[SpringBoot] N + 1 문제 해결 및 성능 개선

안녕하세요~😄 오늘은 YOUTUBE 개발바닥 영상을 보던 중에 N + 1 문제라는 키워드가 환기되어 현재 진행 중인 프로젝트에서 N + 1 문제가 발생되고 있는지 확인해 보고 2가지 방법으로 해결해 보도록 하겠습니다.

 

 

가이드 && 환경

• 💡 SpringBoot 3.2.2 , SpringDataJPA, Hibernate
• 💡 Tag Entity, Category Entity, N+1 문제 확인
• 💡 해결방법 1. Fetch Join, 2. @EntityGraph 사용하기
• 💡 성능향상 점검
• 💡 결론

 

문제 인식

✅ 먼저 Postman을 사용하여 자주 사용하는 Rest API를 모두 호출해 보았습니다.

 

✅ 그중 사용빈도가 매우 높은 "모든 태그를 불러오는 기능"에서 Tag , Category 두 엔티티의 연관관계에서 N + 1문제가 발생하는 것을 확인했습니다. /api/tags는 메인페이지, 지도페이지, 독후감 작성 페이지에 사용되는 만큼 호출 빈도가 상당히 높기 때문에 바로 해결해 주도록 하겠습니다.

 

Tag Entity

@Getter
@Builder
@AllArgsConstructor
@NoArgsConstructor(access = AccessLevel.PROTECTED)
@Entity
public class Tag extends BaseTimeEntity {

    @Id
    @GeneratedValue(strategy = GenerationType.IDENTITY)
    @Column(name = "tag_id")
    private Long id;

    @Builder.Default
    @OneToMany(mappedBy = "tag",cascade = CascadeType.ALL)
    private List<Tagged> tags = new ArrayList<>();

    @ManyToOne(fetch = FetchType.LAZY)
    @JoinColumn(name = "category_id")
    private Category category;

    @Column(nullable = false, unique = true)
    private String content;
}

Category Entity

@Entity
@AllArgsConstructor
@NoArgsConstructor(access = AccessLevel.PROTECTED)
@Builder
@Getter
public class Category extends BaseTimeEntity {

    @Id
    @GeneratedValue(strategy = GenerationType.IDENTITY)
    @Column(name = "category_id")
    private Long id;

    @Builder.Default
    @OneToMany(mappedBy = "category")
    private List<Tag> tag = new ArrayList<>();

    @Column(nullable = false, unique = true)
    private String content;

}

 

N+1 문제 인식

category 갯수 만큼 Selcet문이 호출되는 모습

💡 모든 태그(1)를 호출했을 때 카테고리의 개수(N)만큼 추가적으로 DB에 접근하는 것을 확인했습니다.

 

 

해결 방안

1. Fetch Join 사용하기

@Query("SELECT t FROM Tag t JOIN FETCH t.category")
List<Tag> findAllWithCategory();

Hibernate: select t1_0.tag_id,c1_0.category_id,c1_0.created_date,c1_0.name,c1_0.updated_date,t1_0.content,t1_0.created_date,t1_0.updated_date 
from tag t1_0 
join category c1_0 on c1_0.category_id=t1_0.category_id

 

💡 패치 조인(Fetch Join)은 JPA에서 연관된 엔티티나 컬렉션을 SQL 한 번의 조회로 함께 가져오는 기능입니다. 지연로딩(fetch = FetchType.LAZY)으로 인해 연관엔티티를 조회하지 않게 설정되어 있지만 N+1의 문제가 발생하였을 때 예외적으로 Fetch Join을 통하여 불필요한 DB접근을 줄여주는 데에 목적이 있습니다.

 

# JPQL
@Query("SELECT t FROM Tag t JOIN FETCH t.category")

# SQL
SELECT t.*, c.* FROM tag t INNER JOIN category c ON t.category_id = c.category_id;

 

✅ 위의 두 쿼리를 같은 동작은 하는 쿼리이며 이해를 돕기위해 시각화하여 보여드리겠습니다.

 

패치조인

DB구현 초반에 INSERT한 데이터여서  날짜값은 없네요😅

 

2. @EntityGraph 사용하기

@EntityGraph(attributePaths = {"category"})
List<Tag> findAll();

Hibernate: 
select t1_0.tag_id,c1_0.category_id,c1_0.created_date,c1_0.name,c1_0.updated_date,t1_0.content,t1_0.created_date,t1_0.updated_date 
from tag t1_0 
left join category c1_0 on c1_0.category_id=t1_0.category_id

 

💡 여기서 Fetch Join과 EntityGraph의 차이점을 알 수 있었는데요, FetchJoin은 기본적으로 Inner Join을 제공합니다. (Left FETCH를 통해 조정가능) 그에 반해 EntityGraph는 Left Outer Join을 기본으로 제공합니다.

 

성능 개선

N+1 문제시 성능

time 36ms

✅ 먼저 N + 1문제가 있는 상황에서의 Api 성능입니다.

 

📈 10번 정도 호출하여 중간값으로 가져왔습니다 평균적으로 35ms ~ 40ms의 조회속도를 보였습니다.

 

Fetch Join 성능

time 27ms

✅ Fetch Join 24ms ~ 31ms 정도의 조회 성능을 보였습니다.

 

@EntityGraph 성능

time 23ms

✅ EntityGraph 23ms ~ 32ms 정도의 조회성능을 보였습니다.

 

 

결론

평균적인 조회를 기준으로 37ms -> 26ms로 조회 성능이 개선된 것을 확인할 수 있었습니다.

( 37ms - 26ms ) / 26ms로 계산하였을 때 대략 42.32%의 성능이 개선되었습니다.

 

이번 사례에서는 카테고리가 단 세 개뿐이었기 때문에, 성능 개선의 효과를 체감하기 어려울 수도 있었습니다. 하지만, 데이터가 많아지거나 프로젝트 규모가 커질수록 N+1 문제는 더욱 중요해질 것이라고 생각됩니다. 그렇기 때문에 앞으로 개발 과정에서 발생할 수 있는 문제를 미리 인식하고 체크하는 능력의 중요성을 인지하게되는 좋은 경험이었던 것 같습니다. 

 

감사합니다😊

 

- TODO

배치사이즈 조정에 관한 공부