Geun Young Kim

Geun Young Kim

Developer

JPA N+1 Problem and Solution

2 분 소요

0. 들어가면서

  • 이번 포스트에서는 JPA 개발 과정에서 흔히 발생하는 N+1 문제에 대해서 다뤄보고자 합니다.

  • Issue
    • 연관 관계가 설정된 Entity를 조회할 경우에 조회된 데이터 갯수(n)만큼 연관 관계의 SELECT Query가 추가로 발생하여 데이터를 읽어오게 된다.


Entity

  • 사용자는 여러 개의 아이템을 보유할 수 있다.

  • 아이템은 한 명의 유저에게 종속되어 있다.

    //User Entity
@Entity
@Getter
@Setter
@NoArgsConstructor
public class User{
  @Id
  @GeneratedValue(strategy = GenerationType.IDENTITY)
  private int id;

  private String name;

  @OneToMany(mappedBy = "user", fetch = FetchType.EAGER)
  private List<Item> items;
}

    //Item Entity
@Entity
@Getter
@Setter
@NoArgsConstructor
public class Item{
  @Id
  @GeneratedValue(strategy = GenerationType.IDENTITY)
  private int id;

  private String name;

  @ManyToOne
  private User user;

  public Item(String name){
    this.name = name;
  }
}
  • userService.userList()를 실행한다.
  • DB
    • 현재 10명의 User가 존재한다.
    • 각 User 별로 10개씩 Item을 보유하고 있다.
    @Service("userService")
@Transactional
public class UserServiceImpl implements UserService{


  private final UserRepository userRepository;

  public UserServiceImpl(UserRepository userRepository){
      this.userRepository = userRepository;
  }

  @Override
  public List<User> userList() throws Exception{
    User user = userRepository.findAll()
      .orElseThrow(() ->  
        new BusinessException("유저가 존재하지 않습니다.")
      );
    return user;
  }
}
    • 실행 결과
      • Item을 조회하는 Query가 User를 조회한 횟수만큼 Query가 호출된다.
      • FetchType.Eager라서 발생하는 문제일까??


Lazy Loading

  • FetchType을 Eager에서 Lazy로 변경해본다. 
    //변경 전
@OneToMany(mappedBy = "user", fetch = FetchType.EAGER)
private List<Item> items;

    //변경 후
@OneToMany(mappedBy = "user", fetch = FetchType.LAZY)
private List<Item> items;

  • userService.userList()를 실행한다.

  • 실행 결과
    • User를 호출하는 Query 하나만 발생한다.
    • FetchType.LAZY는 연관 관계 데이터를 Proxy 객체로 바인딩하고 실제로 연관 관계 Entity를 Proxy만으로는 사용하지 않는다.
    • Item에 대한 정보를 호출하는 부분을 구현했을 때 N+1문제는 동일하게 발생한다.
    • 단지 N+1 발생 시점을 연관 관계 데이터를 사용하는 시점으로 미룬 것 뿐이다.
  • N+1 발생 이유??
    • JPQL은 JPA에서 객체지향적으로 Query를 작성할 수 있게 해주는 Query 언어
    • 실제 DB Table이 아닌 Entity 객체를 대상으로 작동한다.
    • findAll() 수행 시 SELECT * FROM USER Query만 수행된다.

  • Solution

    • Fetch Join
    • EntityGraph
    • FetchMode.SUBSELECT
    • Batchsize
    • QueryBuilder


Fetch Join

  • Fetch Join을 추가한 JPQL

    @Query("select u from User u join fetch u.items")
List<User> findAllFetchJoin();

  • 수행 결과

    • Fetch Join을 사용하면 호출 시점에 모든 연관 관계의 데이터를 가져온다.(Eager)
    • INNER JOIN이 수행 된다.
    • 연관 관계에서 설정한 FetchType을 사용할 수 없다.


@EntityGraph

  • attributePaths : Query 수행 시 바로 가져올 Field 지정

  • @EntityGraph를 추가한 JPQL 
    @EntityGraph(attributePaths = "items")
@Query("select u from User u")
List<User> findAllEntityGraph();
  • 수행 결과
    • Fetch Join을 사용하면 호출 시점에 연관 관계의 데이터를 가져온다.(Eager)
    • OUTER JOIN이 수행 된다.
  • Fetch Join, @EntityGraph 주의사항
    • 카테시안 곱(Cartesian Product)이 발생하여 User의 개수만큼 Item의 중복 데이터가 존재할 수 있다.
      • JPQL의 distinct를 사용하여 중복을 방지한다.

      • Set(LinkedHashSet)을 사용하여 중복을 허용하지 않는 Collection을 사용한다

        @OneToMany(mappedBy = "user", fetch = FetchType.LAZY)
private Set<Item> items = new LinkedHashSet<>();


FetchMode.SUBSELECT

  • 연관 관계의 데이터를 조회할 경우 Subquery로 함께 조회하는 방법

  • User에 FetchMode.SUBSELECT를 적용

    @Fetch(FetchMode.SUBSELECT)
@OneToMany(mappedBy = "user", fetch = FetchType.LAZY)
private List<Item> items;

  • 수행 결과

    • FetchType.EAGER일 경우 조회 시점에 Subquery가 실행된다.
    • FetchType.LAZY일 경우 연관 관계 데이터 조회 시점에 Subqery가 실행된다.


BatchSize

  • Hibernate에서 제공하는 org.hibernate.annotations.BatchSize 사용
  • 연관된 Entity를 조회할 때 지정된 size만큼 SQL의 IN절을 사용해서 조회

  • 연관 관계 데이터의 최적화 데이터 사이즈를 알기가 어려움

  • User에 @BatchSize 적용

    @BatchSize(size=5)
@OneToMany(mappedBy = "user", fetch = FetchType.LAZY)
private Set<Item> items = new LinkedHashSet<>();
  • 수행 결과
    • User의 Id들을 모아서 SQL IN절을 수행한다.
    • FetchType.EAGER일 경우 조회 시점에 Item의 개수가 10개이므로 IN절을 2번 실행한다.
    • FetchType.LAZY일 경우 연관 관계 데이터 조회 시점에 5개를 미리 Loading하고 6번째 Entity 사용 시점에 다음 SQL IN절을 추가로 실행한다.
  • application.yml에서 Default BatchSize 설정 
    spring:
  jpa:
    properties:
      hibernate:
        default_batch_fetch_size :


Reference

  • https://velog.io/@jinyoungchoi95/JPA-%EB%AA%A8%EB%93%A0-N1-%EB%B0%9C%EC%83%9D-%EC%BC%80%EC%9D%B4%EC%8A%A4%EA%B3%BC-%ED%95%B4%EA%B2%B0%EC%B1%85
  • https://velog.io/@hero6027/JPA-Proxy%ED%94%84%EB%A1%9D%EC%8B%9C%EC%99%80-Lazy-Loading%EC%A7%80%EC%97%B0%EB%A1%9C%EB%94%A9
  • https://jojoldu.tistory.com/165
  • https://incheol-jung.gitbook.io/docs/q-and-a/spring/n+1#fetchmode.subselect

참고