はじめに

RailsにおけるN+1問題は、データベースからデータを取得する際に起こり得るパフォーマンス上の問題です。

具体的には、1つのクエリで親モデルを取得した後に、その親モデルに関連する子モデルのデータを取得するために複数の個別のクエリが発行されることが原因です。これにより、データベースへの負荷が増加し、アプリケーションのレスポンス時間が遅くなる可能性があります。

N+1問題のコード例

UserモデルとBookモデルがあり、1つのUserに対して複数のBookが関連付けられているとします。

class User < ApplicationRecord
  has_many :books
end

class Book < ApplicationRecord
  belongs_to :user
end

コントローラーで取得したすべてのUserを使って、それぞれのUserに関連するBookのタイトルを表示するために以下のように実装したとします。

class UsersController < ApplicationController
  def index
    @users = User.all
  end
end

この例では、UsersControllerのindexアクションですべてのUserを取得しています。しかし、ビューで各Userに対してbooksメソッドを使って関連するBookのタイトルを表示しようとすると、次のような状況が生じます。

<% @users.each do |user| %>
  <h2><%= user.name %></h2>
  <ul>
    <% user.books.each do |book| %>
      <li><%= book.title %></li>
    <% end %>
  </ul>
<% end %>

このビューのuser.books.eachの部分で、各Userごとにbooksメソッドが呼ばれるたびに、関連するBookのデータを取得するための個別のクエリが発行されます。例えば、10人のUserがいる場合には、Userの取得に1クエリ、それに対して10回のBookの取得に10クエリが追加されることになります。

このような場合、データベースに対して無駄なクエリが発行され、データの取得が遅くなる原因となります。これがN+1問題の典型的な例です。

回避方法

includesメソッドの使用

includesメソッドを使うことで、親モデルと関連する子モデルを一度に取得できます。これにより、N+1問題を回避し、すべてのデータを効率的に取得できます。

class UsersController < ApplicationController
  def index
    @users = User.includes(:books).all
  end
end

このコードでは、Userモデルとその関連するBookモデルを一度に取得しています。これにより、各Userに対して個別のクエリを発行することなく、すべてのBookデータも同時に取得できます。

joinsメソッドの使用

joinsメソッドを使ってSQLのJOIN句を利用し、親モデルと子モデルを結合して取得する方法です。これにより、1つのクエリで関連データを取得できますが、SELECT句に含めるカラムを明示的に指定する必要があります。

class UsersController < ApplicationController
  def index
    @users = User.joins(:books).select('users.*, books.title AS book_title').all
  end
end

このコードでは、UserとBookをJOINして、すべてのユーザーとその書籍のタイトルを取得しています。

preloadメソッドの使用

preloadメソッドもincludesメソッドと似ていますが、SQLのJOINを使わずにN+1問題を回避します。これにより、複数のクエリを発行しますが、関連するデータを一度にロードします。

class UsersController < ApplicationController
  def index
    @users = User.preload(:books).all
  end
end

preloadを使用することで、各Userに対してbooksデータを個別に取得することなく、すべてのデータを一度に取得します。

eager_loadメソッドの使用

eager_loadメソッドを使用すると、INNER JOINを使用して関連データを取得します。これにより、結合クエリを使ってデータを取得できるため、複数のクエリを発行することなく効率的にデータを取得できます。

class UsersController < ApplicationController
  def index
    @users = User.eager_load(:books).all
  end
end

この方法では、INNER JOINを使用してUserと関連するBookデータを一度に取得します。

referencesメソッドの使用

includesメソッドと一緒にreferencesメソッドを使用することで、WHERE句で関連するテーブルのカラムを参照することができます。

class UsersController < ApplicationController
  def index
    @users = User.includes(:books).references(:books).all
  end
end

この方法は、WHERE句でBookモデルのカラムを参照する必要がある場合に使用します。

回避方法まとめ

まとめ

N+1問題を避けるためには、Active Recordのincludesやjoinsメソッドを積極的に活用することが推奨されます。

これにより、関連するデータを1つのクエリで効率的に取得し、アプリケーションのパフォーマンスを向上させることができます。データベースアクセスの最適化は、Railsアプリケーションのスケーラビリティとユーザーエクスペリエンスの向上に直結します。