Rails 浅谈 ActiveRecord 的 N + 1 查询问题

kamiiyu · 2017年02月23日 · 最后由 moliliang 回复于 2017年03月27日 · 8649 次阅读

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ORM 框架的性能小坑

在使用 ActiveRecord 这样的 ORM 工具时，常会嵌套遍历 model。
例如，有两个 model，Post、Comment，关系是一对多。

class Post < ApplicationRecord
  has_many :comments
end

class Comment < ApplicationRecord
  belongs_to :post
end

总共有 4 个 post。

> Post.count
(0.1ms)  SELECT COUNT(*) FROM "posts"
=> 4

获取每个 post 的所有 comment，我们可以：

> Post.all.map{|post| post.comments}
  Post Load (0.3ms)  SELECT "posts".* FROM "posts"
  Comment Load (0.2ms)  SELECT "comments".* FROM "comments" WHERE "comments"."post_id" = ?  [["post_id", 1]]
  Comment Load (0.4ms)  SELECT "comments".* FROM "comments" WHERE "comments"."post_id" = ?  [["post_id", 2]]
  Comment Load (0.6ms)  SELECT "comments".* FROM "comments" WHERE "comments"."post_id" = ?  [["post_id", 3]]
  Comment Load (0.6ms)  SELECT "comments".* FROM "comments" WHERE "comments"."post_id" = ?  [["post_id", 4]]

可以看到为了得到 4 条数据，我们执行了 5（4 + 1）次的查询，这就是所谓 N + 1 查询问题。

发现问题

除了凭经验外，有一些 gem 也可以帮助我们提早发现 N + 1 查询问题。
例如收费的New Relic，免费的Bullet。

解决问题

预加载

简单来说，就是提前加载 model 关系，让 ActiveRecord 预先加载所需要的数据。
ActiveRecord 提供了以下三个方法预加载。

includes
preload
eager_load

他们的区别可以参考这里或这里。
以最常用的includes方法为例。

> Post.includes(:comments).map{|post| post.comments}
  Post Load (0.2ms)  SELECT "posts".* FROM "posts"
  Comment Load (0.5ms)  SELECT "comments".* FROM "comments" WHERE "comments"."post_id" IN (1, 2, 3, 4)

得到的结果一样，但执行的查询只有两次。

傻瓜式预加载 (Goldiloader)

传统预加载的“问题”

includes方法的确很惊艳，但……

第一，代码不够优雅。
例如，假设我们现在想找的是 id 在 1 到 3 之间的 post 的 comment。
一般的我们的逻辑是，查找 id 在 1 到 3 之间的 post，获取各 post 的 comment 然后合并。
而预加载后的逻辑是，查找 id 在 1 到 3 之间的 post，关联 comment，再获取各 post 的 comment 然后合并。
总觉得有点冗余。

> Post.where(id: 1..3).includes(:comments).map{|post| post.comments}
  Post Load (0.5ms)  SELECT "posts".* FROM "posts" WHERE ("posts"."id" BETWEEN ? AND ?)  [["id", 1], ["id", 3]]
  Comment Load (0.5ms)  SELECT "comments".* FROM "comments" WHERE "comments"."post_id" IN (1, 2, 3)

第二，不符合 DRY。
既然我们都不喜欢 N + 1，那就应该从源头上杜绝，而不是每次查询时都要主动includes一次。

Goldiloader

懒癌程序员的救星Goldiloader——几乎完美的解决了以上两个问题。

gem 'goldiloader'

bundle install以后，就可以用最直接（傻瓜）的方式点点点……

> Post.where(id: 1..3).map{|post| post.comments}
  Post Load (0.2ms)  SELECT "posts".* FROM "posts" WHERE ("posts"."id" BETWEEN ? AND ?)  [["id", 1], ["id", 3]]
  Comment Load (0.3ms)  SELECT "comments".* FROM "comments" WHERE "comments"."post_id" IN (1, 2, 3)

auto_include

Goldiloader 默认自动加载所有关联数据，用auto_include: false可以方便地关闭自动加载。

class Post < ApplicationRecord
  has_many :comments, auto_include: false
end

fully_load

以下的方法比较特殊，如果关系已经加载了，则会直接返回已缓存的值，如果没被加载，则会通过 SQL 查询。

first
second
third
fourth
fifth
forty_two
last
size
ids_reader
empty?
exists?

假设现在我们需要获取每个 post 的最新的 comment。
但这不是我们想要的。

> Post.all.sum{|post| [post.id, post.comments.last&.content]}
  Post Load (0.1ms)  SELECT "posts".* FROM "posts"
  Comment Load (0.1ms)  SELECT  "comments".* FROM "comments" WHERE "comments"."post_id" = ? ORDER BY "comments"."id" DESC LIMIT ?  [["post_id", 1], ["LIMIT", 1]]
  Comment Load (0.1ms)  SELECT  "comments".* FROM "comments" WHERE "comments"."post_id" = ? ORDER BY "comments"."id" DESC LIMIT ?  [["post_id", 2], ["LIMIT", 1]]
  Comment Load (0.1ms)  SELECT  "comments".* FROM "comments" WHERE "comments"."post_id" = ? ORDER BY "comments"."id" DESC LIMIT ?  [["post_id", 3], ["LIMIT", 1]]
  Comment Load (0.1ms)  SELECT  "comments".* FROM "comments" WHERE "comments"."post_id" = ? ORDER BY "comments"."id" DESC LIMIT ?  [["post_id", 4], ["LIMIT", 1]]

添加选项full_load: true后，当调用上述方法时，Goldiloader 会强制自动加载所需的关系。

class Post < ApplicationRecord
  has_many :comments, fully_load: true
end

这才是我们想要的。

> Post.all.sum{|post| [post.id, post.comments.last&.content]}
  Post Load (0.3ms)  SELECT "posts".* FROM "posts"
  Comment Load (0.2ms)  SELECT "comments".* FROM "comments" WHERE "comments"."post_id" IN (1, 2, 3, 4)

Goldiloader 也不是万能的

has_one 使用 SQL limit 时的隐患

Goldiloader 是 ActiveRecord 的衍生工具，所以 ActiveRecord 预加载的副作用也一并继承了。
现在我们自定义一个has_one关系，用以获取最新的一条 comment。

class Post < ApplicationRecord
  has_many :comments, fully_load: true
  has_one :latest_comment, -> { order(created_at: :desc) }, class_name: 'Comment'
end

遍历 post 获取最新的 comment。

> Post.all.map{|post| post.latest_comment}

不使用 Goldiloader 或者预加载时，每条 SQL 自动回加上limit 1。

Post Load (0.3ms)  SELECT "posts".* FROM "posts"
Comment Load (0.2ms)  SELECT  "comments".* FROM "comments" WHERE "comments"."post_id" = ? ORDER BY "comments"."created_at" DESC LIMIT ?  [["post_id", 1], ["LIMIT", 1]]
Comment Load (0.2ms)  SELECT  "comments".* FROM "comments" WHERE "comments"."post_id" = ? ORDER BY "comments"."created_at" DESC LIMIT ?  [["post_id", 2], ["LIMIT", 1]]
Comment Load (0.1ms)  SELECT  "comments".* FROM "comments" WHERE "comments"."post_id" = ? ORDER BY "comments"."created_at" DESC LIMIT ?  [["post_id", 3], ["LIMIT", 1]]
Comment Load (0.1ms)  SELECT  "comments".* FROM "comments" WHERE "comments"."post_id" = ? ORDER BY "comments"."created_at" DESC LIMIT ?  [["post_id", 4], ["LIMIT", 1]]

使用 Goldiloader 或者预加载时，世界变清净了，但同时会有性能隐患，因为 post 的数据量可能非常大。

Post Load (0.5ms)  SELECT "posts".* FROM "posts"
Comment Load (0.2ms)  SELECT "comments".* FROM "comments" WHERE "comments"."post_id" IN (1, 2, 3, 4) ORDER BY "comments"."created_at" DESC

其他限制

遇到以下的关系（方法），Goldiloader 会自动关闭自动预加载。

limit
offset
finder_sql
group (due to a Rails bug)
from (due to a Rails bug)
joins (only Rails 4.0/4.1 - due to a Rails bug)
uniq (only Rails 3.2 - due to a Rails bug)

本文结束之前

N + 1 查询问题是一个容易被忽略的问题。
发现解决它也不难，includes已经够用，Goldiloader 更是锦上添花，对新手足够友好。
不过对于我这种被 Rails“坑”习惯的斯德哥尔摩症候群患者来说，没有includes反而没安全感了>_<|||

参考文档

24 个赞

Preload、 Eagerload、 Includes 和 Joins

无引用文章

ruby_sky #1 2017年02月23日

有必要使用 Goldiloader？

huacnlee #2 2017年02月23日

开发的时候，多关注你的 Rails 控制台日志才是应该的

5 个赞

huacnlee 将本帖设为了精华贴。 02月23日 11:40

5swords #4 2017年02月23日

@kamiiyu，我有一后台，查询使用 ransack，一般只显示前 20 条，但客户要导出所有查询出来的记录。表至少 10W+，但我想显示和导出用同一套查询，怎么解比较好？

libuchao #5 2017年02月23日

对

5swords 回复

可以把 page 功能放 respond_to 中试试，大概如下：

def index
  @q = Post.ransack(params[:q])
  @posts= @q.result.includes(:user).joins(:user)

  respond_to do |format|
    format.html { @posts = @posts.page(params[:page]).per(20) }
    format.csv
  end
end