子查询与合并查询：SQL 的高级过滤技巧

在上一篇中，我们系统学习了 JOIN 的各种用法，掌握了如何将多张表的数据横向连接在一起。但在很多场景下，我们需要将一个查询的结果作为另一个查询的输入，这种"查询中的查询"就是子查询 。此外，当需要将两个结构相似的结果集纵向合并时，就要用到合并查询 （UNION）。

本文将带你掌握：

• 标量子查询、列子查询、行子查询
• FROM 子句中的派生表
• EXISTS / NOT EXISTS 关联子查询
• UNION 与 UNION ALL 的使用场景
• 实战：查找从未借书的读者，以及其他高级过滤

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1. 什么是子查询？

子查询是嵌套在另一个 SQL 语句（SELECT、INSERT、UPDATE、DELETE）中的 SELECT 查询。外层查询被称为"外部查询"或"主查询"，内层称为"子查询"或"内层查询"。

子查询必须用括号包裹，通常可以出现在：

• WHERE 子句中（最常见的用法）
• FROM 子句中（充当临时表）
• SELECT 列表中（作为计算列）

按返回结果分类：

• 标量子查询：返回单个值（一行一列）
• 列子查询：返回一列多行
• 行子查询：返回一行多列
• 表子查询：返回多行多列

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2. WHERE 中的子查询

2.1 标量子查询

标量子查询返回单个值，可以与比较运算符（=、>、< 等）配合使用。

需求：查询库存大于平均库存的图书

SELECT title, stock
FROM books
WHERE stock > (SELECT AVG(stock) FROM books);

执行过程：先计算子查询得到平均库存（假设为 5.8），再对外层每一行判断 stock > 5.8。

需求：查询与"张三"借阅了同一本书的读者

SELECT DISTINCT r.name
FROM readers r
JOIN borrow_records br ON r.id = br.reader_id
WHERE br.book_id = (
    SELECT book_id FROM borrow_records
    WHERE reader_id = 1
    ORDER BY borrow_date DESC
    LIMIT 1
);

这里子查询获取读者 ID=1（张三）最近借阅的一本书的 ID，然后外部查询找出所有借过这本书的读者。

2.2 列子查询（多行一列）

当子查询返回多行时，不能直接用 =，而要用 IN、ANY、ALL 等多行操作符。

IN ------ 是否在列表中

查找所有被借阅过的图书：

SELECT title
FROM books
WHERE id IN (SELECT DISTINCT book_id FROM borrow_records);

NOT IN ------ 不在列表中

查找从未被借过的图书：

SELECT title
FROM books
WHERE id NOT IN (SELECT DISTINCT book_id FROM borrow_records);

注意 ：NOT IN 有一个陷阱------如果子查询结果中包含 NULL，整个 NOT IN 结果将为空（因为 NULL 代表未知，任何值与 NULL 比较都返回 UNKNOWN）。为了避免此问题，可以在子查询中加 WHERE book_id IS NOT NULL，或者使用 NOT EXISTS（稍后介绍）。

ANY / ALL 与比较运算符组合

• > ANY (子查询)：大于子查询结果中的任意一个值，等价于大于最小值。
• > ALL (子查询)：大于子查询结果中的所有值，等价于大于最大值。

-- 查询库存大于"文学"分类中任意一本书的库存（即大于文学类最低库存）
SELECT title, stock
FROM books
WHERE stock > ANY (
    SELECT b.stock FROM books b
    JOIN book_category bc ON b.id = bc.book_id
    JOIN categories c ON bc.category_id = c.id
    WHERE c.name = '文学'
);

-- 查询库存大于"文学"分类中所有书的库存（即大于文学类最高库存）
SELECT title, stock
FROM books
WHERE stock > ALL (
    SELECT b.stock FROM books b
    JOIN book_category bc ON b.id = bc.book_id
    JOIN categories c ON bc.category_id = c.id
    WHERE c.name = '文学'
);

2.3 行子查询

行子查询返回一行多列，与外部查询的多列组合进行比较。

-- 查询与"张三"的出生日期和状态完全相同的读者
-- (假设 readers 表有 birthdate 和 status 列)
SELECT * FROM readers
WHERE (birthdate, status) = (
    SELECT birthdate, status FROM readers WHERE name = '张三'
);

行子查询在实际中使用较少，但理解它有助于阅读源码或某些自动生成的 SQL。

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3. FROM 中的子查询：派生表

子查询也可以放在 FROM 子句中，充当一张临时表（派生表）。它必须有一个别名。

需求：统计每位读者的借阅次数，再筛选出借阅次数超过 2 次的读者

如果不用派生表，你可能尝试在 WHERE 中使用聚合函数------但 WHERE 不能使用聚合，这就需要用 HAVING。而使用派生表可以将统计结果当作一张表来查询：

SELECT reader_name, borrow_count
FROM (
    SELECT r.name AS reader_name, COUNT(br.id) AS borrow_count
    FROM readers r
    LEFT JOIN borrow_records br ON r.id = br.reader_id
    GROUP BY r.id, r.name
) AS reader_stats
WHERE borrow_count > 2;

• 内层查询生成一张包含读者名和借阅次数的临时表 reader_stats。
• 外层查询从这张临时表中筛选 borrow_count > 2。

派生表在复杂报表中经常使用，尤其在需要多次引用同一个聚合结果时。

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4. EXISTS 与 NOT EXISTS

EXISTS 用于判断子查询是否返回至少一行。它通常是一个关联子查询------子查询中引用了外部查询的列。

语法：

WHERE EXISTS (子查询)
WHERE NOT EXISTS (子查询)

4.1 用 EXISTS 找出有借阅记录的读者

SELECT name
FROM readers r
WHERE EXISTS (
    SELECT 1 FROM borrow_records br
    WHERE br.reader_id = r.id
);

• 外部查询遍历 readers 每一行。
• 对于每一行，执行子查询：看 borrow_records 中是否有该读者的借阅记录。
• 如果子查询返回至少一行，EXISTS 为 TRUE，保留该读者。

习惯上，EXISTS 子查询的 SELECT 列表写 1 或 *，因为我们只关心行是否存在，不关心具体值。

4.2 用 NOT EXISTS 找出从未借书的读者

这正是我们这篇的实战核心：

SELECT name
FROM readers r
WHERE NOT EXISTS (
    SELECT 1 FROM borrow_records br
    WHERE br.reader_id = r.id
);

EXISTS vs IN：

• EXISTS 通常比 IN 更高效，尤其是子查询结果集很大的时候，因为 EXISTS 只要找到一行匹配就立即返回真，不需要生成完整结果集。
• NOT EXISTS 不受 NULL 问题困扰，比 NOT IN 更安全。
• 在关联列有索引时，两者性能差异不大，但 EXISTS 语义更清晰。

练习：查找至少被借阅过一次的图书

SELECT title
FROM books b
WHERE EXISTS (
    SELECT 1 FROM borrow_records br
    WHERE br.book_id = b.id
);

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5. 合并查询：UNION 与 UNION ALL

JOIN 是横向 拼接，将不同表的列组合在一起；UNION 是纵向 拼接，将多个 SELECT 的结果集按行合并。使用 UNION 的前提是：

• 每个 SELECT 的列数相同
• 对应列的数据类型兼容

5.1 UNION vs UNION ALL

• UNION：合并后自动去重 （相当于合并 + DISTINCT）。
• UNION ALL：保留所有行，不去重，性能更高。

5.2 使用场景

场景1：合并两个相似的查询结果

假设我们要生成一份"联系人"列表，同时包含读者和作者（假设有一个独立的 authors 表）：

SELECT name AS contact_name, '读者' AS contact_type FROM readers
UNION
SELECT author, '作者' FROM books
ORDER BY contact_name;

场景2：按条件拆分查询再合并

查询"库存为0的图书"和"库存超过10的图书"，作为两个极端情况展示：

SELECT title, stock, '缺货' AS status FROM books WHERE stock = 0
UNION ALL
SELECT title, stock, '库存充足' AS status FROM books WHERE stock > 10
ORDER BY stock;

这里使用 UNION ALL 是因为两个集合显然不会重复。

5.3 UNION 的排序与限制

• ORDER BY 只能放在最后一个 SELECT 之后，对整个合并结果排序。

• 如果要单独对某个 SELECT 排序，可以配合括号和 LIMIT：

  (SELECT ... ORDER BY ... LIMIT 10)
  UNION ALL
  (SELECT ... ORDER BY ... LIMIT 10);

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6. 子查询在 INSERT/UPDATE/DELETE 中的应用

子查询不仅用于 SELECT，还能嵌入到 DML 语句中。

6.1 INSERT ... SELECT

从其他表复制数据：

-- 将2025年的借阅记录归档到 borrow_archive 表
INSERT INTO borrow_archive (reader_id, book_id, borrow_date, due_date, return_date)
SELECT reader_id, book_id, borrow_date, due_date, return_date
FROM borrow_records
WHERE YEAR(borrow_date) = 2025;

6.2 UPDATE 结合子查询

将所有"文学"类图书的库存加 1：

UPDATE books
SET stock = stock + 1
WHERE id IN (
    SELECT book_id FROM book_category bc
    JOIN categories c ON bc.category_id = c.id
    WHERE c.name = '文学'
);

6.3 DELETE 结合子查询

删除没有任何借阅记录的读者：

DELETE FROM readers
WHERE id NOT IN (
    SELECT DISTINCT reader_id FROM borrow_records
);

或者用 NOT EXISTS（更安全）：

DELETE FROM readers r
WHERE NOT EXISTS (
    SELECT 1 FROM borrow_records br WHERE br.reader_id = r.id
);

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7. 实战：综合运用

让我们回到图书管理系统，完成几个有挑战性的查询。

7.1 查找从未借过书的读者（两种方法对比）

方法一：LEFT JOIN + IS NULL

SELECT r.name
FROM readers r
LEFT JOIN borrow_records br ON r.id = br.reader_id
WHERE br.id IS NULL;

方法二：NOT EXISTS

SELECT r.name
FROM readers r
WHERE NOT EXISTS (
    SELECT 1 FROM borrow_records br WHERE br.reader_id = r.id
);

两种结果相同，NOT EXISTS 通常更直观地表达了"不存在"的语义，且性能通常更好。

7.2 找出借阅最活跃的读者（借阅次数 >= 所有读者的平均借阅次数）

使用派生表 + 标量子查询：

WITH reader_stats AS (
    SELECT reader_id, COUNT(*) AS cnt
    FROM borrow_records
    GROUP BY reader_id
)
SELECT r.name, rs.cnt
FROM reader_stats rs
JOIN readers r ON rs.reader_id = r.id
WHERE rs.cnt >= (SELECT AVG(cnt) FROM reader_stats);

这里引入了 CTE（公用表表达式） ，MySQL 8.0 支持，比嵌套派生表更清晰。CTE 作为 WITH 子句定义，可被后续查询多次引用。

7.3 合并查询：生成"图书活跃度报告"

同时展示被借次数最多的 3 本书和最少的 3 本书：

(SELECT title, COUNT(*) AS borrow_count, '热门' AS label
 FROM books b
 JOIN borrow_records br ON b.id = br.book_id
 GROUP BY b.id, b.title
 ORDER BY borrow_count DESC
 LIMIT 3)
UNION ALL
(SELECT title, COUNT(*) AS borrow_count, '冷门' AS label
 FROM books b
 JOIN borrow_records br ON b.id = br.book_id
 GROUP BY b.id, b.title
 ORDER BY borrow_count ASC
 LIMIT 3)
ORDER BY borrow_count DESC;

7.4 查找借阅了所有"技术"类图书的读者

这个需求比较高级，需要关联子查询配合双重否定逻辑：

"借阅了所有技术类图书的读者"等价于"不存在一本技术类图书没有被该读者借阅过"。

SELECT r.name
FROM readers r
WHERE NOT EXISTS (
    SELECT 1
    FROM books b
    JOIN book_category bc ON b.id = bc.book_id
    JOIN categories c ON bc.category_id = c.id
    WHERE c.name = '技术'
      AND NOT EXISTS (
          SELECT 1 FROM borrow_records br
          WHERE br.book_id = b.id AND br.reader_id = r.id
      )
);

这个查询比较绕，建议你放慢阅读：最内层 NOT EXISTS 表示"该读者没有借过这本书"，外层 NOT EXISTS 表示"不存在这样的技术书"------即"该读者借过所有技术书"。

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8. 小结

本文我们深入了子查询和合并查询的高级用法：

子查询类型	位置	返回值	常用操作符
标量子查询	WHERE / SELECT	单个值	=, >, <
列子查询	WHERE	一列多行	IN, NOT IN, ANY, ALL
行子查询	WHERE	一行多列	= (col1, col2)
派生表	FROM	多行多列	作为临时表
EXISTS	WHERE	布尔值	EXISTS, NOT EXISTS

• EXISTS / NOT EXISTS 是表达"存在/不存在"语义的首选，性能通常优于 IN / NOT IN，且没有 NULL 陷阱。
• 合并查询 UNION / UNION ALL 纵向拼接结果集，注意列数和类型匹配。
• 子查询可以与 INSERT、UPDATE、DELETE 结合，实现基于其他表数据的增删改。

现在你已经掌握了单个 SELECT 的几乎所有技能。下一个阶段我们将进入数据库的核心原理------索引、事务与 JDBC 编程，让性能与安全再上一个台阶。在此之前，别忘了完成第二阶段的最后一篇项目实战，它将综合运用我们学过的所有知识！

思考题：

1. NOT IN 有什么潜在陷阱？用 NOT EXISTS 如何改写？
2. 派生表和 CTE (WITH) 有什么区别？分别在什么场景下使用？
3. UNION 和 JOIN 的根本区别是什么？它们能互相替代吗？

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参考资料

• MySQL 8.0 Reference Manual - Subqueries
• MySQL 8.0 Reference Manual - EXISTS and NOT EXISTS
• MySQL 8.0 Reference Manual - UNION

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