四、表关系与复杂查询
一、表关系设计与约束
1. 表关系类型与实现
| 关系类型 | 实现方式 | 示例场景 |
|---|---|---|
| 一对一 | 共享主键 或 外键唯一约束 | 用户 ↔ 用户详细信息 |
| 一对多 | 外键约束 | 部门 ↔ 员工 |
| 多对多 | 中间表 + 联合主键 | 学生 ↔ 课程 |
2. 核心约束类型
-- 完整表创建示例（含约束）
CREATE TABLE employees (
emp_id INT PRIMARY KEY AUTO_INCREMENT, -- 主键约束
emp_name VARCHAR(50) NOT NULL, -- 非空约束
email VARCHAR(100) UNIQUE, -- 唯一约束
dept_id INT,
salary DECIMAL(10,2) CHECK (salary > 0), -- 检查约束（MySQL 8.0+）
FOREIGN KEY (dept_id) REFERENCES departments(dept_id) -- 外键约束
);
约束类型详解
| 约束类型 | 作用 | 注意事项 |
|---|---|---|
| PRIMARY KEY | 唯一标识记录，自动创建聚集索引 | 每表只能有一个主键 |
| FOREIGN KEY | 强制引用完整性 | 可能影响性能，高并发慎用 |
| UNIQUE | 保证字段值唯一 | 可空字段允许存在多个NULL值 |
| CHECK | 自定义验证规则 | MySQL 8.0前需通过触发器实现 |
| NOT NULL | 禁止空值 | 与DEFAULT配合使用更安全 |
二、索引与查询优化
1. 索引的作用与类型
| 索引类型 | 特点 | 适用场景 |
|---|---|---|
| B-Tree索引 | 默认索引，支持范围查询 | 大多数场景（如WHERE、ORDER BY） |
| 唯一索引 | 强制字段值唯一 | 身份证号、邮箱等字段 |
| 联合索引 | 多列组合索引 | 常一起查询的字段组合 |
2. 索引创建与使用
-- 创建索引
CREATE INDEX idx_emp_name ON employees(emp_name); -- 单列索引
CREATE UNIQUE INDEX idx_email ON employees(email);-- 唯一索引
CREATE INDEX idx_dept_salary ON employees(dept_id, salary); -- 联合索引
-- 查看索引
SHOW INDEX FROM employees;
-- 删除索引
DROP INDEX idx_emp_name ON employees;
3. 索引优化原则
-
最左前缀原则：联合索引
(A,B,C)可生效于：WHERE A=1WHERE A=1 AND B=2WHERE A=1 AND B=2 AND C=3
-
避免过度索引：索引会降低写操作速度
-
覆盖索引：查询字段全部在索引中时，无需回表
-- 使用覆盖索引 SELECT emp_name FROM employees WHERE emp_name LIKE '张%';
三、高级关联查询
1. JOIN 执行原理
-- 示例：三表关联
-- 查询部门名称、员工姓名及其领导的项目名称
SELECT
d.dept_name, -- 选择部门名称
e.emp_name, -- 选择员工姓名
p.project_name -- 选择项目名称
FROM departments d -- 从部门表开始查询
JOIN employees e -- 连接员工表
ON d.dept_id = e.dept_id -- 连接条件：部门ID匹配
LEFT JOIN projects p -- 左连接项目表
ON e.emp_id = p.leader_id; -- 连接条件：员工ID与项目领导ID匹配
JOIN 执行顺序
- 执行
FROM departments d - 执行
JOIN employees e→ 生成中间结果集 - 执行
LEFT JOIN projects p→ 扩展结果集 - 应用
WHERE过滤（如果有） - 执行
SELECT字段投影
2. 自连接（Self Join）
-- 查询在同一部门中的不同员工对
SELECT
e1.emp_name AS employee1, -- 选择第一个员工的姓名
e2.emp_name AS employee2 -- 选择第二个员工的姓名
FROM employees e1 -- 从员工表（别名 e1）开始查询
JOIN employees e2 -- 自连接员工表（别名 e2）
ON e1.dept_id = e2.dept_id -- 连接条件：部门ID相同
AND e1.emp_id < e2.emp_id; -- 确保员工ID不同且避免重复配对
3. 递归查询（WITH RECURSIVE）
-- 使用递归CTE生成从1到10的数字序列
WITH RECURSIVE numbers(n) AS ( -- 定义递归CTE，命名为numbers，包含列n
SELECT 1 -- 初始查询：从1开始
UNION ALL -- 递归部分：将结果与后续查询合并
SELECT n+1 FROM numbers -- 递归查询：每次将n的值加1
WHERE n < 10 -- 递归终止条件：n小于10时继续递归
)
SELECT * FROM numbers; -- 最终查询：返回递归CTE的结果
四、综合案例：电商系统优化
1. 带约束的表设计
--产品表（products）
CREATE TABLE products (
product_id INT PRIMARY KEY AUTO_INCREMENT, -- 产品ID，主键，自增
product_name VARCHAR(255) NOT NULL, -- 产品名称，必填
price DECIMAL(10,2) CHECK (price >= 0), -- 产品价格，必须大于等于0
stock INT DEFAULT 0 CHECK (stock >= 0) -- 库存数量，默认值为0，必须大于等于0
);
CREATE TABLE orders (
order_id INT PRIMARY KEY AUTO_INCREMENT, -- 订单ID，主键，自增
user_id INT NOT NULL, -- 用户ID，必填，外键关联用户表
order_date DATETIME DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP, -- 订单日期，默认值为当前时间
status ENUM('pending', 'shipped', 'completed') DEFAULT 'pending', -- 订单状态，枚举类型，默认值为'pending'
FOREIGN KEY (user_id) REFERENCES users(user_id) -- 外键约束，关联用户表的user_id字段
);
-- 中间表（含联合主键）
CREATE TABLE order_items (
order_id INT, -- 订单ID，联合主键之一，外键关联订单表
product_id INT, -- 产品ID，联合主键之一，外键关联产品表
quantity INT CHECK (quantity > 0), -- 购买数量，必须大于0
PRIMARY KEY (order_id, product_id), -- 联合主键，由order_id和product_id组成
FOREIGN KEY (order_id) REFERENCES orders(order_id), -- 外键约束，关联订单表的order_id字段
FOREIGN KEY (product_id) REFERENCES products(product_id) -- 外键约束，关联产品表的product_id字段
);
2. 索引优化实战
-- 高频查询：按用户和状态查订单
CREATE INDEX idx_user_status ON orders(user_id, status);
-- 高频搜索：商品名称模糊查询
CREATE FULLTEXT INDEX idx_product_name ON products(product_name);
-- 使用全文索引查询
SELECT * FROM products
WHERE MATCH(product_name) AGAINST('手机 -配件' IN BOOLEAN MODE);
3. 复杂业务查询
-- 统计每个用户的2023年度消费总金额（包含未消费用户）
SELECT
u.user_name, -- 用户姓名
--当SUM的结果为NULL时，COALESCE会返回0
COALESCE(SUM(oi.quantity * p.price), 0) AS total_spent -- 计算消费总金额（未消费显示0）
FROM users u
LEFT JOIN orders o ON u.user_id = o.user_id -- 关联用户和订单表（保留未下单用户）
LEFT JOIN order_items oi ON o.order_id = oi.order_id -- 关联订单和订单明细表
LEFT JOIN products p ON oi.product_id = p.product_id -- 关联订单明细和商品表
WHERE o.order_date BETWEEN '2023-01-01' AND '2023-12-31' -- 筛选2023年订单
GROUP BY u.user_id; -- 按用户ID分组汇总消费金额
-- 查找库存紧张的热销商品（销量TOP 10且库存<100）
SELECT
p.product_name, -- 商品名称
SUM(oi.quantity) AS total_sold, -- 统计商品总销量
p.stock -- 显示当前库存量
FROM products p
JOIN order_items oi ON p.product_id = oi.product_id -- 关联商品和订单明细表
GROUP BY p.product_id -- 按商品ID分组统计销量
HAVING total_sold > 100 AND stock < 100 -- 筛选销量>100且库存<100的商品
ORDER BY total_sold DESC -- 按销量降序排列
LIMIT 10; -- 仅显示销量最高的前10条记录
五、常见错误与调试技巧
1. 外键约束冲突
错误示例：
-- 尝试删除有子记录的部门
DELETE FROM departments WHERE dept_id = 1;
-- 报错：Cannot delete or update a parent row: a foreign key constraint fails
解决方案：
-- 方法1：先删除子记录
DELETE FROM employees WHERE dept_id = 1;
DELETE FROM departments WHERE dept_id = 1;
-- 方法2：使用级联删除（设计表时定义）
CREATE TABLE employees (
...
FOREIGN KEY (dept_id)
REFERENCES departments(dept_id)
ON DELETE CASCADE
);
2. 索引失效场景
| 场景 | 示例 | 优化方案 |
|---|---|---|
| 对索引列使用函数 | WHERE YEAR(create_time)=2023 | 改为范围查询：WHERE create_time BETWEEN '2023-01-01' AND '2023-12-31' |
| 使用前导通配符模糊查询 | WHERE name LIKE '%张三%' | 使用全文索引或倒序存储 |
| 隐式类型转换 | WHERE id = '100'（id为INT） | 保持类型一致：WHERE id = 100 |
六、实战练习建议
1. 设计医院管理系统
- 核心表：患者表、医生表、科室表、预约记录表、病历表
- 要求：
- 实现多对多关系（医生-科室）
- 添加合理的约束（如预约时间不能早于当前时间）
- 创建必要的索引
- 编写以下查询：
- 查找某科室最繁忙的医生
- 统计各科室的预约成功率
- 检索患者的完整就诊历史
2. 性能优化挑战
- 对已有慢查询进行
EXPLAIN分析 - 通过索引优化将查询时间从 2s 降至 200ms 以内
- 使用
FORCE INDEX强制使用特定索引对比效果