JPA N+1 문제란?

• N + 1문제란 1번의 쿼리를 날렸을 때 의도하지 않은 N번의 쿼리가 추가적으로 실행되는 것을 의미

When 언제 발생하는가?

• JPA Repository를 활용해 인터페이스 메소드를 호출할 때(Read 시)

Who 누가 발생시키는가?

• 1:N 또는 N:1 관계를 가진 엔티티를 조회할 때 발생

How 어떤 상황에 발생되는가?

• JPA Fetch 전략이 EAGER 전략으로 데이터를 조회하는 경우
• JPA Fetch 전략이 LAZY 전략으로 데이터를 가져온 이후에 연관 관계인 하위 엔티티를 다시 조회하는 경우

Why 왜 발생하는가?

• JPA Repository로 find 시 실행하는 첫 쿼리에서 하위 엔티티까지 한 번에 가져오지 않고, 하위 엔티티를 사용할 때 추가로 조회하기 때문
• JPQL은 기본적으로 글로벌 Fetch 전략을 무시하고 JPQL만 가지고 SQL을 생성하기 때문
  
  
  
  

예시 상황

• DB 구조는 유저(USER)는 한개의 팀(TEAM)에만 속할 수 있고 팀(TEAM) 하나는 여러 명의 유저(USER)가 가입할 수 있다. 테스트 데이터로는 4개의 팀당 유저 4명씩 총 20명의 유저를 추가
  

Fetch 모드를 EAGER(즉시 로딩)으로 한 경우

• TeamRepository에서 findAll을 호출 시

  n+1 문제 발생

Hibernate: select team0_.id as id1_0_, team0_.name as name2_0_ from team team0_
Hibernate: select users0_.team_id as team_id1_1_0_, users0_.users_id as users_id2_1_0_, user1_.id as id1_2_1_, user1_.first_name as first_na2_2_1_, user1_.last_name as last_nam3_2_1_, user1_.team_id as team_id4_2_1_ from team_users users0_ inner join user user1_ on users0_.users_id=user1_.id where users0_.team_id=?
Hibernate: select users0_.team_id as team_id1_1_0_, users0_.users_id as users_id2_1_0_, user1_.id as id1_2_1_, user1_.first_name as first_na2_2_1_, user1_.last_name as last_nam3_2_1_, user1_.team_id as team_id4_2_1_ from team_users users0_ inner join user user1_ on users0_.users_id=user1_.id where users0_.team_id=?
Hibernate: select users0_.team_id as team_id1_1_0_, users0_.users_id as users_id2_1_0_, user1_.id as id1_2_1_, user1_.first_name as first_na2_2_1_, user1_.last_name as last_nam3_2_1_, user1_.team_id as team_id4_2_1_ from team_users users0_ inner join user user1_ on users0_.users_id=user1_.id where users0_.team_id=?
Hibernate: select users0_.team_id as team_id1_1_0_, users0_.users_id as users_id2_1_0_, user1_.id as id1_2_1_, user1_.first_name as first_na2_2_1_, user1_.last_name as last_nam3_2_1_, user1_.team_id as team_id4_2_1_ from team_users users0_ inner join user user1_ on users0_.users_id=user1_.id where users0_.team_id=?

Fetch 모드를 LAZY(지연 로딩)으로 한 경우

• TeamRepository에서 findAll을 호출 시

  users 객체를 탐색하려 할 때 n+1 문제 발생

Hibernate: select users0_.team_id as team_id1_1_0_, users0_.users_id as users_id2_1_0_, user1_.id as id1_2_1_, user1_.first_name as first_na2_2_1_, user1_.last_name as last_nam3_2_1_, user1_.team_id as team_id4_2_1_ from team_users users0_ inner join user user1_ on users0_.users_id=user1_.id where users0_.team_id=?
Hibernate: select users0_.team_id as team_id1_1_0_, users0_.users_id as users_id2_1_0_, user1_.id as id1_2_1_, user1_.first_name as first_na2_2_1_, user1_.last_name as last_nam3_2_1_, user1_.team_id as team_id4_2_1_ from team_users users0_ inner join user user1_ on users0_.users_id=user1_.id where users0_.team_id=?
Hibernate: select users0_.team_id as team_id1_1_0_, users0_.users_id as users_id2_1_0_, user1_.id as id1_2_1_, user1_.first_name as first_na2_2_1_, user1_.last_name as last_nam3_2_1_, user1_.team_id as team_id4_2_1_ from team_users users0_ inner join user user1_ on users0_.users_id=user1_.id where users0_.team_id=?
Hibernate: select users0_.team_id as team_id1_1_0_, users0_.users_id as users_id2_1_0_, user1_.id as id1_2_1_, user1_.first_name as first_na2_2_1_, user1_.last_name as last_nam3_2_1_, user1_.team_id as team_id4_2_1_ from team_users users0_ inner join user user1_ on users0_.users_id=user1_.id where users0_.team_id=?

발생 이유

• N+1 문제가 발생하는 이유는 JPA가 JPQL을 분석해서 SQL을 생성할 때는 글로벌 Fetch 전략을 참고하지 않고 오직 JPQL 자체만을 사용한다. 즉, 아래와 같은 순서로 동작

Fetch 전략이 즉시 로딩인 경우

1. findAll()을 한 순간 select t from Team t 이라는 JPQL 구문이 생성되고 해당 구문을 분석한 select * from team 이라는 SQL이 생성되어 실행된다. ( SQL 로그 중 Hibernate: select team0.id as id1_0, team0.name as name2_0 from team team0_ 부분 )
2. DB의 결과를 받아 team 엔티티의 인스턴스들을 생성한다.
3. team과 연관되어 있는 user 도 로딩을 해야 한다.
4. 영속성 컨텍스트에서 연관된 user가 있는지 확인한다.
5. 영속성 컨텍스트에 없다면 2에서 만들어진 team 인스턴스들 개수에 맞게 select * from user where team_id = ? 이라는 SQL 구문이 생성된다. ( N+1 발생 )

2. Fetch 전략이 지연 로딩인 경우

1. findAll()을 한 순간 select t from Team t 이라는 JPQL 구문이 생성되고 해당 구문을 분석한 select * from team 이라는 SQL이 생성되어 실행된다. ( SQL 로그 중 Hibernate: select team0.id as id1_0, team0.name as name2_0 from team team0_ 부분 )
2. DB의 결과를 받아 team 엔티티의 인스턴스들을 생성한다.
3. 코드 중에서 team 의 user 객체를 사용하려고 하는 시점에 영속성 컨텍스트에서 연관된 user가 있는지 확인한다
4. 영속성 컨텍스트에 없다면 2에서 만들어진 team 인스턴스들 개수에 맞게 select * from user where team_id = ? 이라는 SQL 구문이 생성된다. ( N+1 발생 )

해결 방법

Fetch Join

• JPQL을 사용하여 DB에서 데이터를 가져올 때 처음부터 연관된 데이터까지 같이 가져오게 하는 방법 (SQL Join 문을 생각하면 된다. )
  (@Query 어노테이션을 사용)

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

EntityGraph 어노테이션

public interface TeamRepository extends JpaRepository<Team, Long> {
    @EntityGraph(attributePaths = {"users"}, type = EntityGraph.EntityGraphType.LOAD)
    List<Team> findAllFetchJoin();
}

• FETCH: entity graph에 명시한 attribute는 EAGER로 패치하고, 나머지 attribute는 LAZY로 패치
• LOAD: entity graph에 명시한 attribute는 EAGER로 패치하고, 나머지 attribute는 entity에 명시한 fetch type이나 디폴트 FetchType으로 패치 (e.g. @OneToMany는 LAZY, @ManyToOne은 EAGER 등이 디폴트이다.)