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那些年我们踩过的坑，SQL 中的空值陷阱！

文章目录

      • NULL 即是空
      • 三值逻辑
      • 空值比较
      • NOT IN 与空值
      • 函数与空值
      • DISTINCT、GROUP BY、UNION 与空值
      • ORDER BY 与空值
      • 空值处理函数
      • 字段约束与空值

那些年我们踩过的坑，SQL 中的空值陷阱！-LMLPHP

SQL 是一种声明式的语言，我们只需要描述想要的结果（WHAT），而不关心数据库如何实现（HOW）；虽然 SQL 比较容易学习，但是仍然有一些容易混淆和出错的概念。

今天我们就来说说 SQL 中的空值陷阱和避坑方法，涉及的数据库包括 MySQL、Oracle、SQL Server、PostgreSQL 以及 SQLite。还是老规矩，结论先行：

三值逻辑✔️✔️✔️✔️✔️
空值比较IS [NOT] NULL
expr <=> NULL		IS [NOT] NULL
'' IS NULL		IS [NOT] NULLIS [NOT] NULL
IS [NOT] DISTINCT FROM NULL		IS [NOT] NULL
NOT IN (NULL)不返回结果不返回结果不返回结果不返回结果不返回结果
函数/表达式 NULL 参数结果为 NULL结果为 NULL
CONCAT 函数和 || 例外		结果为 NULL
CONCAT 函数例外		结果为 NULL
CONCAT 函数例外		结果为 NULL
聚合函数忽略 NULL 数据
COUNT(*) 除外		忽略 NULL 数据
COUNT(*) 除外		忽略 NULL 数据
COUNT(*) 除外		忽略 NULL 数据
COUNT(*) 除外		忽略 NULL 数据
COUNT(*) 除外
DISTINCT
GROUP BY
PARTITION BY
UNION		所有空值分为一组所有空值分为一组所有空值分为一组所有空值分为一组所有空值分为一组
ORDER BY默认空值最小默认空值最大
支持 NULLS FIRST | LAST		默认空值最小默认空值最大
支持 NULLS FIRST | LAST		默认空值最小
支持 NULLS FIRST | LAST
COALESCE 函数
NULLIF 函数		✔️
IFNULL(expr1, expr2)
IF(expr1, expr2, expr3)		✔️
NVL(expr1, expr2)
NVL2(expr1, expr2, expr3)		✔️
ISNULL(expr1, expr2)		✔️✔️
唯一约束允许多个空值✔️✔️❌✔️✔️
检查约束允许插入空值✔️✔️✔️✔️✔️

本文使用的示例数据可以点击链接《SQL 入门教程》示例数据库下载。

NULL 即是空

在数据库中，空值（NULL）是一个特殊的值，通常用于表示缺失值或者不适用的值。比如，填写问卷时不愿意透露某些信息会导致录入项的缺失，在公司的组织结构中总会有一个人（董事长/总经理）没有上级领导。

首先一点，空值与数字 0 并不相同。假如我问你：你的钱包里有多少钱？如果你知道里面没有钱，可以说是零；如果你不确定，那么就是未知，但不能说没有。当我们需要创建一个表来存储这个信息的时候，应该是 NULL；除非我们能够确定钱包里面没有钱或者有多少钱。

另外，空值与空字符串（''）也不相同，原因和上面类似。但是 Oracle 是一个例外，我们会在下文具体讨论。

在大多数编程语言中，访问 null 值通常会导致错误；但是 SQL 不会出错，只是会影响到运算的结果而已。

三值逻辑

在大多数编程语言中，逻辑运算的结果只有两种情况，不是真（True）就是假（False）。但是对于 SQL 而言，逻辑运算还可能是未知（Unknown）：

那些年我们踩过的坑，SQL 中的空值陷阱！-LMLPHP

引入三值逻辑主要是为了支持 NULL，因为 NULL 代表的是未知数据。因此，SQL 中的逻辑运算与（AND）、或（OR）以及非（NOT）的结果如下：

真真假未知
假假假假
未知未知假未知
真真真真
假真假未知
未知真未知未知
真假
假真
未知未知

对于 AND 运算符而言，真和未知的与运算有可能是真，也有可能是假；因此，最终的结果是未知。

空值比较

当我们使用比较运算符（=、<>、<、> 等）与 NULL 进行比较时，结果既不是真也不是假，而是未知；因为 NULL 表示未知，也就意味着可能是任何值。以下运算的结果都是未知：

NULL = 0

NULL <> 0

NULL <= 0

NULL = NULL

NULL != NULL

NULL 与任何值都不相等，甚至两个 NULL 也不想等；因为我们不能说两个未知的值相同，也不能说它们不相同。

那么，如何判断一个值是否是 NULL 呢？为此，SQL 引入了两个谓词（WHERE 子句）：IS NULL和IS NOT NULL。以下示例用于查找 manager 为空的员工：

-- 使用比较运算符判断空值

SELECT employee_id, first_name, last_name, manager_id

  FROM employees

 WHERE manager_id = NULL;

employee_id|first_name|last_name|manager_id|

-----------|----------|---------|----------|

-- 使用 IS NULL 判断空值

SELECT employee_id, first_name, last_name, manager_id

  FROM employees

 WHERE manager_id IS NULL;

employee_id|first_name|last_name|manager_id|

-----------|----------|---------|----------|

        100|Steven    |King     |          |

其中，第一个查询使用比较运算符判断空值，不会返回任何结果；第二个查询使用 IS NULL 判断空值，返回了正确的结果。

除了标准的IS [NOT] NULL之外，还有一些数据库扩展的运算符可以用于空值比较：

-- MySQL

SELECT employee_id, first_name, last_name, manager_id

  FROM employees

 WHERE manager_id <=> NULL;

employee_id|first_name|last_name|manager_id|

-----------|----------|---------|----------|

        100|Steven    |King     |          |

-- PostgreSQL

SELECT employee_id, first_name, last_name, manager_id

  FROM employees

 WHERE manager_id IS NOT DISTINCT FROM NULL;

employee_id|first_name|last_name|manager_id|

-----------|----------|---------|----------|

        100|Steven    |King     |          |

MySQL 中的<=>可以用于等值比较，支持两个 NULL 值；PostgreSQL 中的IS [NOT] DISTINCT FROM可以用于等值比较，支持两个 NULL 值。

以下查询的结果也不会返回任何结果：

SELECT employee_id, first_name, last_name, manager_id

  FROM employees

 WHERE (1 = NULL) OR (1 != NULL);

因为根据上面的三值逻辑，两个未知结果的 OR 运算最终还是未知。

前文我们说过，空字符串不是 NULL；但是 Oracle 中的空字符串被看作 NULL。例如：

-- Oracle

SELECT 1

  FROM dual

 WHERE '' IS NULL;

VAL|

---|

  1|

-- 其他数据库

SELECT 1 AS val

 WHERE '' IS NULL;

val|

---|

当然，我们如果使用等值（=）运算符判断空字符串与 NULL，结果仍然为空。

NOT IN 与空值

对于 WHERE 条件中的 IN 和 NOT IN 运算符，使用的是等值比较。所以如果 NOT IN 碰到了 NULL 值，永远不会返回任何结果。例如：

SELECT employee_id, first_name, last_name, manager_id

  FROM employees

 WHERE 1 NOT IN (NULL, 2);

因为上面的条件实际上等价于：

SELECT employee_id, first_name, last_name, manager_id

  FROM employees

 WHERE 1 != NULL AND 1 != 2;

1 不等于 NULL 的结果是未知，1 不等于 2 的结果是真，未知和真的 AND 运算结果还是未知。

函数与空值

一般来说，函数和表达式的参数中如果存在 NULL，其结果也是 NULL。当然也有一些例外，比如聚合函数。

以下查询返回的都是 NULL：

SELECT ABS(NULL), 1 + NULL

  FROM employees

 WHERE employee_id = 100;

ABS(NULL)|1 + NULL|

---------|--------|

   [NULL]|  [NULL]|

一个未知值的绝对值仍然未知，1 加上一个未知值结果还是未知。

但是一个常见的例外是字符串与 NULL 的连接：

-- Oracle、SQL Server、PostgreSQL

SELECT CONCAT('Hello', NULL)

  FROM employees

 WHERE employee_id = 100;

CONCAT('HELLO',NULL)|

--------------------|

Hello               |

-- MySQL

SELECT CONCAT('Hello', NULL)

  FROM employees

 WHERE employee_id = 100;

CONCAT('Hello', NULL)|

---------------------|

               [NULL]|

Oracle 将 NULL 看作空字符串，所以查询结果为“Hello”；SQL Server 和 PostgreSQL 虽然区分了 NULL 和空字符串，但是 CONCAT 函数中这两者等价；MySQL 中 NULL 参数导致 CONCAT 函数结果为 NULL；SQLite 没有提供 CONCAT 函数。

另外，Oracle 中的 || 也将 NULL 看作空字符串；其他数据库 || 中的 NULL 将参数会产生 NULL 结果；SQL Server 中使用 + 连接字符串，NULL 参数将会产生 NULL 结果。

聚合函数（SUM、COUNT、AVG 等）通常会在进行计算之前删除 NULL 数据：

SELECT SUM(salary + commission_pct) sum1,

       SUM(salary) + SUM(commission_pct) sum2,

       COUNT(salary),

       COUNT(commission_pct)

  FROM employees;

SUM1    |SUM2    |COUNT(SALARY)|COUNT(COMMISSION_PCT)|

--------|--------|-------------|---------------------|

311507.8|691423.8|          107|                   35|

第一个 SUM 函数返回的是 salary 和 commission_pct 都不为空的数据总和；第而个 SUM 函数返回的是 salary 不为空的数据总和加上 commission_pct 不为空的数据总和，所以比第一个数据大；COUNT 函数结果显示 salary 有 107 条记录不为空，commission_pct 只有 35 条记录不为空。

如果输入数据都是 NULL 值，除了 COUNT 函数之外的其他聚合函数返回 NULL：

SELECT COUNT(*), COUNT(commission_pct), AVG(commission_pct), SUM(commission_pct)

  FROM employees

 WHERE commission_pct IS NULL;

COUNT(*)|COUNT(COMMISSION_PCT)|AVG(COMMISSION_PCT)|SUM(COMMISSION_PCT)|

--------|---------------------|-------------------|-------------------|

      72|                    0|             [NULL]|             [NULL]|

COUNT(*) 总是返回数据的行数，不受空值的影响；COUNT(commission_pct) 返回了零；AVG 和 SUM 返回了 NULL。

DISTINCT、GROUP BY、UNION 与空值

SQL 中的分组操作将所有的 NULL 值分到同一个组，包括 DISTINCT、GROUP BY 以及窗口函数中的 PARTITION BY。例如：

SELECT DISTINCT commission_pct

  FROM employees;

commission_pct|

--------------|

        [NULL]|

          0.40|

          0.30|

          0.20|

          0.25|

          0.15|

          0.35|

          0.10|

SELECT commission_pct

  FROM employees

 GROUP BY commission_pct;

commission_pct|

--------------|

        [NULL]|

          0.40|

          0.30|

          0.20|

          0.25|

          0.15|

          0.35|

          0.10|

从上面的示例可以看出，commission_pct 为空的数据有 72 条，但是分组之后只有一个 NULL 组。

除此之外，UNION 操作符也将所有的 NULL 看作相同值：

SELECT manager_id

  FROM employees

 WHERE manager_id IS NULL

 UNION

SELECT manager_id

  FROM employees

 WHERE manager_id IS NULL;

manager_id|

----------|

    [NULL]|

如果将 UNION 换成 UNION ALL，查询结果将会保留 2 个 NULL 值。

ORDER BY 与空值

SQL 标准没有定义 NULL 值的排序顺序，但是为 ORDER BY 定义了 NULLS FIRST 和 NULLS LAST 选项，用于明确指定空值排在其他数据之前或者之后。

不同数据库对此提供了不同的实现：

SELECT employee_id, manager_id

  FROM employees

 WHERE employee_id IN (100, 101, 102)

 ORDER BY manager_id;

-- Oracle、PostgreSQL

EMPLOYEE_ID|MANAGER_ID|

-----------|----------|

        101|       100|

        102|       100|

        100|    [NULL]|

-- MySQL、SQL Server、SQLite

employee_id|manager_id|

-----------|----------|

        100|    [NULL]|

        101|       100|

        102|       100|

其中，Oracle 和 PostgreSQL 默认将 NULL 作为最大值，升序时排在最后；MySQL、SQL Server 和 SQLite 默认将 NULL 作为最小值，升序时排在最前。

另外，Oracle、PostgreSQL 和 SQLite 提供了扩展的 NULLS FIRST 和 NULLS LAST 选项：

-- Oracle、PostgreSQL 和 SQLite

SELECT employee_id, manager_id

  FROM employees

 WHERE employee_id IN (100, 101, 102)

 ORDER BY manager_id NULLS FIRST;

employee_id|manager_id|

-----------|----------|

        100|    [NULL]|

        101|       100|

        102|       100|

我们也可以使用 CASE 表达式实现类似的效果。以下示例与 NULLS LAST 作用相同，而且所有数据库都可以使用：

SELECT employee_id, manager_id

  FROM employees

 WHERE employee_id IN (100, 101, 102)

 ORDER BY CASE WHEN manager_id IS NULL THEN 1

               ELSE 0

          END,

          manager_id;

employee_id|manager_id|

-----------|----------|

        101|       100|

        102|       100|

        100|    [NULL]|

首先，CASE 表达式将 manager_id 为空的数据转换为 1，非空的数据转换为 0，所以空值排在其他数据之后；第二个排序字段 manager_id 确保了非空的数据从小到大排序。

空值处理函数

由于空值的特殊性，我们在分析数据时经常需要进行空值和其他值的转换。为此，SQL 提供了两个标准的空值函数：COALESCE 和 NULLIF。

COALESCE(exp1, exp2, …) 函数用于将 NULL 转换为其他值。当 exp1 不为空时返回 exp1，否则检查 exp2；如果 exp2 不为空时返回 exp2，依次类推。例如：

SELECT COALESCE(NULL, NULL, 3)
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