[Spring] JPA N+1 발생 상황과 해결방법

JPA N+1

N+1 문제란 1번의 쿼리를 날렸을 때 의도하지 않는 N번의 쿼리가 추가적으로 실행되는 것을 의미한다.
엔티티 조회 쿼리(1번) + 연관된 엔티티를 조회하기 위한 추가 쿼리(N번)

FetchType.EAGER (즉시 로딩)

JPQL에서 만든 SQL을 통해 데이터를 조회
JPA에서 Fetch 전략을 가지고 해당 데이터의 연관 관계인 하위 엔티티들을 추가 조회
2번 과정으로 N+1 문제 발생

FetchType.LAZY (지연 로딩)

JPQL에서 만든 SQL을 통해 데이터를 조회
JPA에서 Fetch 전략을 가지지만, 지연 로딩이기 때문에 추가 조회는 하지 않음
하위 엔티티를 가지고 작업하게 되면 추가 조회가 발생하여 N+1 문제 발생

발생하는 상황

게시글(post)와 댓글(comment)가 있습니다.

하나의 게시글에는 여러개의 댓글이 달릴 수 있습니다.

Post.java

@Entity
@Getter
@NoArgsConstructor
@AllArgsConstructor
public class Post {

	@Id
	@GeneratedValue(strategy = GenerationType.IDENTITY)
	private Long id;
	@Column
	private String title;
	@Column
	private String content;

	@OneToMany(mappedBy = "post", cascade = CascadeType.ALL, orphanRemoval = true)
	private List<Comment> comments = new ArrayList<>();

	public Comment writeComment(final String content) {
		Comment comment = new Comment(content, this);
		this.comments.add(comment);
		return comment;
	}

	public Post(String title, String content) {
		this.title = title;
		this.content = content;
	}

	@Override
	public String toString() {
		return
			"id=" + id +
			", title='" + title + '\\'' +
			", content='" + content + '\\'';
	}
}

Comment.java

@Entity
@Getter
@NoArgsConstructor
@AllArgsConstructor
public class Comment {

	@Id
	@GeneratedValue(strategy = GenerationType.IDENTITY)
	private Long id;

	@Column
	private String content;

	@ManyToOne(fetch = FetchType.LAZY)
	@JoinColumn(name = "post_id")
	private Post post;

	public Comment(String content, Post post) {
		this.content = content;
		this.post = post;
	}

	@Override
	public String toString() {
		return
			"id=" + id +
			", content='" + content + '\\'' +
			", post=" + post;
	}
}

@DataJpaTest
@AutoConfigureTestDatabase(replace = AutoConfigureTestDatabase.Replace.NONE)
class PostRepositoryTest {

	@Autowired
	private EntityManager em;

	@Autowired
	private PostRepository postRepository;

	@Test
	@DisplayName("N+1 발생 테스트")
	@Transactional
	public void test() {
		int i=0;
		saveData();
		em.flush();
		em.clear();
		System.out.println("------------ 영속성 컨텍스트 비우기 -----------\\n\\n");
		System.out.println("비우지 않을 시 영속성 컨텍스트에서 가져와 쿼리가 발생하지 않는다.\\n\\n");

		System.out.println("게시글 전체 조회 요청");
		List<Post> posts = postRepository.findAll();
		System.out.println("게시글 전체 조회 완료 & Post 조회 쿼리 1번 발생\\n\\n");

		System.out.println("게시글 내용 조회 요청");
		for (Post post : posts) {
			System.out.printf("POST 제목: [%s], POST 내용: [%s]%n", post.getTitle(), post.getContent());
		}
		System.out.println("게시글 조회 완료 & 추가적인 쿼리 발생하지 않음\\n\\n");

		System.out.println("게시글의 댓글 내용 조회 요청");
		for (Post post : posts) {
			for (Comment comment : post.getComments()) {
				System.out.printf("POST 제목: [%s], COMMENT 내용: [%s]%n", comment.getPost().getTitle(), comment.getContent());
			}
			System.out.printf("[%s]번 추가 쿼리 발생\\n", ++i);
		}
		System.out.println("게시글의 댓글 내용 조회 완료");
	}

	private void saveData() {
		final String postTitleFormat = "[%d] post-title";
		final String postContentFormat = "[%d] post-content";
		final String commentContentFormat = "[%d] comment-content";

		IntStream.rangeClosed(1, 10).forEach(i -> {
			Post post = new Post(format(postTitleFormat, i), format(postContentFormat, i));

			IntStream.rangeClosed(1, 3).forEach(j -> {
				post.writeComment(format(commentContentFormat, j));
			});

			postRepository.save(post);
		});
	}
}

테스트 실행 시 다음과 같은 로그를 확인할 수 있습니다.

------------ 영속성 컨텍스트 비우기 -----------

비우지 않을 시 영속성 컨텍스트에서 가져와 쿼리가 발생하지 않는다.

게시글 전체 조회 요청
Hibernate: 
    select
        post0_.id as id1_1_,
        post0_.content as content2_1_,
        post0_.title as title3_1_ 
    from
        post post0_
게시글 전체 조회 완료 & Post 조회 쿼리 1번 발생

게시글 내용 조회 요청
POST 제목: [[1] post-title], POST 내용: [[1] post-content]
POST 제목: [[2] post-title], POST 내용: [[2] post-content]
POST 제목: [[3] post-title], POST 내용: [[3] post-content]
POST 제목: [[4] post-title], POST 내용: [[4] post-content]
POST 제목: [[5] post-title], POST 내용: [[5] post-content]
POST 제목: [[6] post-title], POST 내용: [[6] post-content]
POST 제목: [[7] post-title], POST 내용: [[7] post-content]
POST 제목: [[8] post-title], POST 내용: [[8] post-content]
POST 제목: [[9] post-title], POST 내용: [[9] post-content]
POST 제목: [[10] post-title], POST 내용: [[10] post-content]
게시글 조회 완료 & 추가적인 쿼리 발생하지 않음

게시글의 댓글 내용 조회 요청
Hibernate: 
    select
        comments0_.post_id as post_id3_0_0_,
        comments0_.id as id1_0_0_,
        comments0_.id as id1_0_1_,
        comments0_.content as content2_0_1_,
        comments0_.post_id as post_id3_0_1_ 
    from
        comment comments0_ 
    where
        comments0_.post_id=?
POST 제목: [[1] post-title], COMMENT 내용: [[1] comment-content]
POST 제목: [[1] post-title], COMMENT 내용: [[2] comment-content]
POST 제목: [[1] post-title], COMMENT 내용: [[3] comment-content]
[1]번 추가 쿼리 발생
Hibernate: 
    select
        comments0_.post_id as post_id3_0_0_,
        comments0_.id as id1_0_0_,
        comments0_.id as id1_0_1_,
        comments0_.content as content2_0_1_,
        comments0_.post_id as post_id3_0_1_ 
    from
        comment comments0_ 
    where
        comments0_.post_id=?
POST 제목: [[2] post-title], COMMENT 내용: [[1] comment-content]
POST 제목: [[2] post-title], COMMENT 내용: [[2] comment-content]
POST 제목: [[2] post-title], COMMENT 내용: [[3] comment-content]
[2]번 추가 쿼리 발생

( 생략 )

Hibernate: 
    select
        comments0_.post_id as post_id3_0_0_,
        comments0_.id as id1_0_0_,
        comments0_.id as id1_0_1_,
        comments0_.content as content2_0_1_,
        comments0_.post_id as post_id3_0_1_ 
    from
        comment comments0_ 
    where
        comments0_.post_id=?
POST 제목: [[10] post-title], COMMENT 내용: [[1] comment-content]
POST 제목: [[10] post-title], COMMENT 내용: [[2] comment-content]
POST 제목: [[10] post-title], COMMENT 내용: [[3] comment-content]
[10]번 추가 쿼리 발생
게시글의 댓글 내용 조회 완료

조회된 게시글의 수(10) 만큼 추가적인 쿼리가 발생한 것을 확인할 수 있습니다.

이렇게 1번의 쿼리를 날렸을 때 의도하지 않는 10번의 쿼리가 추가적으로 실행되는 것을 확인하였고 이를 N+1 문제라고 부릅니다.

ManyToOne 관계에서 발생하는 N+1

위의 Post, Comment Entity를 그대로 사용합니다.

@DataJpaTest
@AutoConfigureTestDatabase(replace = AutoConfigureTestDatabase.Replace.NONE)
class CommentRepositoryTest {

	@Autowired
	private EntityManager em;

	@Autowired
	private PostRepository postRepository;

	@Autowired
	private CommentRepository commentRepository;

	@Test
	@DisplayName("ManyToOne N + 1 발생 테스트")
	void test2() {
		int i=0;
		saveSampleData(); // 3개의 post와, 각각의 post마다 2개씩 댓글 저장
		em.flush();
		em.clear();
		System.out.println("------------ 영속성 컨텍스트 비우기 -----------\\n\\n");
		System.out.println("비우지 않을 시 영속성 컨텍스트에서 가져와 쿼리가 발생하지 않는다.\\n\\n");

		System.out.println("댓글 전체 조회 요청");
		List<Comment> comments = commentRepository.findAll();
		System.out.println("댓글 전체 조회 완료 & Post 조회 쿼리 1번 발생\\n\\n");

		System.out.println("댓글과 연관된 게시글 조회-> N+1 발생");
		for (Comment comment : comments) {
			System.out.printf("POST 제목: [%s], COMMENT 내용: [%s]%n", comment.getPost().getTitle(), comment.getContent());
		}
		System.out.println("댓글과 연관된 게시글 조회 완료");
	}

	private void saveSampleData() {
		final String postTitleFormat = "[%d] post-title";
		final String postContentFormat = "[%d] post-content";
		final String commentContentFormat = "[%d] comment-content";

		IntStream.rangeClosed(1, 3).forEach(i -> {
			Post post = new Post(format(postTitleFormat, i), format(postContentFormat, i));

			IntStream.rangeClosed(1, 2).forEach(j -> {
				post.writeComment(format(commentContentFormat, j));
			});

			postRepository.save(post);
		});
	}
}

테스트 실행 시 다음과 같은 로그를 확인할 수 있습니다.

------------ 영속성 컨텍스트 비우기 -----------

비우지 않을 시 영속성 컨텍스트에서 가져와 쿼리가 발생하지 않는다.

댓글 전체 조회 요청
Hibernate: 
    select
        comment0_.id as id1_0_,
        comment0_.content as content2_0_,
        comment0_.post_id as post_id3_0_ 
    from
        comment comment0_
댓글 전체 조회 완료 & Post 조회 쿼리 1번 발생

댓글과 연관된 게시글 조회-> N+1 발생
Hibernate: 
    select
        post0_.id as id1_1_0_,
        post0_.content as content2_1_0_,
        post0_.title as title3_1_0_ 
    from
        post post0_ 
    where
        post0_.id=?
POST 제목: [[1] post-title], COMMENT 내용: [[1] comment-content]
POST 제목: [[1] post-title], COMMENT 내용: [[2] comment-content]
Hibernate: 
    select
        post0_.id as id1_1_0_,
        post0_.content as content2_1_0_,
        post0_.title as title3_1_0_ 
    from
        post post0_ 
    where
        post0_.id=?
POST 제목: [[2] post-title], COMMENT 내용: [[1] comment-content]
POST 제목: [[2] post-title], COMMENT 내용: [[2] comment-content]
Hibernate: 
    select
        post0_.id as id1_1_0_,
        post0_.content as content2_1_0_,
        post0_.title as title3_1_0_ 
    from
        post post0_ 
    where
        post0_.id=?
POST 제목: [[3] post-title], COMMENT 내용: [[1] comment-content]
POST 제목: [[3] post-title], COMMENT 내용: [[2] comment-content]
댓글과 연관된 게시글 조회 완료

fetch join 사용

@Repository
public interface CommentRepository extends JpaRepository<Comment, Long> {
	@Override
	@Query("select c from Comment c join fetch c.post")
	List<Comment> findAll();
}

댓글 전체 조회 요청
Hibernate: 
    select
        comment0_.id as id1_0_0_,
        post1_.id as id1_1_1_,
        comment0_.content as content2_0_0_,
        comment0_.post_id as post_id3_0_0_,
        post1_.content as content2_1_1_,
        post1_.title as title3_1_1_ 
    from
        comment comment0_ 
    inner join
        post post1_ 
            on comment0_.post_id=post1_.id
댓글 전체 조회 완료 & Post 조회 쿼리 1번 발생

댓글과 연관된 게시글 조회-> N+1 발생
POST 제목: [[1] post-title], COMMENT 내용: [[1] comment-content]
POST 제목: [[1] post-title], COMMENT 내용: [[2] comment-content]
POST 제목: [[2] post-title], COMMENT 내용: [[1] comment-content]
POST 제목: [[2] post-title], COMMENT 내용: [[2] comment-content]
POST 제목: [[3] post-title], COMMENT 내용: [[1] comment-content]
POST 제목: [[3] post-title], COMMENT 내용: [[2] comment-content]
댓글과 연관된 게시글 조회 완료

로그를 통해 한 번의 쿼리문만 실행된 것을 확인할 수 있다.

@Repository
public interface CommentRepository extends JpaRepository<Comment, Long> {

    //@Query("select c from Comment c join fetch c.post")
    @Override
    @EntityGraph(attributePaths = {"post"})
    List<Comment> findAll();
}

@EntityGraph를 사용해도 fetch join과 무방하다

OneToMany 관계에서 발생하는 N+1

위의 Post, Comment Entity를 그대로 사용합니다.

fethc join, @EntityGraph로 해결 가능하나 페이징을 진행할 수 없고 둘 이상의 컬렉션을 fetch join한 데이터가 부정합하게 조회되기 때문에 권장하지 않는다.

그래서 @BatchSize or @Fetch(FetchMode.SUBSELECT)로 해결합니다.

맨 처음 N+1 발생 상황에 보여줬던 테스트 코드와 로그를 그대로 사용합니다.

Post.java

@Entity
@Getter
@NoArgsConstructor
@AllArgsConstructor
public class Post {

	@BatchSize(size = 100)
	@OneToMany(mappedBy = "post", cascade = CascadeType.ALL, orphanRemoval = true)
	private List<Comment> comments = new ArrayList<>();

}

OneToMany관계를 가지는 곳에 @BatchSize(Size = 100)을 추가합니다.

size 는 간단히 말해서 IN 절에 들어갈 요소의 최대 갯수를 의미합니다.

만약 IN 절에 size 보다 더 많은 요소가 들어가야 한다면 여러 개의 IN 쿼리로 나누어 날립니다.

위에서 봤던 로그가 아래와 같이 바뀌었습니다.

------------ 영속성 컨텍스트 비우기 -----------

비우지 않을 시 영속성 컨텍스트에서 가져와 쿼리가 발생하지 않는다.

게시글 전체 조회 요청
Hibernate: 
    select
        post0_.id as id1_1_,
        post0_.content as content2_1_,
        post0_.title as title3_1_ 
    from
        post post0_
게시글 전체 조회 완료 & Post 조회 쿼리 1번 발생

게시글 내용 조회 요청
POST 제목: [[1] post-title], POST 내용: [[1] post-content]
POST 제목: [[2] post-title], POST 내용: [[2] post-content]
POST 제목: [[3] post-title], POST 내용: [[3] post-content]
POST 제목: [[4] post-title], POST 내용: [[4] post-content]
POST 제목: [[5] post-title], POST 내용: [[5] post-content]
POST 제목: [[6] post-title], POST 내용: [[6] post-content]
POST 제목: [[7] post-title], POST 내용: [[7] post-content]
POST 제목: [[8] post-title], POST 내용: [[8] post-content]
POST 제목: [[9] post-title], POST 내용: [[9] post-content]
POST 제목: [[10] post-title], POST 내용: [[10] post-content]
게시글 조회 완료 & 추가적인 쿼리 발생하지 않음

게시글의 댓글 내용 조회 요청
Hibernate: 
    select
        comments0_.post_id as post_id3_0_1_,
        comments0_.id as id1_0_1_,
        comments0_.id as id1_0_0_,
        comments0_.content as content2_0_0_,
        comments0_.post_id as post_id3_0_0_ 
    from
        comment comments0_ 
    where
        comments0_.post_id in (
            ?, ?, ?, ?, ?, ?, ?, ?, ?, ?
        )

in 을 사용해서 한 번에 댓글 내용을 조회합니다.

@Fetch(FetchMode.SUBSELECT)

@Entity
@Getter
@NoArgsConstructor
@AllArgsConstructor
public class Post {

	@Fetch(FetchMode.SUBSELECT)
	@OneToMany(mappedBy = "post", cascade = CascadeType.ALL, orphanRemoval = true)
	private List<Comment> comments = new ArrayList<>();

}

해당 어노테이션을 사용할 시 서브 쿼리를 사용해서 댓글을 조회합니다.

Hibernate: 
    select
        comments0_.post_id as post_id3_0_1_,
        comments0_.id as id1_0_1_,
        comments0_.id as id1_0_0_,
        comments0_.content as content2_0_0_,
        comments0_.post_id as post_id3_0_0_ 
    from
        comment comments0_ 
    where
        comments0_.post_id in (
            select
                post0_.id 
            from
                post post0_
        )

결론

XToOne의 경우 : fetch join를 사용하여 해결

XToMany의 경우 : BatchSize를 사용하여 해결

최초 조회되는 대상에 따라서 쿼리의 수가 달라지기 때문에 상황에 따라 최적화를 해야합니다.

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성장하는 개발자

[Spring] JPA N+1 발생 상황과 해결방법

JPA N+1

FetchType.EAGER (즉시 로딩)

FetchType.LAZY (지연 로딩)

발생하는 상황

ManyToOne 관계에서 발생하는 N+1

fetch join 사용

OneToMany 관계에서 발생하는 N+1

@Fetch(FetchMode.SUBSELECT)

결론

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[Spring] JPA N+1 발생 상황과 해결방법

JPA N+1

FetchType.EAGER (즉시 로딩)

FetchType.LAZY (지연 로딩)

발생하는 상황

ManyToOne 관계에서 발생하는 N+1

fetch join 사용

OneToMany 관계에서 발생하는 N+1

@Fetch(FetchMode.SUBSELECT)

결론

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