N+1問題

定義

N+1問題は、データベースクエリで、1回のクエリでN件のデータを取得した後、各データに対して追加のクエリを実行する問題です。結果として、1 + N回のクエリが実行されます。

なぜ重要なのか

パフォーマンスへの影響

実際のデータ:

あるECサイトで、商品一覧ページを表示する際にN+1問題が発生しました：

問題: 100件の商品を表示する際に、101回のクエリが実行される
影響: ページの読み込み時間が5秒以上かかる
解決後: Eager Loadingにより、2回のクエリに削減し、読み込み時間が0.5秒に短縮

N+1問題の影響:

パフォーマンス: クエリ数が増加し、パフォーマンスが低下
スケーラビリティ: データが増えると、問題が深刻化
ユーザー体験: ページの読み込み時間が長くなる

問題のある実装

N+1問題の例:

// 悪いコード: N+1問題が発生
async function getProducts() {
  // 1回目のクエリ: 商品を取得
  const products = await db.query('SELECT * FROM products LIMIT 100');

  // N回のクエリ: 各商品のカテゴリを取得
  for (const product of products) {
    const category = await db.query(
      'SELECT * FROM categories WHERE id = ?',
      [product.categoryId]
    );
    product.category = category;
  }

  return products;
}

// 問題点:
// - 100件の商品がある場合、101回のクエリが実行される
// - パフォーマンスが大幅に低下する

解決方法

1. Eager Loading（積極的読み込み）

Eager Loadingの実装:

// 良いコード: Eager Loadingを使用
async function getProducts() {
  // JOINを使用して1回のクエリで取得
  const products = await db.query(`
    SELECT
      p.*,
      c.name as category_name,
      c.description as category_description
    FROM products p
    LEFT JOIN categories c ON p.category_id = c.id
    LIMIT 100
  `);

  return products;
}

// メリット:
// - 1回のクエリで必要なデータを取得
// - パフォーマンスが大幅に向上

2. バッチ読み込み

バッチ読み込みの実装:

// 良いコード: バッチ読み込みを使用
async function getProducts() {
  // 1回目のクエリ: 商品を取得
  const products = await db.query('SELECT * FROM products LIMIT 100');

  // 2回目のクエリ: 必要なカテゴリを一括取得
  const categoryIds = [...new Set(products.map(p => p.categoryId))];
  const categories = await db.query(
    'SELECT * FROM categories WHERE id IN (?)',
    [categoryIds]
  );

  // メモリ上で結合
  const categoryMap = new Map(categories.map(c => [c.id, c]));
  products.forEach(product => {
    product.category = categoryMap.get(product.categoryId);
  });

  return products;
}

// メリット:
// - 2回のクエリで必要なデータを取得
// - パフォーマンスが向上

3. ORMの使用

ORMでの実装:

// TypeORMでの実装
@Entity()
export class Product {
  @ManyToOne(() => Category)
  @JoinColumn({ name: 'category_id' })
  category: Category;
}

// Eager Loadingを使用
const products = await productRepository.find({
  relations: ['category'],
});

// または、QueryBuilderを使用
const products = await productRepository
  .createQueryBuilder('product')
  .leftJoinAndSelect('product.category', 'category')
  .getMany();

// メリット:
// - ORMが自動的に最適化
// - コードが簡潔

まとめ

N+1問題のポイント：

問題: 1 + N回のクエリが実行される
影響: パフォーマンスの低下、スケーラビリティの問題
解決方法: Eager Loading、バッチ読み込み、ORMの使用
予防: クエリログを監視し、N+1問題を早期に発見

適切な解決方法により、N+1問題を解決し、パフォーマンスを向上させられます。