неясности, то спрашивайте в комментариях.
Далее рассмотрим отличия остальных видов джойнов.

LEFT JOIN и RIGHT JOIN

Левое и правое соединения еще называют внешними. Главное их отличие от внутреннего соединения в том, что строка из левой (для LEFT JOIN) или из правой таблицы (для RIGHT JOIN) попадет в результаты в любом случае. Давайте до конца определимся с тем, какая таблица левая, а какая правая.
Левая таблица та, которая идет перед написанием ключевых слов [LEFT | RIGHT| INNER] JOIN, правая таблица – после них:

Теперь изменим наш SQL-запрос из самого первого примера так, чтобы ответить на вопрос «В каких отделах работают сотрудники, а также показать тех, кто не распределен ни в один отдел?»:

Результат запроса будет следующим:

Как видите, запрос вернул все строки из левой таблицы «Сотрудники», дополнив их значениями из правой таблицы «Отделы». А вот строка для отдела «Администрация» не показана, т.к. для нее не нашлось совпадений слева.

Это мы рассмотрели пример для левого внешнего соединения. Для RIGHT JOIN будет все тоже самое, только вернутся все строки из таблицы «Отделы»:

Алексей «потерялся», Администрация «нашлась».

Вопрос для Вас. Что надо изменить в последнем приведенном SQL-запросе, чтобы результат остался тем же, но вместо LEFT JOIN, использовался RIGHT JOIN?

Ответ. Нужно поменять таблицы местами:

В одном запросе можно применять и внутренние соединения, и внешние одновременно, главное соблюдать порядок таблиц, чтобы не потерять часть записей (строк).

FULL JOIN

Еще один вид соединения, который осталось рассмотреть – полное внешнее соединение.
Этот вид джойна вернет все строки из всех таблиц, участвующих в соединении, соединив между собой те, которые подошли под условие ON.

Давайте посмотрим всех сотрудников и все отделы из наших тестовых таблиц:

Теперь мы видим все, даже Алексея без отдела и Администрацию без сотрудников.

Вместо заключения

Помните о порядке выполнения соединений и порядке таблиц, если используете несколько соединений и используете внешние соединения. Можно выполнять LEFT JOIN для сохранения всех строк из самой первой таблицы, а последним внутренним соединением потерять часть данных. На маленьких таблицах косяк заметить легко, на огромных очень тяжело, поэтому будьте внимательны.
Рассмотрим последний пример и введем еще одну таблицу «Банки», в которой обслуживаются наши придуманные сотрудники:

В таблицу «Сотрудники» добавим столбец «Банк»:

Теперь выполним такой запрос:

В результате потеряли информацию о Светлане, т.к. для нее не нашлось банка с (такое происходит из-за неправильной проектировки БД):

Хочу обратить внимание на то, что любое сравнение с неизвестным значением никогда не будет истинным (даже NULL = NULL). Эту грубую ошибку часто допускают начинающие специалисты. Подробнее читайте в статье про значение NULL в SQL.

Пройдите мой тест на знание основ SQL. В нем есть задания на соединения таблиц, которые помогут закрепить материал.

Дополнить Ваше понимание соединений в SQL могут схемы, изображенные с помощью кругов Эйлера. В интернете много примеров в виде картинок.

Если какие нюансы джойнов остались не раскрытыми, или что-то описано не совсем понятно, что-то надо дополнить, то пишите в комментариях. Буду только рад вопросам и предложениям.

Привожу простыню запросов, чтобы Вы могли попрактиковаться на легких примерах, рассмотренных в статье:

Источник

Joins (SQL Server)

SQL Server выполняет операции сортировки, пересечения, объединения и поиска различий при помощи технологий хэш-соединений и сортировки в оперативной памяти. При использовании плана запросов этого типа SQL Server поддерживает вертикальное секционирование таблиц.

SQL Server реализует операции логического объединения в соответствии с синтаксисом Transact-SQL:

Дополнительные сведения о синтаксисе соединения см. в разделе Предложение FROM и JOIN, APPLY, PIVOT (Transact-SQL).

SQL Server использует четыре типа операций физического соединения для выполнения операций логического соединения:

Основные принципы соединения

С помощью соединения можно получать данные из двух или нескольких таблиц на основе логических связей между ними. Соединения позволяют указать, как в SQL Server должны использоваться данные из одной таблицы для выбора строк из другой таблицы.

Соединение определяет способ связывания двух таблиц в запросе следующим образом:

Соединения выражаются логически с помощью следующего синтаксиса Transact-SQL:

join_type указывает на выполняемый тип соединения: внутреннее, внешнее или перекрестное. join_condition определяет предикат, который будет вычисляться для каждой пары соединяемых строк. Ниже приведен пример предложения FROM с заданным соединением:

Инструкция SELECT возвращает наименование продукта и сведения о поставщике для всех сочетаний запчастей, поставляемых компаниями с названиями на букву F и стоимостью продукта более 10 долларов.

Если имя столбца не дублируется в двух или более таблицах, указанных в запросе, то ссылки на него уточнять именем таблицы не обязательно. Это показано в предыдущем примере. Подобное предложение SELECT иногда трудно понять, поскольку в нем нет ничего, что указывало бы на таблицы, из которых берутся столбцы. Запрос гораздо легче читать, если все столбцы указаны с именами соответствующих таблиц. Запрос будет читаться еще легче, если используются псевдонимы таблиц, особенно когда имена таблиц сами должны уточняться именами базы данных и владельца. Ниже приведен тот же пример, но чтобы упростить чтение, используются псевдонимы таблиц, уточняющие названия столбцов.

Список SELECT для соединения может ссылаться на все столбцы в соединяемых таблицах или на любое подмножество этих столбцов. Список SELECT не обязательно должен содержать столбцы из каждой таблицы в соединении. Например, в соединении из трех таблиц связующим звеном между одной из таблиц и третьей таблицей может быть только одна таблица, при этом список выборки не обязательно должен ссылаться на столбцы средней таблицы. Это так называемое антиполусоединение.

Хотя обычно в условиях соединения для сравнения используется оператор равенства (=), можно указать другие операторы сравнения или реляционные операторы, равно как другие предикаты. Дополнительные сведения см. в разделах Операторы сравнения (Transact-SQL) и WHERE (Transact-SQL).

При обработке соединений в SQL Server оптимизатор запросов выбирает наиболее эффективный метод обработки из нескольких возможных. Сюда входит выбор наиболее эффективного типа физического соединения, порядка, в котором будут соединяться таблицы, и даже использование типов операций логического соединения, которые невозможно непосредственно выразить с помощью синтаксиса Transact-SQL, например полусоединение и антиполусоединение. При физическом выполнении различных соединений можно использовать много разных оптимизаций, поэтому их нельзя надежно прогнозировать. Дополнительные сведения о полусоединениях и антиполусоединениях см. в справочнике по логическим и физическим операторам Showplan.

Большинство запросов, использующих соединение, можно переписать с помощью вложенных запросов и наоборот. Дополнительные сведения о вложенных запросах см. в разделе Вложенные запросы.

Основные сведения о соединениях вложенных циклов

Если один вход соединения имеет небольшой размер (менее десяти строк), а другой вход сравнительно большой и индексирован по соединяемым столбцам, индексное соединение вложенных циклов является самой быстрой операцией соединения, так как для нее потребуется наименьшее количество операций сравнения и ввода-вывода.

Соединение вложенных циклов, называемое также вложенной итерацией, использует один ввод соединения в качестве внешней входной таблицы (на графической схеме выполнения она является верхним входом), а второй в качестве внутренней (нижней) входной таблицы. Внешний цикл использует внешнюю входную таблицу построчно. Во внутреннем цикле для каждой внешней строки производится сканирование внутренней входной таблицы и вывод совпадающих строк.

В простейшем случае во время поиска целиком просматривается таблица или индекс; это называется упрощенным соединением вложенных циклов. Если при поиске используется индекс, то такой поиск называется индексным соединением вложенных циклов. Если индекс создается в качестве части плана запроса (и уничтожается после завершения запроса), то он называется временным индексным соединением вложенных циклов. Все эти варианты учитываются оптимизатором запросов.

Соединение вложенных циклов является особенно эффективным в случае, когда внешние входные данные сравнительно невелики, а внутренние входные данные велики и заранее индексированы. Во многих небольших транзакциях, работающих с небольшими наборами строк, индексное соединение вложенных циклов превосходит как соединения слиянием, так и хэш-соединения. Однако в больших запросах соединения вложенных циклов часто являются не лучшим вариантом.

Если для атрибута OPTIMIZED оператора соединения вложенными циклами задано значение True, это означает, что оптимизированные соединения вложенными циклами (или пакетная сортировка) используются для уменьшения количества операций ввода-вывода, когда внутренняя таблица имеет большой размер, независимо от того, выполняется ли ее параллельная обработка. Такая оптимизация в этом плане выполнения может быть не слишком очевидна при анализе плана, если сама сортировка выполняется как скрытая операция. Но изучив XML-код плана для атрибута OPTIMIZED, можно обнаружить, что соединение вложенными циклами, возможно, попытается изменить порядок входных строк, чтобы повысить производительность операций ввода-вывода.

Основные сведения о соединениях слиянием

Если два входа соединения достаточно велики, но отсортированы по соединяемым столбцам (например, если они были получены просмотром отсортированных индексов), то наиболее быстрой операцией соединения будет соединение слиянием. Если оба входа соединения велики и имеют сходные размеры, соединение слиянием с предварительной сортировкой и хэш-соединение имеют примерно одинаковую производительность. Однако операции хэш-соединения часто выполняются быстрее, если два входа значительно отличаются по размеру.

Соединение слиянием требует сортировки обоих наборов входных данных по столбцам слияния, которые определены предложениями равенства (ON) предиката объединения. Оптимизатор запросов обычно просматривает индекс, если для соответствующего набора столбцов такой существует, или устанавливает оператор сортировки под соединением слиянием. В редких случаях может быть несколько предложений равенства, но столбцы слияния берутся только из некоторых доступных предложений равенства.

Так как каждый набор входных данных сортируется, оператор Merge Join получает строку из каждого набора входных данных и сравнивает их. Например, для операций внутреннего соединения строки возвращаются в том случае, если они равны. Если они не равны, строка с меньшим значением не учитывается, и из этого набора входных данных берется другая строка. Этот процесс повторяется, пока не будет выполнена обработка всех строк.

Операция соединения слиянием может быть как обычной, так и операцией типа «многие ко многим». Соединение слиянием «многие ко многим» использует временную таблицу для хранения строк. При наличии дублирующих значений из каждого набора входных данных один из наборов должен будет сбрасываться на начало дубликатов по мере обработки каждого дубликата из другого набора данных.

При наличии остаточного предиката все строки, удовлетворяющие предикату слияния, определяют остаточный предикат, и возвращаются только те строки, которые ему соответствуют.

Соединение слиянием — очень быстрая операция, но она может оказаться ресурсоемкой, если требуется выполнение операций сортировки. Однако если том данных имеет большой объем, и необходимые данные могут быть получены из существующих индексов сбалансированного дерева с выполненной предварительной сортировкой, соединение слиянием является самым быстрым из доступных алгоритмов соединения.

Основные сведения о хэш-соединениях

Хэш-соединения могут эффективно обрабатывать большие, несортированные и неиндексированные входы. Они полезны для получения промежуточных результатов в сложных запросах из-за следующего.

Хэш-соединение позволяет уменьшить денормализацию. Денормализация обычно используется для получения более высокой производительности при уменьшении количества операций соединения, несмотря на издержки, вызываемые избыточностью данных, например несогласованных обновлений. Хэш-соединения снижают потребность в денормализации и позволяют осуществлять вертикальное секционирование (представляющее группы столбцов, содержащиеся в одной таблице, в отдельных файлах или индексах) в качестве доступной возможности при реализации физической структуры базы данных.

Хэш-соединение имеет два входа: конструктивный и пробный. Оптимизатор запросов распределяет роли таким образом, при котором меньшему входу присваивается значение «конструктивный».

В представленных ниже разделах описываются различные типы хэш-соединений: хэш-соединения в памяти, поэтапные и рекурсивные хэш-соединения.

Хэш-соединения в памяти

Перед проведением хэш-соединения производится просмотр или вычисление входного конструктивного значения, а затем в памяти создается хэш-таблица. Каждая строка помещается в сегмент хэша согласно значению, вычисленному для хэш-ключа. В случае если конструктивное входное значение имеет размер, меньший объема доступной памяти, то все строки данных могут быть занесены в хэш-таблицу. После описанного конструктивного этапа предпринимается пробный этап. Производится построковое считывание или вычисление пробного входного значения, для каждой строки вычисляется значение хэш-ключа, затем происходит сканирование сегмента хэша и поиск совпадений.

Плавное хэш-соединение

Если размер конструктивного входного значения превышает максимально допустимый объем памяти, то хэш-соединение проводится в несколько шагов. Указанный процесс называется плавным хэш-соединением. Каждый шаг состоит из конструктивной и пробной частей. Исходные конструктивные и пробные входные данные разбиваются на несколько файлов (для этого используются хэш-функции ключей). При использовании хэш-функции для хэш-ключей обеспечивается гарантия нахождения соединяемых записей в общей паре файлов. Таким образом, задача соединения двух объемных входных значений разбивается на несколько более мелких задач. Затем хэш-соединение применяется к каждой паре разделенных файлов.

Рекурсивное хэш-соединение

Если объем информации, поступающей на конструктивный вход, настолько велик, что для использования обычного внешнего слияния требуется несколько уровней, то операцию разбиения необходимо проводить за несколько шагов на нескольких уровнях. Дополнительные шаги разбиения используются только для секций большого объема. Чтобы максимально ускорить проведение всех шагов разбиения, используются емкие асинхронные операции ввода-вывода, в результате чего один поток может занимать сразу несколько жестких дисков.

В случае незначительного превышения допустимого объема памяти конструктивными входными данными происходит совмещение элементов хэш-соединения в памяти и поэтапных хэш-соединений в общий этап. В результате получается гибридное хэш-соединение.

В процессе оптимизации не всегда удается определить тип используемого хэш-соединения. Поэтому в SQL Server в первую очередь используются хэш-соединения в памяти, а затем, в зависимости от объемов входной конструктивной информации, осуществляется переход на поэтапное или рекурсивное хэш-соединение.

В случае неверного определения конструктивного и пробного входов в оптимизаторе запросов их переключение осуществляется динамически. При использовании хэш-соединения осуществляется контроль использования меньшего файла в качестве конструктивного входа. Данная функция называется «переключением ролей». Переключение ролей происходит внутри хэш-соединения после сброса информации на диск.

Переключение ролей происходит независимо от указаний запроса или структуры запроса. Событие «переключение ролей» не отображается в плане запроса, и сообщение о нем выдается пользователю непосредственно после выполнения.

Аварийная остановка хэша

Термин «аварийная остановка хэша» иногда используется для описания поэтапных и рекурсивных хэш-соединений.

Наличие рекурсивных хэш-соединений и аварийных остановок снижает производительность сервера. Если в трассировке содержится много «событий-предупреждений хэша», необходимо произвести обновление статистических данных соединяемых столбцов.

Дополнительные сведения об аварийных остановках хэша см. в разделе Класс событий Hash Warning.

Основные сведения об адаптивных соединениях

Адаптивные соединения в пакетном режиме позволяют отложить выбор метода Хэш-соединение или Соединение вложенными цикламидо завершения сканирования первых входных данных. Оператор адаптивного соединения определяет пороговое значение, по которому принимается решение о переключении на план вложенного цикла. Таким образом, во время выполнения план запроса может динамически переключаться на более эффективную стратегию соединения без перекомпиляции.

Наиболее полезной эта функция будет для рабочих нагрузок с частыми переключениями между просмотрами входных данных мелких и крупных соединений.

Решение для среды выполнения зависит от следующего:

Следующий запрос используется в качестве наглядного примера адаптивного соединения:

Этот запрос возвращает 336 строк. Если включить функцию Статистика активных запросов, отобразится следующий план:

Обратите внимание на следующие моменты в плане:

Теперь давайте сравним план с таким же запросом, но для случая, когда значение Quantity будет иметь всего одну строку в таблице:

Запрос возвращает одну строку. Если включить функцию «Статистика активных запросов», отобразится следующий план:

Обратите внимание на следующие моменты в плане:

Примечания к адаптивным соединениям

Адаптивные соединения предъявляют более высокие требования к памяти, чем эквивалентный план соединения вложенными циклами индекса. Дополнительная память запрашивается так, как если бы вложенный цикл был хэш-соединением. Существуют также издержки на этапе сборки, такие как стартстопная операция и эквивалентное потоковое соединение вложенными циклами. Эти дополнительные затраты обеспечивают гибкость для сценариев, где количество строк во входных данных сборки может меняться.

Адаптивные соединения в пакетном режиме используются для первого выполнения инструкции. После компиляции последовательные выполнения остаются адаптивными с учетом порога скомпилированных адаптивных соединений и строк времени выполнения, передаваемых через этап сборки внешних входных данных.

Если адаптивное соединение переключается на режим вложенного цикла, оно использует строки, уже считанные сборкой хэш-соединения. Этот оператор не считывает повторно строки по внешней ссылке.

Отслеживание операций адаптивного соединения

Оператор адаптивного соединения имеет следующие атрибуты оператора плана:

Предполагаемый план показывает форму плана адаптивного соединения, а также определенное пороговое значение адаптивного соединения и предполагаемый тип соединения.

Хранилище запросов захватывает и может принудительно применить план адаптивного соединения в пакетном режиме.

Допустимые инструкции адаптивного соединения

Чтобы логическое соединение стало допустимым для адаптивного соединения в пакетном режиме, должны выполняться следующие условия:

Строки адаптивного порогового значения

На приведенной ниже диаграмме показан пример пересечения между показателем затрат хэш-соединения и таким показателем альтернативного ему соединения вложенными циклами. В этой точке пересечения определяется пороговое значение, что, в свою очередь, определяет фактический алгоритм, используемый для операции соединения.

Отключение адаптивных соединений без изменения уровня совместимости

Адаптивные соединения можно отключить в области базы данных или инструкции, сохранив уровень совместимости базы данных 140 или более высокий.
Чтобы отключить адаптивные соединения для всех запросов, поступающих из базы данных, выполните следующую команду в контексте соответствующей базы данных:

Когда этот параметр включен, он будет иметь соответствующее состояние в представлении sys.database_scoped_configurations. Чтобы снова включить адаптивные соединения для всех запросов, выполняемых из базы данных, выполните следующую команду в контексте соответствующей базы данных:

Вы также можете отключить адаптивные соединения для определенного запроса, назначив DISABLE_BATCH_MODE_ADAPTIVE_JOINS в качестве указания запроса USE HINT. Пример:

Указание запроса USE HINT имеет приоритет над конфигурацией, областью действия которой является база данных, или флагом трассировки.

Значения NULL и соединения

Если в столбцах, по которым производится соединение таблиц, есть значение NULL, значения NULL друг с другом совпадать не будут. Наличие таких значений в столбце одной из соединяемых таблиц возможно только при использовании внешнего соединения (если только предложение WHERE не исключает значение NULL).

Ниже приведены две таблицы, каждая из которых может содержать NULL в столбце, по которому проводится соединение:

Соединение, сравнивающее значения в столбце a со значениями столбца c, не создает совпадений, если столбцы имеют значение NULL:

Возвращена только одна строка со значением 4 в столбцах a и c:

Значения NULL, возвращаемые из базовой таблицы, также сложно отличить от значений NULL, возвращаемых при внешнем соединении. Например, следующая инструкция SELECT выполняет левое внешнее соединение этих двух таблиц.

В результате сложно определить, какие значения NULL получены из данных, а какие означают неуспешное соединение. Если в соединениях данных присутствуют значения NULL, чаще всего желательно исключить их из результатов с помощью обычного соединения.

Источник