N+1문제 해결법 Lazy로딩 Eager로딩

송수용·2022년 6월 17일
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백엔드의 기술

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지연로딩과 즉시로딩

지연로딩과 즉시로딩을 알아보기 전에 프록시를 알아야 했다.
그래서 프록시에 대해 직접 정리한 내용을 그대로 가지고 와서 활용했다.

객체는 객체 그래프로 연관된 객체들을 탐색한다.
JPA 구현체들은 이 문제를 해결하기 위해 프록시라는 기술을 사용한다.
프록시를 사용하면 연관된 객체를 처음부터 데이터베이스에서 조회하는 것이 아니라
실제 사용하는 시점에 데이터베이스에서 조회할 수 있다.
하지만 자주 함께 사용하는 객체들은 조인을 사용해서 함께 조회하는 것이 효과적이다.
JPA는 즉시 로딩과 지연 로딩이라는 방법으로 둘을 모두 지원한다.

영속성 전이와 고아객체

JPA는 연관된 객체를 함께 저장하거나 함께 삭제할 수 있는 영속성 전이와 고아 객체 제거라는 편리한 기능을 제공한다.

영속성 전이:CASCADE

  • 특정 엔티티를 영속 상태로 만들 때 연관된 엔티티도 함께 영속 상태로 만들고 싶을 때
  • 예 : 부모 엔티티를 저장할 대 자식 엔티티도 함께 저장

영속성 전이:저장

@OneToMany(mappedBy="parent", cascade=CascadeType.PERSIST)

영속성 전이 : CASCADE- 주의사항

  • 영속성 전이는 연관관계를 매핑하는 것과 아무 관련이 없음
  • 엔티티를 영속화할 때 연관된 엔티티도 함께 영속화하는 편리함을 제공할 뿐

프록시 초기화 과정

프록시 객체에 member.getrName()을 호출해서 실제 데이터를 조회
프록시 객체는 실제 엔티티가 생성되어 있지 않으면 영속성 컨텍스트에 실제 엔티티 생성을 요청하는데 이것을 초기화라고 한다.
영속성 컨텐스트는 데이터베이스를 조회해서 실제 엔티티 객체를 생성한다.
프록시 객체는 생성된 실제 엔티티 객체의 참조를 Member target 멤버변수에 보관한다.
프록시 객체는 실제 엔티티 객체의 getName()을 호출해서 결과를 반환한다.

프록시
엔티티를 조회할 때 연관된 엔티티들이 항상 사용되는 것은 아니다.
예를 들어 회원엔티티를 조회할 때 연관된 팀 엔티티는 비즈니스 로직에 따라 사용될 때도 있지만 그렇지 않을 때도 있다.

public void printUserAndTeam(String memberId) {
    Member member = em.find(Member.class,memberId);
    Team team = member.getTeam();
  }

printUserAndTeam() 메소드는 memberId로 회원 엔티티를 찾아서 회원과 연관된 팀의 이름도 출력한다.

 public String printUser(String memberId) {
    Member member = em.find(Member.class, memberId);

  }

printUser() 메소드는 회원 엔티티만 사용하므로 em.find()로 회원 엔티티를 조회할 대 회원과 연관된 팀 엔티티까지 데이터베이스에서 함께 조회해 두는 것은 효율적이지 않다.

JPA는 이런 문제를 해결하기 위해 엔티티가 실제 사용될 때까지 데이터베이스 조회를 지연하는 방법을 제공하는데 이것을 지연로딩이라고 한다.

지연로딩 기능을 사용하려면 실제 엔티티 객체 대신에 데이터베이스 조회를 지연할 수 있는 가짜 객체가 필요한데 이것을 프록시 객체라고 한다.

ref

JPA 표준 명세는 지연 로딩의 구현 방법을 JPA구현체에 위임했다.
하이버네이트는 지연 로딩을 지원하기 위해 프록시를 사용하는 방법과 바이트 코드를 수정하는 두 가지 방법을 제공한다.

프록시 기초

JPA에서 식별자로 엔티티 하나를 조회할 때는 EntityManager.find() 를 사용한다
이 메소드는 영속성 컨텐스트에 엔티티가 없으면 데이터베이스를 조회한다.

Member member = em.find(Member.class, "member1");
엔티티를 실제 사용하는 시점까지 데이터 베이스 조회를 미루고 싶으면 EntityManager.getReference() 메소드를 사용하면 된다.

Member member = em.getReference(Member.class,"member1")
JPA는 데이터베이스를 조회하지 않고 실제 엔티티 객체도 생성하지 않는다.

프록시의 특징

프록시 객체는 처음 사용할 때 한 번만 초기화된다.
프록시 객체를 초기화한다고 프록시 객체가 실제 엔티티로 바뀌는 것은 아니다.
프록시 객체가 초기화되면 프록시 객체를 통해서 실제 엔티티에 접근할 수 있다.
프록시 객체는 원본 엔티티를 상속받은 객체이므로 타입 체크 시에 주의해서 사용한다.
영속성 컨텍스트에 찾는 엔티티가 이미 있으면 데이터 베이스를 조회할 필요가 없으므로 em.getReference()를 호출해도 프록시가 아닌 실제 엔티티를 반환한다.
초기화는 영속성 컨텍스트의 도움을 받아야 가능하다. 따라서 영속성 컨텍스트의 도움을 받을 수 없는 준영속 상태의 프록시를 초기화하면 문제가 발생한다.

지연로딩 동작원리

@Entity
public class Member {

   @Id
   @GeneratedValue
   private Long id;

   @Column(name = "USERNAME")
   private String name;

   @ManyToOne(fetch = FetchType.LAZY) //**
   @JoinColumn(name = "TEAM_ID")
   private Team team;
 .. 
 }

@ManyToOne(fetch = FetchType.LAZY)
단순히 한가지 정보만 사용하는 비즈니스 로직이라면 두 개의 정보를 조회할 때 DB에서 큰 손실을 보인다. 그래서 JPA에서는 LAZY라는 옵션을 제공한다.

위 예제코드처럼 작성할 경우 아래 Team 객체는 프록시 객체로 조회한다.

즉시로딩 동작원리

@Entity
public class Member {

 @Id
 @GeneratedValue
 private Long id;
 
 @Column(name = "USERNAME")
 private String name;
 
 @ManyToOne(fetch = FetchType.EAGER) //**
 @JoinColumn(name = "TEAM_ID")
 private Team team;
 .. 
 }

프록시와 즉시로딩에서 주의할 점

  1. 가급적 지연 로딩만 사용할 것
  2. 즉시 로딩을 적용하면 예상하지 못한 SQL이 발생한다.
  3. 즉시 로딩은 JPQL에서 N+1 문제를 일으킨다.
  4. @ManyToOne, @OneToOne은 기본이 즉시 로딩 -> LAZY로 설정!
  5. @OneToMany, @ManyToMany는 기본이 지연 로딩

N+1 쿼리 문제의 원인 ?

Spring Data JPA에서 제공하는 Repository의 ‘findAll()’, ‘findById()’ 등과 같은 메소드를 사용하면 바로 DB에 SQL 쿼리를 날리는 것이 아닙니다.

JPQL이라는 객체지향 쿼리 언어를 생성, 실행시킨 후 JPA는 이것을 분석해서 SQL을 생성, 실행하는 동작에서 N+1 쿼리 문제가 발생합니다.

JPQL 입장에서는 LAZY 로딩, EAGER 로딩과 같은 글로벌 패치 전략을 신경쓰지 않고 JPQL만 사용해서 SQL을 생성합니다.

N+1 쿼리 문제는 언제 발생할까 ?

발생하는 경우는 다음과 같은 2가지 경우가 있습니다.

두 개의 엔티티가 1:N 관계를 가지며 JPQL로 객체를 조회할 때

EAGER 전략으로 데이터를 가져오는 경우
LAZY 전략으로 데이터를 가져온 이후에 가져온 데이터에서 하위 엔티티를 다시 조회하는 경우

요약

많은 블로그 글들, 강의 등을 보고 요약하면서 알게 된 것은 결국 DB를 조회하는 데에도 각 객체마다 하나씩 조회하는 것이어야될까 하는 생각이 들었다. 지연로딩을 왠만하면 권장해야겠고,
우선 최초 엔티티 설계 시에는 LAZY로딩으로 설정해두어야겠다.

이를 해결하기 위한 방법이 3가지가 있는데

  1. JPQL의 FETCH JOIN(실무에서 많이 쓰인다고 함)
  • 기존 SQL의 조인이 아님
    JPQL의 성능 튜닝을 위해 제공되는 조인
    연관된 엔티티 or 컬렉션을 SQL 한번에 함께 조회하는 기능
  1. Entity Graph
    엔티티 조회시점에 연관된 엔티티들을 함께 조회하는 기능- 정적으로 정의하는 Named 엔티 티 그래프- 동적으로 정의하는 엔티티 그래프

  2. 여러 자식들이 있을때 N+1 문제를 회피하기 위해
    hibernate.default_batch_fetch_size 옵션 활용
    이 batch-size 옵션은 하위 엔티티를 로딩할때 한번에 상위 엔티티 ID를 지정한 숫자만큼 in Query로 로딩한다.

해결방안에 대해서만 알아보았고, 실제로 적용은 해보지 못했는데, 차근차근 해봐야겠다...

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