N+1問題とは何か

本来1回で済むデータベースへの問い合わせを、N+1回も繰り返してしまうことです。

具体例

ブログの記事一覧ページで、「記事のタイトル」と「書いた人の名前」を表示する場面を考えます。

// 問題のあるコード
$posts = getAllPosts(); // 記事を全部取得

foreach ($posts as $post) {
    echo $post->title;
    echo $post->author->name; // ここで毎回データベースに問い合わせ
}

このコードでは、裏側でこんなことが起きています。

-- 1回目：記事を取得
SELECT * FROM posts;

-- 2回目以降：各記事の著者を1件ずつ取得
SELECT * FROM users WHERE id = 1;
SELECT * FROM users WHERE id = 2;
SELECT * FROM users WHERE id = 3;
...

記事が10件なら、合計11回の問い合わせが発生します。これが「N+1問題」です。

なぜダメなのか?

1. とにかく遅い

データベースへの問い合わせは、普通の処理より圧倒的に時間がかかります。

例えば、1回の問い合わせに0.1秒かかるとします。

問題なし：2回 × 0.1秒 = 0.2秒
N+1問題あり（100件）：101回 × 0.1秒 = 10.1秒

10秒も待たされたら、ユーザーは離れていきます。

2. データが増えると悪化する

開発中は少量のテストデータで動かすので気づきませんが、本番環境でデータが増えると突然使い物にならなくなります。

記事10件 → 11回の問い合わせ
記事100件 → 101回の問い合わせ
記事1,000件 → 1,001回の問い合わせ

最初は快適だったのに、使っているうちにどんどん重くなっていくのがN+1問題の怖いところです。

3. サーバーに負荷がかかる

大量の問い合わせが同時に発生すると、データベースサーバーが耐えられなくなります。

複数のユーザーが同時にアクセスすると、さらに深刻です。10人が同時にアクセスして、それぞれ100回の問い合わせを発生させたら、合計1,000回の問い合わせがサーバーに降りかかります。

よくあるケース

SNSのタイムライン

$posts = getTimelinePosts(); // 投稿100件を取得

foreach ($posts as $post) {
    echo $post->user->name;    // ユーザー名
    echo $post->likeCount;     // いいね数
}

投稿100件に対して、ユーザー情報といいね数を取得すると、1 + 100 + 100 = 201回の問い合わせが発生します。

商品一覧ページ

$products = getAllProducts(); // 商品500件

foreach ($products as $product) {
    echo $product->category->name; // カテゴリー名を表示
}

商品500件のカテゴリー名を表示するだけで、501回の問い合わせになります。

陥りやすいパターン

ループの中でデータ取得

// NG
$items = getItems();
foreach ($items as $item) {
    $owner = getUser($item->ownerId); // 毎回DB問い合わせ
    echo $owner->name;
}

ループで回しながらデータベースに問い合わせると、ほぼ確実にN+1問題が発生します。

テンプレートでデータ取得

<!-- NG -->
{% for post in posts %}
  <p>{{ post.author.name }}</p>  <!-- 毎回DB問い合わせ -->
{% endfor %}

見た目はシンプルですが、裏側では毎回データベースにアクセスしています。

N+1問題の対策3つ

1. Eager Loading（先読み込み）を使う

フロントエンドではLazy Loadという手法を使うことがよくありますが、それの逆バージョンみたいなものがEager Loadingです。

これは、関連データを最初にまとめて取得する方法です。ORMの多くがこの機能を持っています。

Laravelの例

// NG：N+1問題が発生
$posts = Post::all();
foreach ($posts as $post) {
    echo $post->author->name; // 毎回DB問い合わせ
}

// OK：with()で先読み込み
$posts = Post::with('author')->get();
foreach ($posts as $post) {
    echo $post->author->name; // すでに読み込み済み
}

実行されるSQL

-- 1回目：記事を取得
SELECT * FROM posts;

-- 2回目：関連する著者をまとめて取得
SELECT * FROM users WHERE id IN (1, 2, 3, 4, 5);

2回のクエリで済むようになります。

2. JOINを使って一度に取得する

SQLのJOIN句を使えば、1回のクエリで全データを取得できます。

$query = "
    SELECT 
        posts.*,
        users.name as author_name
    FROM posts
    LEFT JOIN users ON posts.user_id = users.id
";

$results = DB::query($query);

1回のクエリで記事と著者の情報が両方手に入ります。

3. データを事前にまとめて取得する

必要なIDをすべて集めてから、一度にまとめて取得する方法です。

// 記事を取得
$posts = getAllPosts();

// 必要なユーザーIDを集める
$userIds = array_map(function($post) {
    return $post->userId;
}, $posts);

// ユーザーをまとめて取得
$users = User::whereIn('id', $userIds)->get();

// 配列に変換して使いやすくする
$userMap = [];
foreach ($users as $user) {
    $userMap[$user->id] = $user;
}

// マッピング
foreach ($posts as $post) {
    $post->author = $userMap[$post->userId];
}

少し手間ですが、ORMがEager Loadingをサポートしていない場合に有効です。

まとめ

N+1問題とは、本来1回で済むDB問い合わせをN+1回も繰り返してしまうこと。

なぜダメか

ページの読み込みが遅くなる
データが増えると指数関数的に悪化する
サーバーがパンクする

よくあるパターン

ループの中でデータを取得している
テンプレートで関連データを表示している

N+1問題は初心者が最も陥りやすい落とし穴ですが、理解すれば避けられます。

コードを書くときは「ループの中でデータベースに問い合わせていないか？」を意識するだけで、大きく改善できます。