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

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：

NULL 特性	MySQL	Oracle	SQL Server	PostgreSQL	SQLite
三值逻辑	✔️	✔️	✔️	✔️	✔️
空值比较	IS [NOT] NULL expr <=> NULL	IS [NOT] NULL '' IS NULL	IS [NOT] NULL	IS [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）：

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：

AND	真	假	未知
真	真	假	未知
假	假	假	假
未知	未知	假	未知

OR	真	假	未知
真	真	真	真
假	真	假	未知
未知	真	未知	未知

NOT	结果
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。

?SQL 中的 WHERE、HAVING 以及 CASE WHEN 子句只返回逻辑运算结果为真的数据，不返回结果为假或未知的数据。

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。

⚠️对于比较运算而言，NULL 和 NULL 不相同；但是某些 SQL 子句中的 NULL 值被看作相同的值，例如 GROUP BY。具体参考下文。

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。

⚠️如果使用 NOT IN，一定要确保括号中的值不会出现 NULL；或者尽量使用 NOT EXISTS。

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)