意識しておくべきことのひとつ「N+1問題」

はじめに

Webアプリケーションを開発していると

「動作は正しいのにデータ量が増えると急に遅くなる…」

という状況に遭遇することがあります。

その原因としてよく挙げられるのが 「N+1問題」 です。

これはPHP/Java/Ruby/Python/Go/Node.jsなど言語を問わずあらゆるアプリケーションで発生しうる問題です。

N+1問題とは？

たとえば、データベースに保存しているユーザー一覧と、そのユーザーに紐づく住所情報を一緒に扱いたいとします。

このとき、次のようなコードを書いてしまうと
ユーザー1件ごとに追加でSQLが発行されてしまうため、ユーザー数に比例してクエリ回数が増えていきます。

ユーザーが 10件なら 11回、1,000件なら 1,001回……というように
最終的にはパフォーマンスの低下につながります。

これが、いわゆる 「N+1問題」 と呼ばれるものです。

use App\Http\Controllers\Controller;
use App\Models\User;

class UserController extends Controller
{
    public function index()
    {
        // すべてのユーザーを取得
        $users = User::all();
        $usersData = [];

        foreach ($users as $user) {
            $usersData[] = [
                'id' => $user->id,
                'name' => $user->name,
                // Model側に address のリレーションを定義している想定
                'address' => $user->address?->full_address,
            ];
        }

        return $usersData;
    }
}

上記のコードは、バックエンド側で起こり得るケースとしてPHP/laravelでシンプルに書いたものです。
動作としては正しいのですが、パフォーマンスの面ではあまり評価できません。

じゃあ、どうすべき？

とはいえ、関連テーブルのデータも一緒に扱いたい場面は多々あります。
その場合は、laravelであれば関連データを事前にまとめて取得する（Eager Loading） が定石です。

use App\Http\Controllers\Controller;
use App\Models\User;

class UserController extends Controller
{
    public function index()
    {
        // addressを事前にまとめて取得（Eager Loading）
        $users = User::with('address')->get();

        $usersData = [];

        foreach ($users as $user) {
            $usersData[] = [
                'id'      => $user->id,
                'name'    => $user->name,
                // Eagerロード済みなのでここで追加クエリは発生しない
                'address' => $user->address?->full_address,
            ];
        }

        return $usersData;
    }
}

これならユーザー数が何件に増えても、クエリ回数は「ほぼ2回」のままで済みます。

上記のコードは、「必要なカラムのみに絞る」などの工夫で
もう少しパフォーマンス改善できますが
N+1問題の改善方法としての大枠はこれで充分伝わると思います。

つまり、必要な関連データは事前取得しておき
可能な限りループの中で追加クエリを発生させないこと。

言語やフレームワークにより方法や書き方は違えど、根本的な考え方は変わりません。

開発をする際にこの点を意識して進めるだけでも、N+1問題による事故を防げるのではないでしょうか。