在我看来，《Hibernate陷阱：为什么关系应该懒惰》中的文章与真正的N+1问题完全相反。

如果您需要正确的解释，请参阅Hibernate-第19章：提高性能-获取策略

选择提取（默认值）为极易受到N+1选择的影响问题，因此我们可能希望启用联接获取

SELECT 
table1.*
, table2.*
INNER JOIN table2 ON table2.SomeFkId = table1.SomeId

这将获得一个结果集，其中表2中的子行通过返回表2中每个子行的表1结果而导致重复。O/R映射器应根据唯一的键字段区分表1实例，然后使用所有表2列填充子实例。

SELECT table1.*

SELECT table2.* WHERE SomeFkId = #

N+1是第一个查询填充主对象，第二个查询填充返回的每个唯一主对象的所有子对象的位置。

考虑：

class House
{
    int Id { get; set; }
    string Address { get; set; }
    Person[] Inhabitants { get; set; }
}

class Person
{
    string Name { get; set; }
    int HouseId { get; set; }
}

以及具有类似结构的表格。对地址“22 Valley St”的单个查询可能返回：

Id Address      Name HouseId
1  22 Valley St Dave 1
1  22 Valley St John 1
1  22 Valley St Mike 1

O/RM应该用ID=1，Address=“22 Valley St”填充Home的实例，然后用Dave、John和Mike的People实例填充Inhabitants数组，只需一个查询。

对上述相同地址的N+1查询将导致：

Id Address
1  22 Valley St

使用单独的查询，如

SELECT * FROM Person WHERE HouseId = 1

并产生单独的数据集，如

Name    HouseId
Dave    1
John    1
Mike    1

并且最终结果与上述单个查询相同。

单一选择的优点是您可以提前获得所有数据，这可能是您最终想要的。N+1的优点是减少了查询复杂性，并且可以使用延迟加载，其中子结果集仅在第一次请求时加载。

这是对问题的一个很好的描述

现在您了解了这个问题，通常可以通过在查询中执行连接获取来避免。这基本上强制获取延迟加载的对象，因此数据在一个查询中而不是n+1个查询中检索。希望这有帮助。

假设您有一组Car对象（数据库行），每个Car都有一组Wheel对象（也有行）。换句话说，汽车→ 轮子是一对多的关系。

现在，假设您需要遍历所有汽车，并为每辆汽车打印出车轮列表。天真的O/R实现将执行以下操作：

SELECT * FROM Cars;

然后，对于每辆车：

SELECT * FROM Wheel WHERE CarId = ?

换言之，您可以为汽车选择一个选项，然后再选择N个选项，其中N是汽车的总数。

或者，可以获取所有轮子并在内存中执行查找：

SELECT * FROM Wheel;

这将到数据库的往返次数从N+1减少到2。大多数ORM工具提供了几种防止N+1选择的方法。

参考资料：Java Persistence with Hibernate，第13章。

在不深入技术堆栈实现细节的情况下，从架构上讲，N+1问题至少有两种解决方案：

只有1个-大查询-带有联接。这使得大量信息从数据库传输到应用程序层，特别是如果有多个子记录。数据库的典型结果是一组行，而不是对象图（有不同的DB系统的解决方案）有两个（或更多需要连接的子级）查询-1个用于父级，在有了它们之后-通过ID查询子级并映射它们。这将最大限度地减少DB和APP层之间的数据传输。

N+1查询问题是什么

当数据访问框架执行N个额外的SQL语句以获取执行主SQL查询时可能检索到的相同数据时，就会出现N+1查询问题。

N值越大，执行的查询越多，性能影响越大。而且，与可以帮助您查找运行缓慢的查询的慢速查询日志不同，N+1问题不会出现，因为每个单独的附加查询运行速度都足够快，不会触发慢速查询日志。

问题是执行大量额外的查询，总的来说，这些查询需要足够的时间来降低响应时间。

让我们考虑以下post和post_comments数据库表，它们形成了一对多的表关系：

我们将创建以下4个柱行：

INSERT INTO post (title, id)
VALUES ('High-Performance Java Persistence - Part 1', 1)
 
INSERT INTO post (title, id)
VALUES ('High-Performance Java Persistence - Part 2', 2)
 
INSERT INTO post (title, id)
VALUES ('High-Performance Java Persistence - Part 3', 3)
 
INSERT INTO post (title, id)
VALUES ('High-Performance Java Persistence - Part 4', 4)

此外，我们还将创建4个post_comment子记录：

INSERT INTO post_comment (post_id, review, id)
VALUES (1, 'Excellent book to understand Java Persistence', 1)
 
INSERT INTO post_comment (post_id, review, id)
VALUES (2, 'Must-read for Java developers', 2)
 
INSERT INTO post_comment (post_id, review, id)
VALUES (3, 'Five Stars', 3)
 
INSERT INTO post_comment (post_id, review, id)
VALUES (4, 'A great reference book', 4)

普通SQL的N+1查询问题

如果使用此SQL查询选择post_comments：

List<Tuple> comments = entityManager.createNativeQuery("""
    SELECT
        pc.id AS id,
        pc.review AS review,
        pc.post_id AS postId
    FROM post_comment pc
    """, Tuple.class)
.getResultList();

稍后，您决定获取每个post_comment的相关文章标题：

for (Tuple comment : comments) {
    String review = (String) comment.get("review");
    Long postId = ((Number) comment.get("postId")).longValue();
 
    String postTitle = (String) entityManager.createNativeQuery("""
        SELECT
            p.title
        FROM post p
        WHERE p.id = :postId
        """)
    .setParameter("postId", postId)
    .getSingleResult();
 
    LOGGER.info(
        "The Post '{}' got this review '{}'",
        postTitle,
        review
    );
}

您将触发N+1查询问题，因为您执行了5（1+4）而不是一个SQL查询：

SELECT
    pc.id AS id,
    pc.review AS review,
    pc.post_id AS postId
FROM post_comment pc
 
SELECT p.title FROM post p WHERE p.id = 1
-- The Post 'High-Performance Java Persistence - Part 1' got this review
-- 'Excellent book to understand Java Persistence'
    
SELECT p.title FROM post p WHERE p.id = 2
-- The Post 'High-Performance Java Persistence - Part 2' got this review
-- 'Must-read for Java developers'
     
SELECT p.title FROM post p WHERE p.id = 3
-- The Post 'High-Performance Java Persistence - Part 3' got this review
-- 'Five Stars'
     
SELECT p.title FROM post p WHERE p.id = 4
-- The Post 'High-Performance Java Persistence - Part 4' got this review
-- 'A great reference book'

修复N+1查询问题非常简单。您只需提取原始SQL查询中所需的所有数据，如下所示：

List<Tuple> comments = entityManager.createNativeQuery("""
    SELECT
        pc.id AS id,
        pc.review AS review,
        p.title AS postTitle
    FROM post_comment pc
    JOIN post p ON pc.post_id = p.id
    """, Tuple.class)
.getResultList();
 
for (Tuple comment : comments) {
    String review = (String) comment.get("review");
    String postTitle = (String) comment.get("postTitle");
 
    LOGGER.info(
        "The Post '{}' got this review '{}'",
        postTitle,
        review
    );
}

这次，只执行一个SQL查询来获取我们进一步感兴趣的所有数据。

JPA和Hibernate的N+1查询问题

在使用JPA和Hibernate时，有几种方法可以触发N+1查询问题，因此了解如何避免这些情况非常重要。

对于下一个示例，考虑我们将post和post_comments表映射到以下实体：

JPA映射如下所示：

@Entity(name = "Post")
@Table(name = "post")
public class Post {
 
    @Id
    private Long id;
 
    private String title;
 
    //Getters and setters omitted for brevity
}
 
@Entity(name = "PostComment")
@Table(name = "post_comment")
public class PostComment {
 
    @Id
    private Long id;
 
    @ManyToOne
    private Post post;
 
    private String review;
 
    //Getters and setters omitted for brevity
}

获取类型.EAGER

隐式或显式地为JPA关联使用FetchType.EAGER是一个坏主意，因为您将获取更多所需的数据。此外，FetchType.EAGER策略还容易出现N+1个查询问题。

不幸的是，@ManyToOne和@OneToOne关联默认使用FetchType.EAGER，因此如果映射如下所示：

@ManyToOne
private Post post;

您使用的是FetchType.EAGER策略，每当您在使用JPQL或Criteria API查询加载某些PostComment实体时忘记使用JOIN FETCH时：

List<PostComment> comments = entityManager
.createQuery("""
    select pc
    from PostComment pc
    """, PostComment.class)
.getResultList();

您将触发N+1查询问题：

SELECT 
    pc.id AS id1_1_, 
    pc.post_id AS post_id3_1_, 
    pc.review AS review2_1_ 
FROM 
    post_comment pc

SELECT p.id AS id1_0_0_, p.title AS title2_0_0_ FROM post p WHERE p.id = 1
SELECT p.id AS id1_0_0_, p.title AS title2_0_0_ FROM post p WHERE p.id = 2
SELECT p.id AS id1_0_0_, p.title AS title2_0_0_ FROM post p WHERE p.id = 3
SELECT p.id AS id1_0_0_, p.title AS title2_0_0_ FROM post p WHERE p.id = 4

请注意执行的其他SELECT语句，因为在返回PostComment实体列表之前必须获取post关联。

与调用EntityManager的find方法时使用的默认获取计划不同，JPQL或Criteria API查询定义了Hibernate无法通过自动注入JOIN fetch来更改的显式计划。因此，您需要手动执行。

如果你根本不需要post关联，那么你在使用FetchType.EAGER时就不走运了，因为无法避免获取它。这就是为什么默认情况下最好使用FetchType.LAZY。

但是，如果您想使用后关联，那么可以使用JOIN FETCH来避免N+1查询问题：

List<PostComment> comments = entityManager.createQuery("""
    select pc
    from PostComment pc
    join fetch pc.post p
    """, PostComment.class)
.getResultList();

for(PostComment comment : comments) {
    LOGGER.info(
        "The Post '{}' got this review '{}'", 
        comment.getPost().getTitle(), 
        comment.getReview()
    );
}

这次，Hibernate将执行一条SQL语句：

SELECT 
    pc.id as id1_1_0_, 
    pc.post_id as post_id3_1_0_, 
    pc.review as review2_1_0_, 
    p.id as id1_0_1_, 
    p.title as title2_0_1_ 
FROM 
    post_comment pc 
INNER JOIN 
    post p ON pc.post_id = p.id
    
-- The Post 'High-Performance Java Persistence - Part 1' got this review 
-- 'Excellent book to understand Java Persistence'

-- The Post 'High-Performance Java Persistence - Part 2' got this review 
-- 'Must-read for Java developers'

-- The Post 'High-Performance Java Persistence - Part 3' got this review 
-- 'Five Stars'

-- The Post 'High-Performance Java Persistence - Part 4' got this review 
-- 'A great reference book'

获取类型.LAZY

即使您切换到对所有关联显式使用FetchType.LAZY，您仍然会遇到N+1问题。

这一次，后关联映射如下：

@ManyToOne(fetch = FetchType.LAZY)
private Post post;

现在，当您获取PostComment实体时：

List<PostComment> comments = entityManager
.createQuery("""
    select pc
    from PostComment pc
    """, PostComment.class)
.getResultList();

Hibernate将执行一条SQL语句：

SELECT 
    pc.id AS id1_1_, 
    pc.post_id AS post_id3_1_, 
    pc.review AS review2_1_ 
FROM 
    post_comment pc

但是，如果之后，您将引用延迟加载的post关联：

for(PostComment comment : comments) {
    LOGGER.info(
        "The Post '{}' got this review '{}'", 
        comment.getPost().getTitle(), 
        comment.getReview()
    );
}

您将获得N+1查询问题：

SELECT p.id AS id1_0_0_, p.title AS title2_0_0_ FROM post p WHERE p.id = 1
-- The Post 'High-Performance Java Persistence - Part 1' got this review 
-- 'Excellent book to understand Java Persistence'

SELECT p.id AS id1_0_0_, p.title AS title2_0_0_ FROM post p WHERE p.id = 2
-- The Post 'High-Performance Java Persistence - Part 2' got this review 
-- 'Must-read for Java developers'

SELECT p.id AS id1_0_0_, p.title AS title2_0_0_ FROM post p WHERE p.id = 3
-- The Post 'High-Performance Java Persistence - Part 3' got this review 
-- 'Five Stars'

SELECT p.id AS id1_0_0_, p.title AS title2_0_0_ FROM post p WHERE p.id = 4
-- The Post 'High-Performance Java Persistence - Part 4' got this review 
-- 'A great reference book'

由于后期关联是延迟获取的，因此在访问延迟关联时将执行一个辅助SQL语句，以便生成日志消息。

同样，修复方法包括在JPQL查询中添加JOIN FETCH子句：

List<PostComment> comments = entityManager.createQuery("""
    select pc
    from PostComment pc
    join fetch pc.post p
    """, PostComment.class)
.getResultList();

for(PostComment comment : comments) {
    LOGGER.info(
        "The Post '{}' got this review '{}'", 
        comment.getPost().getTitle(), 
        comment.getReview()
    );
}

而且，就像FetchType.EAGER示例中一样，这个JPQL查询将生成一个SQL语句。

即使您正在使用FetchType.LAZY，并且没有引用双向@OneToOne JPA关系的子关联，您仍然可以触发N+1查询问题。

如何自动检测N+1查询问题

如果您想在数据访问层中自动检测N+1查询问题，可以使用db-util开源项目。

首先，您需要添加以下Maven依赖项：

<dependency>
    <groupId>com.vladmihalcea</groupId>
    <artifactId>db-util</artifactId>
    <version>${db-util.version}</version>
</dependency>

之后，您只需使用SQLStatementCountValidator实用程序来断言生成的底层SQL语句：

SQLStatementCountValidator.reset();

List<PostComment> comments = entityManager.createQuery("""
    select pc
    from PostComment pc
    """, PostComment.class)
.getResultList();

SQLStatementCountValidator.assertSelectCount(1);

如果您正在使用FetchType.EAGER并运行上述测试用例，则会出现以下测试用例失败：

SELECT 
    pc.id as id1_1_, 
    pc.post_id as post_id3_1_, 
    pc.review as review2_1_ 
FROM 
    post_comment pc

SELECT p.id as id1_0_0_, p.title as title2_0_0_ FROM post p WHERE p.id = 1

SELECT p.id as id1_0_0_, p.title as title2_0_0_ FROM post p WHERE p.id = 2


-- SQLStatementCountMismatchException: Expected 1 statement(s) but recorded 3 instead!