JPA N+1 문제

Panda·2023년 3월 10일

Spring

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N+1 문제란?

연관 관계(Join)에서 발생하는 문제로 연관 관계가 설정된 Entity를 조회할 경우에 조회된 데이터 갯수만큼 연관관계의 조회 쿼리가 추가적으로 발생해 데이터를 읽어옵니다.
이를 N+1 문제라고 합니다.

N+1 문제 예제

ERD

Entity

@Entity
@Builder
@AllArgsConstructor
@NoArgsConstructor
@Table(name = "tb_user")
public class User {
    @Id
    @GeneratedValue(strategy = GenerationType.IDENTITY)
    private Long id;

    private String name;

    @ManyToOne(fetch = FetchType.EAGER)		// 즉시 로딩
    @JoinColumn(name = "club_id", nullable = false)
    private DevelopmentClub developmentClub;
}

@Entity
@AllArgsConstructor
@NoArgsConstructor
@Table(name = "tb_development_club")
public class DevelopmentClub {
    @Id
    @GeneratedValue(strategy = GenerationType.IDENTITY)
    private Long id;

    private String name;

    private Integer clubMemberCount;

    @OneToMany(fetch = FetchType.EAGER)
    private List<User> users = new ArrayList<>();
    
    @Builder
    public DevelopmentClub(String name, Integer clubMemberCount) {
        this.name = name;
        this.clubMemberCount = clubMemberCount;
    }
}

N+1 문제 발생 테스트 코드

@Test
public void JPATest() {
    // given
    DevelopmentClub developmentClub = DevelopmentClub.builder()
            .name("GDSC").clubMemberCount(32)
            .build();
    User user = User.builder()
            .name("홍길동").developmentClub(developmentClub)
            .build();
    User user2 = User.builder()
            .name("홍길동2").developmentClub(developmentClub)
            .build();

    developmentClubRepository.save(developmentClub);
    userRepository.save(user);
    userRepository.save(user2);
    developmentClub.getUsers().add(user);
    developmentClub.getUsers().add(user2);
    developmentClubRepository.save(developmentClub);

    // when
    List<DevelopmentClub> clubs = developmentClubRepository.findAll();
}

N+1 문제 발생

나는 findAll를 한번만 했을 뿐인데 User를 불러오는 쿼리가 하나가 더 추가가 되었네요?
지금은 DevelopmentClub 하나라서 그렇지 여러개 였으면 진짜 끔찍할 것 같습니다.

아 FetchType.EAGER 라서 그런 것은 아니고 FetchType.LAZY 이어도 users를 사용할때 결국 N+1 문제가 발생합니다.

N+1 발생 이유

아니.... 굳이 이런 쿼리문을 발생시키는 이유가 뭘까요?

JpaRepository에 정의되어 있는 인터페이스 메서드를 실행하면 JPA는 메서드 이름을 기반으로 JPQL을 생성 및 실행을 하게 됩니다.
JPQL은 Entity와 필드 이름을 가지고 쿼리를 하게 되는데 JPQL은 findAll()이란 메소드를 수행하였을 때 해당 Entity만을 조회하는 select * from tb_development_club 쿼리를 실행하게 되는 것 입니다.
JPQL 입장에서는 연관관계를 무시하고 해당 Entity 기준으로 쿼리를 조회하기 때문입니다. 그렇기 때문에 연관된 Entity 데이터가 필요한 경우, FetchType으로 명시한 시점에 조회를 쿼리를 별도로 발생하게 됩니다.

즉 JpaRepository 사용의 편리함을 제공하는 대가로 발생하는 문제였던 것입니다.

해결 방법

Fetch Join

public interface DevelopmentClubRepository extends JpaRepository<DevelopmentClub, Long> {
    @Query("select dc from DevelopmentClub dc join fetch dc.users")
    List<DevelopmentClub> findAllFetchJoin();
}

해당 JPQL을 작성한 findAll를 작성하여 해당 메소드를 사용해 findAll을 하였습니다.

한번의 쿼리로 해결되는 모습을 확인하였습니다.
가장 간단한 해결법이네요. 역시 직접 쿼리작성은 언제나 옳습니다.

하지만 해당 방식은 주의사항이 존재합니다.

연관관계를 설정해놓은 FetchType을 사용할 수 없다는 것입니다.
Fetch Join 시 조회 시점에 모든 연관 관계의 데이터를 가져오기 때문에 FetchType의 설정이 무의미합니다. (사실상 FetchType.EAGER 인듯)
페이징 쿼리를 사용할 수 없습니다. 하나의 쿼리문으로 가져오다 보니 페이징 단위로 데이터를 가져오는것이 불가능합니다.

Fetch Join은 페이징 쿼리가 필요없는 Entity에 사용해야겠습니다.

근데 그냥 궁금한건데 JPQL에서는 join fetch라는 서순인데 왜 Fetch Join이라고 부르는지 모르겠네요 (Join Fetch 아닌가?)

EntityGraph

@EntityGraph(attributePaths = "users")
@Query("select dc from DevelopmentClub dc")
List<Owner> findAllEntityGraph();

@EntityGraph을 사용하여 findAll 메서드를 만들었습니다.

N+1 문제가 해결된 결과 자체는 동일하지만 Fetch Join과 달리 outer join이 적용된 모습입니다.

Fetch Join 과 EntityGraph 중복 방지

위에 올렸던 테스트 코드와 동일하게 DevelopmentClub Entity를 한개만 추가하고
findAllFetchJoin()을 실행하였는데...

너 왜 중복이야???
놀랍게도 중복이 되어서 결과가 나와버렸습니다.

한번 SQL 관점으로 생각을 해보았습니다. 그랬더니 밑에와 같은 결과가 나오게 되더라고요

dc.id	dc.name	u.user
1	GDSC	홍길동
1	GDSC	홍길동2

아............ 내가 Join 시 중복을 간과했구나.....
JPQL은 이거 자동으로 중복제거 안해주나 보네..... (진짜 SQL 마렵다 ㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋ)

중복을 해결할 수 있는 문제는 2가지 정도 있습니다.

// 변경 전
public interface DevelopmentClubRepository extends JpaRepository<DevelopmentClub, Long> {
    @Query("select dc from DevelopmentClub dc join fetch dc.users")
    List<DevelopmentClub> findAllFetchJoin();
}


// 첫번째 방법
public interface DevelopmentClubRepository extends JpaRepository<DevelopmentClub, Long> {
	// List -> Set으로 변경!
    @Query("select dc from DevelopmentClub dc join fetch dc.users")
    Set<DevelopmentClub> findAllFetchJoin();
}


// 두번째 방법
public interface DevelopmentClubRepository extends JpaRepository<DevelopmentClub, Long> {
    // distinct 사용
    @Query("select distinct dc from DevelopmentClub dc join fetch dc.users")
    List<DevelopmentClub> findAllFetchJoin();
}