JPA N+1 문제와 해결 방법

08 Jun 2024

ORM 기술에서 특정 객체를 대상으로 수행한 쿼리가 해당 객체가 가지고 있는 연관관계 또한 조회하게 되면서 N번의 추가적인 쿼리가 발생하는 문제를 말한다.
연관 관계가 설정된 엔티티를 조회할 경우에 조회된 데이터 갯수(n) 만큼 연관관계의 조회 쿼리가 추가로 발생하여 데이터를 읽어오는 현상
연관 관계에서 발생하는 이슈로 연관 관계가 설정된 엔티티를 조회할 경우에 조회된 데이터 갯수(n) 만큼 연관관계의 조회 쿼리가 추가로 발생하여 데이터를 읽어오게 된다.
즉, 1번의 쿼리를 날렸을 때 의도하지 않은 N번의 쿼리가 추가적으로 실행되는 것이다. 이를 N+1 문제라고 한다.

N+1문제가 발생하는 근본적인 원인은 관계형 데이터베이스와 객체지향 언어간의 패러다임 차이로 인해 발생한다.
객체는 연관관계를 통해 레퍼런스를 가지고 있으면 언제든지 메모리 내에서 Random Access를 통해 연관 객체에 접근할 수 있지만 RDB의 경우 Select 쿼리를 통해서만 조회할 수 있기 때문이다.
JPA Repository로 find 시 실행하는 첫 쿼리에서 하위 엔티티까지 한 번에 가져오지 않고, 하위 엔티티를 사용할 때 추가로 조회하고 JPQL은 기본적으로 글로벌 Fetch 전략을 무시하고 JPQL만 가지고 SQL을 생성하기 때문에 발생한다.

JPA Repository를 활용해 인터페이스 메소드를 호출할 때(Read 시)
1:N 또는 N:1 관계를 가진 엔티티를 조회할 때 발생
JPA Fetch 전략이 EAGER 전략으로 데이터를 조회하는 경우
JPA Fetch 전략이 LAZY 전략으로 데이터를 가져온 이후에 연관 관계인 하위 엔티티를 다시 조회하는 경우
즉시로딩인 경우
1. JPQL에서 만든 SQL을 통해 데이터를 조회
2. 이후 JPA에서 Fetch 전략을 가지고 해당 데이터의 연관 관계인 하위 엔티티들을 추가 조회
3. 2번 과정으로 N + 1 문제 발생
LAZY(지연 로딩)인 경우
1. JPQL에서 만든 SQL을 통해 데이터를 조회
2. JPA에서 Fetch 전략을 가지지만, 지연 로딩이기 때문에 추가 조회는 하지 않음
3. 하지만, 하위 엔티티를 가지고 작업하게 되면 추가 조회가 발생하기 때문에 결국 N + 1 문제 발생

먼저 Member와 Team 엔티티를 생성하자

문제 상황을 확인하기 위해 setup으로 Team 10개, Member 10개를 저장하고 결과를 조회해보자.

-> 원하는 결과는 쿼리 1번인데 team에 해당하는 member에 대한 쿼리 10번이 추가로 나간다.

이러한 문제를 Fetch.MODE를 Eager에서 Lazy로 바꾸면 해결되는지 알아보자.

Lazy로 바꾸어도 해결되지 않는 모습을 볼 수 있다.

그렇다면 N+1 문제를 어떻게 해결할 수 있을까?

방법은 4가지 정도가 있다.

Fetch Join

JPA Fetch Join을 사용하면 부모와 자식 관계의 엔티티를 한 번에 조회하므로 N+1 문제를 해결할 수 있다.

EntityGraph Annotation

EntityGraph는 JPA에서 특정 엔티티의 연관된 속성들을 미리 로딩할 수 있게 도와주는 기능이다.

이 방식은 쿼리 메서드에서 연관된 엔티티를 명시적으로 지정하여 Lazy Loading을 사용하더라도 필요한 연관 엔티티를 한 번에 로드할 수 있다.

FetchMode.SUBSELECT

FetchMode.SUBSELECT는 서브쿼리 방식으로 연관된 엔티티들을 조회한다.

연관된 자식 엔티티들을 SELECT 쿼리로 여러 번 조회하지 않고, 부모 엔티티에 대한 조회가 끝난 후, 추가적인 서브쿼리를 한 번 실행하여 자식 엔티티들을 모두 가져온다.

Batch Size

Batch Size는 여러 개의 엔티티를 한 번에 배치 처리하는 방법이다.

Batch Size를 설정하면, Lazy Loading 방식으로 연관된 엔티티들을 N개씩 묶어서 한 번의 쿼리로 가져오게 된다.

Batch Size를 설정하는 방법은 직접 엔티티에 @BatchSize 어노테이션으로 적용하는 방법이 있고, application.yml 파일에 적용하는 방법이 있다.