N + 1 문제란? 발생 이유와 이를 해결하는 방법을 설명해주세요.

[J-I-H-O]

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[alstn113]

문제 설명

N + 1 문제는 데이터베이스에서 발생하는 성능 문제 중 하나로, 데이터 조회 시 관련된 엔티티의 수에 비례하여 추가적인 쿼리가 발생하는 현상을 의미합니다. 이 문제는 데이터베이스 성능 저하의 주요 원인 중 하나이며, 쿼리의 실행 횟수가 많아질수록 데이터베이스에 부하를 줄 수 있습니다.

예시: N개의 게시글 엔티티를 조회하면 첫번째 쿼리(1) + 각 게시글의 댓글 조회 쿼리(N)개 = N+1개의 쿼리

해결 방법

Join Fetch

부모 엔티티를 조회할 때 자식 엔티티를 함께 가져옵니다.

@Query("select p from Post p join fetch p.comments")
List<Post> findAllJoinFetch();

EntityGraph

엔티티 그래프를 사용하여 엔티티를 조회할 때 연관된 엔티티를 함께 가져옵니다.

@EntityGraph(attributePaths = "comments")
@Query("select p from Post p")
List<Post> findAllEntityGraph();

주의사항

1. Join Fetch는 내부 조인(Inner Join)을 사용하고, EntityGraph는 외부 조인(Outer Join)을 사용합니다.
2. 카테시안 곱(Cartesian Product) 문제로 인해 중복된 결과가 발생할 수 있습니다.
   • 일대다 필드를 Set으로 선언하여 중복을 허용하지 않도록 해서 해결할 수 있습니다.
   • distinct 키워드를 사용하여 중복을 제거할 수 있습니다.

참고: https://jojoldu.tistory.com/165

[3Juhwan]

JPA N+1 문제는 연관 관계가 설정된 엔티티를 조회할 경우에, 조회된 데이터 개수(N)만큼 연관관계의 조회 쿼리가 추가로 발생하는 현상입니다. 예를 들어, 블로그 게시글과 댓글이 있는 경우, 게시글을 조회한 후 각 게시글마다 댓글을 조회하기 위해 추가 쿼리가 발생한다면 N + 1 문제가 발생한 것입니다. 게시글이 10개라면 총 11개의 쿼리(게시글 조회 1개 + 각 게시글의 댓글 조회 10개)가 실행됩니다.

N+1 문제가 발생할 수 있는 상황은 다음과 같습니다. 예시에서 User와 Article이 1:N 양방향 연관관계를 갖고 있도록 설정했습니다.

1. 글로벌 패치 전략 - 즉시로딩

글로벌 패치 전략을 즉시로딩으로 설정하고 findAll()을 실행하면 N+1 문제가 발생합니다. 이는 findAll()은 select u from User u라는 JPQL 구문을 생성해서 실행하기 때문입니다. JPQL은 글로벌 패치 전략을 고려하지 않고 쿼리를 실행합니다. 모든 User를 조회하는 쿼리 실행 후, 즉시로딩 설정을 보고 연관관계에 있는 모든 엔티티를 조회하는 쿼리를 실행합니다.

// User.java
@OneToMany(mappedBy = "user", fetch = FetchType.EAGER)
private Set<Article> articles = emptySet();

// Article.java
@ManyToOne(fetch = FetchType.EAGER)
private User user;

// Test.java
@Test
@DisplayName("Eager type은 User를 전체 검색할 때 N+1문제가 발생한다.")
void userFindTest() {
    System.out.println("== start ==");
    List<User> users = userRepository.findAll();
    System.out.println("== find all ==");
}

2. 글로벌 패치 전략 - 지연로딩

글로벌 패치 전략을 지연로딩으로 하고 findAll()을 실행하면 N+1 문제가 발생하지 않습니다. 이는 연관관계에 있는 엔티티를 실제 객체 대신에 프록시 객체로 생성하여 주입하기 때문입니다. 하지만 프록시 객체를 사용할 경우에 실제 데이터가 필요하여 조회하는 쿼리가 발생하고 N+1문제가 발생합니다.

// User.java
@OneToMany(mappedBy = "user", fetch = FetchType.LAZY) // 변경
private Set<Article> articles = emptySet();

// Test.java
@Test
@DisplayName("Lazy type은 User 검색 후 필드 검색을 할 때 N+1문제가 발생한다.")
void userFindTest() {
    System.out.println("== start ==");
    List<User> users = userRepository.findAll();
    System.out.println("== find all ==");
    for (User user : users) {
        System.out.println(user.articles().size());
    }
}

N+1 문제를 해결하는 방법은 다음과 같습니다.

1. fetch join

fetch join은 연관관계에 있는 엔티티를 한번에 즉시로딩하는 구문입니다.

@Query("select distinct u from User u left join fetch u.articles")
List<User> findAllJPQLFetch();

2. @EntityGraph

jpql에서 fetch join을 하게 된다면 하드코딩을 하게 된다는 단점이 있습니다. 이를 최소화하고 싶다면 @entitygraph를 사용할 수 있습니다.

@EntityGraph(attributePaths = {"articles"}, type = EntityGraphType.FETCH)
@Query("select distinct u from User u left join u.articles")
List<User> findAllEntityGraph();

참고: 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