神奇的 SQL 之层级 → 为何 GROUP BY 以后不能直接引用原表中的列

前言

　　开心一刻

感受不妙呀，弟弟舔它！ 不应舔的，舔到怀疑人生了......

GROUP BY 后 SELECT 列的限制

　　标准 SQL 规定，在对表进行聚合查询的时候，只能在 SELECT 子句中写下面 3 种内容：经过 GROUP BY 子句指定的聚合键、聚合函数（SUM 、AVG 等）、常量。咱们来看个例子

　　咱们有 学生班级表（tbl_student_class） 以及 数据以下 ：

DROP TABLE IF EXISTS tbl_student_class;
CREATE TABLE tbl_student_class (
  id int(8) unsigned NOT NULL AUTO_INCREMENT COMMENT '自增主键',
  sno varchar(12) NOT NULL COMMENT '学号',
  cno varchar(5) NOT NULL COMMENT '班级号',
  cname varchar(20) NOT NULL COMMENT '班级名',
  PRIMARY KEY (id)
) COMMENT='学生班级表';

-- ----------------------------
-- Records of tbl_student_class
-- ----------------------------
INSERT INTO tbl_student_class VALUES ('1', '20190607001', '0607', '影视7班');
INSERT INTO tbl_student_class VALUES ('2', '20190607002', '0607', '影视7班');
INSERT INTO tbl_student_class VALUES ('3', '20190608003', '0608', '影视8班');
INSERT INTO tbl_student_class VALUES ('4', '20190608004', '0608', '影视8班');
INSERT INTO tbl_student_class VALUES ('5', '20190609005', '0609', '影视9班');
INSERT INTO tbl_student_class VALUES ('6', '20190609006', '0609', '影视9班');

　　咱们想统计各个班（班级号、班级名）一个有多少人、以及最大的学号，咱们该怎么写这个查询 SQL ？ 我想你们应该都会

SELECT cno,cname,count(sno),MAX(sno) 
FROM tbl_student_class
GROUP BY cno,cname;

　　但是有人会想了，cno 和 cname 原本就是一对一，cno 一旦肯定，cname 也就肯定了，那 SQL 是否是能够这么写 ？

SELECT cno,cname,count(sno),MAX(sno) 
FROM tbl_student_class
GROUP BY cno;

　　执行报错了：

[Err] 1055 - Expression #2 of SELECT list is not in GROUP BY clause and contains nonaggregated column 'test.tbl_student_class.cname' which is not functionally dependent on columns in GROUP BY clause; this is incompatible with sql_mode=only_full_group_by

　　提示信息：SELECT 列表中的第二个表达式（cname）不在 GROUP BY 的子句中，同时它也不是聚合函数；这与 sql 模式：ONLY_FULL_GROUP_BY 不相容。

　　为何 GROUP BY 以后不能直接引用原表（不在 GROUP BY 子句）中的列 ？ 莫急，咱们慢慢往下看。

SQL 模式

　　MySQL 服务器能够在不一样的 SQL 模式下运行，而且能够针对不一样的客户端以不一样的方式应用这些模式，具体取决于 sql_mode 系统变量的值。 DBA 能够设置全局SQL模式以匹配站点服务器操做要求，而且每一个应用程序能够将其会话 SQL 模式设置为其本身的要求。模式会影响 MySQL 支持的 SQL 语法以及它执行的 数据验证检查，这使得在不一样环境中使用MySQL以及将MySQL与其余数据库服务器一块儿使用变得更加容易。更多详情请查阅官网：Server SQL Modes。MySQL 版本不一样，内容会略有不一样（包括默认值），查阅的时候注意与自身的 MySQL 版本保持一致。

　　SQL 模式主要分两类：语法支持类和数据检查类，经常使用的以下

　　语法支持类　　　　

　　　　ONLY_FULL_GROUP_BY

　　　　　　对于 GROUP BY 聚合操做，若是在 SELECT 中的列、HAVING 或者 ORDER BY 子句的列，没有在GROUP BY中出现，那么这个SQL是不合法的

　　　　ANSI_QUOTES

　　　　　　启用 ANSI_QUOTES 后，不能用双引号来引用字符串，由于它被解释为识别符，做用与 ` 同样。设置它之后，update t set f1="" ...，会报 Unknown column ‘’ in field list 这样的语法错误

　　　　PIPES_AS_CONCAT

　　　　　　将 || 视为字符串的链接操做符而非 或 运算符，这和Oracle数据库是同样的，也和字符串的拼接函数 CONCAT() 相相似

　　　　NO_TABLE_OPTIONS

　　　　　　使用 SHOW CREATE TABLE 时不会输出MySQL特有的语法部分，如 ENGINE ，这个在使用 mysqldump 跨DB种类迁移的时候须要考虑

　　　　NO_AUTO_CREATE_USER

　　　　　　字面意思不自动建立用户。在给MySQL用户受权时，咱们习惯使用 GRANT ... ON ... TO dbuser 顺道一块儿建立用户。设置该选项后就与oracle操做相似，受权以前必须先创建用户

　　数据检查类　　　

　　　　NO_ZERO_DATE

　　　　　　认为日期 ‘0000-00-00’ 非法，与是否设置后面的严格模式有关

　　　　　　一、若是设置了严格模式，则 NO_ZERO_DATE 天然知足。但若是是 INSERT IGNORE 或 UPDATE IGNORE，’0000-00-00’依然容许且只显示warning；

　　　　　　二、若是在非严格模式下，设置了NO_ZERO_DATE，效果与上面同样，’0000-00-00’ 容许但显示warning；若是没有设置NO_ZERO_DATE，no warning，当作彻底合法的值；

　　　　　　三、NO_ZERO_IN_DATE状况与上面相似，不一样的是控制日期和天，是否可为 0 ，即 2010-01-00 是否合法；

　　　　NO_ENGINE_SUBSTITUTION

　　　　　　使用 ALTER TABLE 或 CREATE TABLE 指定 ENGINE 时， 须要的存储引擎被禁用或未编译，该如何处理。启用 NO_ENGINE_SUBSTITUTION 时，那么直接抛出错误；不设置此值时，CREATE用默认的存储引擎替代，ATLER不进行更改，并抛出一个 warning

　　　　STRICT_TRANS_TABLES

　　　　　　设置它，表示启用严格模式。注意 STRICT_TRANS_TABLES 不是几种策略的组合，单独指 INSERT、UPDATE 出现少值或无效值该如何处理：

　　　　　　一、前面提到的把 ‘’ 传给int，严格模式下非法，若启用非严格模式则变成 0，产生一个warning；

　　　　　　二、Out Of Range，变成插入最大边界值；

　　　　　　三、当要插入的新行中，不包含其定义中没有显式DEFAULT子句的非NULL列的值时，该列缺乏值；

　　默认模式

　　　　当咱们没有修改配置文件的状况下，MySQL 是有本身的默认模式的；版本不一样，默认模式也不一样

-- 查看 MySQL 版本
SELECT VERSION();

-- 查看 sql_mode
SELECT @@sql_mode;

 　　　　咱们能够看到，5.7.21 的默认模式包含：

ONLY_FULL_GROUP_BY,STRICT_TRANS_TABLES,NO_ZERO_IN_DATE,NO_ZERO_DATE,ERROR_FOR_DIVISION_BY_ZERO,NO_AUTO_CREATE_USER,NO_ENGINE_SUBSTITUTION

　　　　而第一个：ONLY_FULL_GROUP_BY 就会约束：当咱们进行聚合查询的时候，SELECT 的列不能直接包含非 GROUP BY 子句中的列。那若是咱们去掉该模式（从“严格模式”到“宽松模式”）呢 ？

　　　　咱们发现，上述报错的 SQL

-- 宽松模式下 能够执行
SELECT cno,cname,count(sno),MAX(sno) 
FROM tbl_student_class
GROUP BY cno;

View Code

　　　　能正常执行了，可是通常状况下不推荐这样配置，线上环境每每是“严格模式”，而不是“宽松模式”；虽然案例中，不管是“严格模式”，仍是“宽松模式”，结果都是对的，那是由于 cno 与 cname 惟一对应的，若是 cno 与 cname 不是惟一对应，那么在“宽松模式下” cname 的值是随机的，这就会形成难以排查的问题，有兴趣的能够去试试。那为何会有 ONLY_FULL_GROUP_BY 模式呢 ？ 咱们继续往下看

阶

　　阶（order）是用来区分集合或谓词的阶数的概念。谓词逻辑中，根据输入值的阶数对谓词进行分类。= 或者 BETWEEEN 等输入值为一行的谓词叫做"一阶谓词"，而像 EXISTS 这样输入值为行的集合的谓词叫做"二阶谓词"（HAVING 的输入值也是集合，但它不是谓词）。以此类推，三阶谓词＝输入值为"集合的集合"的谓词，四阶谓词＝输入值为"集合的集合的集合"的谓词，可是 SQL 里并不会出现三阶以上的状况，因此不用太在乎。简单点以下图

　　谈到了阶，就不得不谈下集合论；集合论是 SQL 语言的根基，由于它的这个特性，SQL 也被称为面向集合语言。只有从集合的角度来思考，才能明白 SQL 的强大威力。经过上图，相信你们也都能看到，这里不作更深刻的讲解了，有兴趣的能够去查相关资料。

为何聚合后不能再引用原表中的列

　　不少人都知道聚合查询的限制，可是不多有人能正确地理解为何会有这样的约束。表 tbl_student_class 中的 cname 存储的是每位学生的班级信息，但须要注意的是，这里的 cname 只是每一个学生的属性，并非小组的属性，而 GROUP BY 又是聚合操做，操做的对象就是由多个学生组成的小组，所以，小组的属性只能是平均或者总和等统计性质的属性，以下图

　　询问每一个学生的 cname 是能够的，可是询问由多个学生组成的小组的 cname 就没有意义了。对于小组来讲，只有"一共多少学生"或者"最大学号是多少？"这样的问法才是有意义的。强行将适用于个体的属性套用于团体之上，纯粹是一种分类错误；而 GROUP BY 的做用是将一个个元素划分红若干个子集，使用 GROUP BY 聚合以后，SQL 的操做对象便由 0 阶的"行"变为了 1 阶的"行的集合"，此时，行的属性便不能使用了。SQL 的世界实际上是层级分明的等级社会，将低阶概念的属性用在高阶概念上会致使秩序的混乱，这是不容许的。此时我相信你们都明白：为何聚合后不能再引用原表中的列 。

单元素集合也是集合

　　如今的集合论认为单元素集合是一种正常的集合。单元素集合和空集同样，主要是为了保持理论的完整性而定义的。所以对于以集合论为基础的 SQL 来讲，固然也须要严格地区分元素和单元素集合。所以，元素 a 和集合 {a} 之间存在着很是醒目的层级差异。

a ≠ {a}

　　这两个层级的区别分别对应着 SQL 中的 WHERE 子句和 HAVING 子句的区别。WHERE 子句用于处理"行"这种 0 阶的对象，而 HAVING 子句用来处理"集合"这种 1 阶的对象。

总结

　　一、SQL 严格区分层级，包括谓词逻辑中的层级（EXISTS），也包括集合论中的层级（GROUP BY）；

　　二、有了层级区分，那么适用于个体上的属性就不适用于团体了，这也就是为何聚合查询的 SELECT 子句中不能直接引用原表中的列的缘由；

　　三、通常来讲，单元素集合的属性和其惟一元素的属性是同样的。这种只包含一个元素的集合让人以为彷佛没有必要特地地当成集合来看待，可是为了保持理论的完整性，咱们仍是要严格区分元素和单元素集合；

参考

　　《SQL基础教程》

　　《SQL进阶教程》