N＋1問題について

N＋1問題って？

ループ処理の中で、都度SQLを発行して、大量のSQLが発行されてパフォーマンスが低下してしまう問題のこと。
初めの一回のSQLでModelを取得して、そのModelに対するデータ数分(N回）のSQLが実行されてしまう。
データ量(N)＋1回文のSQLが実行されて、パフォーマンスの低下につながる問題。
N＋1問題の対策として、preloadやeager_loadを使用する

例：スーパーで1点ずつお会計するような感じで、圧倒的に非効率。


ショップ（shops）とそこに所属している人(users)を例にしてみる。

shopsテーブル

id　name
1　　Aショップ
2　　Bショップ
3　　Cショップ

usersテーブル

id　shop_id　name
1　　1　　　　伊藤さん
2　　1　　　　八田さん
3　　1　　　　木村さん
4　　2　　　　松田さん
5　　2　　　　斉藤さん
6　　3　　　　高橋さん
7　　3　　　　橘さん


一つショップーに複数人の従業員が所属しているという関係なので、
ショップ　1：　従業員　多　となる。

それぞれのモデルは以下のようになる。

app/models/shop.rb

class Shop < ApplicationRecord
  has_many :users
end

app/models/user.r

class User < ApplicationRecord
end

各ショップに所属している人の名前を出力するプログラムを作成。

Shop.all.each do |s|
  # usersテーブルから名前を取得し、カンマ区切りで結合する
  user_names = s.users.pluck(:name).join(",")
  p "#{s.name}に所属する人は#{user_names}です"
end

上記のコードはまずショップを全て取得してくる。
その後、それぞれのショップに対してusersテーブルから名前の情報を取得してくる。
実行すると下記のような感じで出力される。

 Shop Load (0.3ms)  SELECT `shops`.* FROM `shops`
   (0.3ms)  SELECT `users`.`name` FROM `users` WHERE `users`.`shop_id` = 1
"Aショップに所属する人は伊藤さん,八田さん,木村さんです"
   (0.3ms)  SELECT `users`.`name` FROM `users` WHERE `users`.`shop_id` = 2
"Bショップに所属する人は松田さん,斉藤さんです"
   (0.3ms)  SELECT `users`.`name` FROM `users` WHERE `users`.`shop_id` = 3
"Cショップに所属する人は高橋さん,橘さんです"

上記のログから、まず最初のSQLで全てのショップの情報を取得している。
その後、ショップの数分の人の情報を取得するSQLが実行されていることがわかる。

今回の場合だと、数が少ないからそこまで問題なさそうだが、
データ数と実行する回数が同じになるので、データの数が増えたときに処理に時間がかかってしまう。

N＋1問題の対策について

each よりも前にuserの情報を取得すればN＋1問題ができるかもしれないと推測。
上記のように関連しているテーブルの情報を先に読み込んでおく方法として、
ActiveRecordのpreloadメソッドeager_loadメソッドを使う。

preloadを使用

# すべてのショップに対し、それぞれ所属する人の名前を出力する
Shop.preload(:users).all.each do |s|
  # usersテーブルから名前を取得し、カンマ区切りで結合する
  user_names = s.users.pluck(:name).join(",")
  p "#{s.name}に所属する人は#{user_names}です"
end

shopの後にpreload(:users)を追加してみる。 これで何が起こるか。。。

Shop Load (0.3ms)  SELECT `shops`.* FROM `shops`
  User Load (0.5ms)  SELECT `users`.* FROM `users` WHERE `users`.`shop_id` IN (1, 2, 3)
"Aショップに所属する人は伊藤さん,八田さん,木村さんです"
"Bショップに所属する人は松田さん,斉藤さんです"
"Cショップに所属する人は高橋さん,橘さんです"

N＋1問題が解決されました。
先ほど4回実行されていたSQLが2回に減っていることがわかる。
ショップのデータを全て取得してから、ユーザーの情報をまとめて取得している。

eager_loadを使用

# すべてのショップに対し、それぞれ所属する人の名前を出力する
Shop.eager_load(:users).all.each do |s|
  # usersテーブルから名前を取得し、カンマ区切りで結合する
  user_names = s.users.pluck(:name).join(",")
  p "#{s.name}に所属する人は#{user_names}です"
end

実行結果を確認

SQL (0.4ms)  SELECT `shops`.`id` AS t0_r0, `shops`.`name` AS t0_r1, `shops`.`created_at` AS t0_r2, `shops`.`updated_at` AS t0_r3, `users`.`id` AS t1_r0, `users`.`name` AS t1_r1, `users`.`shop_id` AS t1_r2, `users`.`created_at` AS t1_r3, `users`.`updated_at` AS t1_r4 FROM `shops` LEFT OUTER JOIN `users` ON `users`.`shop_id` = `shops`.`id`

eager_loadの場合はLEFT OUTER JOINというのが使われて、
1回のSQLで全てのデータを取得している。