Запросы с использованием нескольких таблиц
Базы данных – это множество взаимосвязанных сущностей или отношений (таблиц) в терминологии реляционных СУБД. При проектировании стремятся создавать таблицы, в каждой из которых содержалась бы информация об одном типе сущностей. Это облегчает модификацию базы данных и поддержание ее целостности. Но такой подход тяжело усваивается начинающими проектировщиками и пользователями баз данных, которые пытаются привязать проект к будущим приложениям и так организовать таблицы, чтобы в каждой из них хранилось все необходимое для реализации возможных запросов.
Даже при отсутствии средств одновременного доступа ко многим таблицам нежелателен проект, в котором информация о многих типах сущностей перемешана в одной таблице. SQL же обладает великолепным механизмом для одновременной или последовательной обработки данных из нескольких взаимосвязанных таблиц. В нем реализованы возможности «соединять» или «объединять» несколько таблиц и так называемые «вложенные подзапросы».
Запросы с использованием соединений
Декартово произведение таблиц
Соединения – это подмножества декартова произведения. Так как декартово произведение N таблиц – это таблица, содержащая все возможные строки R, такие, что R является сцеплением какой-либо строки из первой таблицы, строки из второй таблицы, ... и строки из N-й таблицы, то осталось лишь выяснить, можно ли с помощью SELECT получить декартово произведение. Для получения декартова произведения нескольких таблиц надо указать в параметре FROM перечень перемножаемых таблиц, а во фразе SELECT – все их столбцы.
Так, для получения декартова произведения таблиц Students и St_Hobby, необходимо выполнить запрос:
SELECT Students.*, St_Hobby.*
FROM Students, St_Hobby;
В зависимости от количества строк, содержащихся в обеих таблицах, результирующий набор записей будет содержать количество строк, равно N*M, где N – количество строк в таблице Students, а M – количество строк в таблице St_Hobby. При выполнении декартово произведения над большим количеством таблиц, количество получившихся строк еще более возрастет. Если взять любой из результатов, полученных после выполнения декартово произведения, то станет понятно, что актуальными записями являются лишь очень немногие. Поэтому операция декартово произведения является лишь промежуточным этапом.
Эквисоединение таблиц
Актуальные строки можно отобрать из декартово произведения путем ввода в запрос параметра WHERE, в котором устанавливается соответствие между полями, посредством которых каждая пара таблиц связана между собой.
Эквисоединение таблиц в предыдущем запросе выглядит следующим образом:
SELECT Students.*, St_Hobby.*
FROM Students, St_Hobby
WHERE Students.N_z= St_Hobby.N_z;
Естественное соединение таблиц
Естественным соединением таблиц называется такое соединение, из которого исключены дубликаты столбцов, по которым проводилось эквисоединение (Students.N_z и St_Hobby.N_z). Для исключения дубликатов в операторе SELECT необходимо явно указать только один из столбцов этих пар, принадлежащего главной таблице:
SELECT Students.N_z, Students.F_Name, Students.S_Name, Students.B_Data, ST_Hobby.Hobby_name
FROM Students, St_Hobby
WHERE Students.N_z= St_Hobby.N_z;
Композиция таблиц
Композицией таблиц называется соединение, из которого полностью исключены столбцы, по которым производилось соединение.
Соединение таблиц с дополнительным условием
Наравне с уловными выражениями, предназначенными для указания способа соединения таблиц между собой, в параметре WHERE можно дополнительно указывать все описанные выше дополнительные условия фильтрации, объединенные с условными выражениями соединения при помощи оператора AND. Например:
-- получение информации о студентах из групп 2011,2012,3014 и их хобби
SELECT Students.N_z, Students.F_Name, Students.S_Name, Students.B_Data, ST_Hobby.Hobby_name
FROM Students, St_Hobby
WHERE Students.N_z= St_Hobby.N_z AND Students.N_gr IN (2011,2012,3014);
Соединение таблицы со своей копией
В ряде приложений возникает необходимость одновременной обработки данных какой-либо таблицы и одной или нескольких ее копий, создаваемых на время выполнения запроса.
Данная возможность часто используется для выявления объектов, имеющие общие значения атрибутов и находящиеся в одной таблице. В последнем случае в параметре WHERE устанавливают равенство значений всех одноименных столбцов этих таблиц, по значениям которых необходимо выявить совпадения, а для остальных установить неравенство значений (обычно достаточно установить неравенство значений полей, входящих в состав первичного ключа).
Временную копию таблицы можно сформировать, указав имя псевдонима за именем таблицы во фразе FROM.
Пример соединения таблиц со своей копией:
-- получение списка однофамильцев
SELECT S1.*
FROM Students S1, Students S2
WHERE S1.S_Name=S2.S_Name AND S1.N_z<>S2.N_z;
Внутреннее и внешнее объединение таблиц
Ранее были рассмотрены способы получения связанных между собой данных, находящихся в нескольких таблицах, при помощи комбинирования операций декартово произведения и горизонтальной фильтрации строк получившегося набора данных.
Кроме этого во многих СУБД существуют реализации операции внутреннего и внешнего условных соединений таблиц внутри одного запроса – INNER JOIN (внутреннее объединение), LEFT JOIN (полное левое объединение) и RIGHT JOIN (полное правое объединение).
Синтаксис применения операция объединения выглядит следующим образом:
SELECT список_полей
FROM таблица1 ( INNER | LEFT | RIGHT ) JOIN таблица2
ON таблица1.связующее_поле = таблица2.связующее_поле;
В результате выполнения внутреннего объединения из кортежей двух объединяемых таблиц остаются только те, для которых выполняется указанное условие.
При полном (внешнем) левом объединении из кортежей двух объединяемых таблиц остаются все кортежи таблицы, указанной слева от условного выражения, и кортежи правой таблицы, для которых выполняется указанное условие.
При полном (внешнем) правом объединении из кортежей двух объединяемых таблиц остаются все кортежи таблицы, указанной справа от условного выражения, и кортежи левой таблицы, для которых выполняется указанное условие.
В СУБД ORACLE также для реализации левого внешнего объединения используется оператор (+) в предложении WHERE, который ставиться справа от столбца, по которому осуществляется соединение, справа от знака =. Аналогично для правого объединения оператор (+) ставиться справа от столбца слева от знака равенства.
Вложенные подзапросы
Виды вложенных подзапросов
Вложенный подзапрос – это оператор SELECT, заключенный в круглые скобки и вложенный в команду языка DML, и использующийся в качестве источника данных для параметров SELECT, FROM, WHERE и HAVING. Каждый подзапрос в свою очередь может содержать в себе подзапрос и т.д. В каждой СУБД существуют ограничения на количество вложенных подзапросов, но обычно этих ограничений хватает, чтобы реализовать задачи любой известной сложности.
Вложенные подзапросы всегда применяются тогда, когда для выполнения основного запроса необходимо использовать данные, находящиеся в той же или других таблицах, которые невозможно получить при помощи соединения таблиц. Например, чтобы определить, какие хобби имеют степень риска, превышающую среднюю степень риска, необходимо предварительно вычислить эту среднюю степень риска.
Все подзапросы можно условно разделить на однострочные и многострочные, а также на простые и коррелированные.
Однострочные подзапросы возвращают в качестве результата всегда одну строку, не больше и не меньше, поэтому над результатами выполнения таких запросов можно использовать операции сравнения.
Многострочные запросы в общем случае могут вернуть любое количество строк, поэтому над результатами таких подзапросов нельзя использовать операции сравнения (если один из аргументов операции сравнения будет являться пустым множеством или множеством, состоящим более чем из одного элемента, то запрос завершиться с ошибкой). Для таких подзапросов применимы операторы IN и EXISTS.
Простыми, или независимыми, подзапросами называются вложенные подзапросы, выполнение которых не зависит от внешнего запроса. Простые вложенные подзапросы обрабатываются системой «снизу вверх». Первым обрабатывается вложенный подзапрос самого нижнего уровня. Множество значений, полученное в результате его выполнения, используется при реализации подзапроса более высокого уровня и т.д.
Запросы с коррелированными вложенными подзапросами обрабатываются системой в обратном порядке. Сначала выбирается первая строка рабочей таблицы, сформированной основным запросом, и из нее выбираются значения тех столбцов, которые используются во вложенном подзапросе (вложенных подзапросах). Если эти значения удовлетворяют условиям вложенного подзапроса, то выбранная строка включается в результат. Затем выбирается вторая строка и т.д., пока в результат не будут включены все строки, удовлетворяющие вложенному подзапросу (последовательности вложенных подзапросов).
Следует отметить, что SQL обладает большой избыточностью в том смысле, что он часто предоставляет несколько различных способов формулировки одного и того же запроса. Поэтому во многих примерах данной главы при помощи подзапросов будут решаться задачи, часть из которых успешнее реализуется с помощью соединений, но здесь все же будут приведены их варианты с использованием вложенных подзапросов. Это связано с необходимостью детального знакомства с созданием и принципом выполнения вложенных подзапросов, так как существует немало задач (особенно на удаление и изменение данных), которые не могут быть реализованы другим способом. Кроме того, разные формулировки одного и того же запроса требуют для своего выполнения различных ресурсов памяти и могут значительно отличаться по времени реализации в разных СУБД.
Однострочные вложенные подзапросы
Однострочные вложенные подзапросы чаще всего применяются совместно с агрегатными функциями, результат вычисления которых и является единственным результатом подзапроса. Например:
-- получить название хобби, имеющего максимальную степень риска
SELECT H_Name FROM Hobbys WHERE Risk =(SELECT Max(Risk) FROM Students);
В данном случае вложенный подзапрос должен выполняться для каждой строки, обрабатываемой во внешнем запросе. Но очевидно, что результат вложенного запроса никоим образом не зависит от того, какая строка обрабатывается во внешнем запросе. В таких случаях, чтобы не выполнять один и тот же вложенный подзапрос, независящий от внешнего запроса, некоторые СУБД кэшируют (запоминают) результат, полученный в результате первого выполнения вложенного подзапроса, и подставляют для всех остальных строк таблиц, обрабатываемых во внешнем запросе.
Многострочные вложенные подзапросы
Многострочные вложенные подзапросы используются для представления множества значений, исследование которых должно осуществляться в каком-либо предикате IN, что иллюстрируется в следующем примере:
-- определение номера зачеток студентов, которые не имеют ни одного хобби
SELECT N_z FROM Students WHERE N_z NOT IN
(SELECT DISTINCT N_z FROM St_Hobbys);
Иногда с использованием многострочных подзапросов также можно решать задачи, которые обычно решаются простым соединением таблиц внутри одного запроса, например:
-- определить номера зачеток студентов, которые имеют хотя бы одно хобби
SELECT N_z FROM Students WHERE N_z IN
(SELECT DISTINCT N_z FROM St_Hobbys);
-- Эту задачу можно решить путем простого соединения таблиц
SELECT N_z FROM Students,St_Hobbys
WHERE Students.N_z= St_Hobby.N_z ;
Коррелированные вложенные подзапросы
Коррелированные подзапросы характерны тем, что вложенный подзапрос не может быть обработан прежде, чем будет обрабатываться внешний подзапрос. Это связано с тем, что вложенный подзапрос зависит от значения внешнего запроса, а оно изменяется по мере того, как система проверяет различные строки таблицы, указанной во внешнем запросе. Например:
-- вывести фамилии студентов, названия тех их хобби, которыми каждый из них увлекается дольше всего
SELECT ST.S_Name, STH.Hobby_Name FROM Students ST, ST_Hobbys STH
WHERE STH.N_z=ST.N_z AND STH.Start_Data=
(SELECT MIN(Start_Data) FROM ST_Hobbys
WHERE N_z=ST.N_z);