N+1的推广

N+1问题是一个ORM特有的问题名称，它将可以在服务器上合理执行的循环移动到客户端。通用问题不是ORM特有的，您可以通过任何远程API解决。在本文中，我展示了如果您调用一个API N次而不是仅调用1次，JDBC往返是如何代价高昂的。示例中的区别在于您是否调用Oracle PL/SQL过程：

dbms_output.get_lines（调用一次，接收N个项目）dbms_output.get_line（调用N次，每次接收1项）

它们在逻辑上是等价的，但由于服务器和客户端之间的延迟，您需要在循环中添加N个延迟等待，而不是只等待一次。

ORM案例

事实上，ORM-y N+1问题甚至不是ORM特有的，您也可以通过手动运行自己的查询来实现，例如，当您在PL/SQL中执行以下操作时：

-- This loop is executed once
for parent in (select * from parent) loop

  -- This loop is executed N times
  for child in (select * from child where parent_id = parent.id) loop
    ...
  end loop;
end loop;

使用联接（在本例中）实现这一点会更好：

for rec in (
  select *
  from parent p
  join child c on c.parent_id = p.id
)
loop
  ...
end loop;

现在，循环只执行一次，并且循环的逻辑已经从客户端（PL/SQL）移动到服务器（SQL），这甚至可以以不同的方式对其进行优化，例如，通过运行哈希连接（O（N））而不是嵌套循环连接（带索引的O（N log N））

自动检测N+1个问题

如果您使用的是JDBC，可以在后台使用jOOQ作为JDBC代理来自动检测N+1问题。jOOQ的解析器规范化您的SQL查询，并缓存有关连续执行父查询和子查询的数据。如果您的查询不完全相同，但在语义上是等价的，这甚至可以起作用。

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。

N+1选择问题是一个难题，在单元测试中检测这种情况是有意义的。我已经开发了一个小型库，用于验证给定测试方法或任意代码块执行的查询数量-JDBC Sniffer

只需在测试类中添加一个特殊的JUnit规则，并在测试方法上放置带有预期查询数的注释：

@Rule
public final QueryCounter queryCounter = new QueryCounter();

@Expectation(atMost = 3)
@Test
public void testInvokingDatabase() {
    // your JDBC or JPA code
}

与产品有一对多关系的供应商。一个供应商拥有（供应）许多产品。

***** Table: Supplier *****
+-----+-------------------+
| ID  |       NAME        |
+-----+-------------------+
|  1  |  Supplier Name 1  |
|  2  |  Supplier Name 2  |
|  3  |  Supplier Name 3  |
|  4  |  Supplier Name 4  |
+-----+-------------------+

***** Table: Product *****
+-----+-----------+--------------------+-------+------------+
| ID  |   NAME    |     DESCRIPTION    | PRICE | SUPPLIERID |
+-----+-----------+--------------------+-------+------------+
|1    | Product 1 | Name for Product 1 |  2.0  |     1      |
|2    | Product 2 | Name for Product 2 | 22.0  |     1      |
|3    | Product 3 | Name for Product 3 | 30.0  |     2      |
|4    | Product 4 | Name for Product 4 |  7.0  |     3      |
+-----+-----------+--------------------+-------+------------+

因素：

供应商的懒惰模式设置为“true”（默认）用于查询产品的获取模式为Select获取模式（默认）：访问供应商信息缓存第一次不起作用访问供应商

提取模式为选择提取（默认）

// It takes Select fetch mode as a default
Query query = session.createQuery( "from Product p");
List list = query.list();
// Supplier is being accessed
displayProductsListWithSupplierName(results);

select ... various field names ... from PRODUCT
select ... various field names ... from SUPPLIER where SUPPLIER.id=?
select ... various field names ... from SUPPLIER where SUPPLIER.id=?
select ... various field names ... from SUPPLIER where SUPPLIER.id=?

结果：

1个产品选择语句供应商的N个选择语句

这是N+1选择问题！

假设你有公司和雇员。公司有许多雇员（即雇员有一个字段COMPANY_ID）。

在某些O/R配置中，当您有一个映射的Company对象并访问其Employee对象时，O/R工具将为每个员工执行一次选择，如果您只是在直接SQL中执行操作，则可以从Company_id=XX的员工中选择*。因此，N（员工人数）加1（公司）

这就是EJB实体bean的初始版本是如何工作的。我相信像Hibernate这样的东西已经解决了这个问题，但我不太确定。大多数工具通常包含有关其映射策略的信息。

N+1 SELECT问题真的很难发现，尤其是在具有大型域的项目中，当它开始降低性能时。即使问题得到解决，即通过添加紧急加载，进一步的开发可能会破坏解决方案和/或在其他地方再次引入N+1 SELECT问题。

我创建了开源库jplusone来解决基于JPA的Spring Boot Java应用程序中的这些问题。该库提供两个主要功能：

生成将SQL语句与触发它们的JPA操作的执行相关联的报告，并将其放置在应用程序的源代码中

2020-10-22 18:41:43.236 DEBUG 14913 --- [           main] c.a.j.core.report.ReportGenerator        :
    ROOT
        com.adgadev.jplusone.test.domain.bookshop.BookshopControllerTest.shouldGetBookDetailsLazily(BookshopControllerTest.java:65)
        com.adgadev.jplusone.test.domain.bookshop.BookshopController.getSampleBookUsingLazyLoading(BookshopController.java:31)
        com.adgadev.jplusone.test.domain.bookshop.BookshopService.getSampleBookDetailsUsingLazyLoading [PROXY]
            SESSION BOUNDARY
                OPERATION [IMPLICIT]
                    com.adgadev.jplusone.test.domain.bookshop.BookshopService.getSampleBookDetailsUsingLazyLoading(BookshopService.java:35)
                    com.adgadev.jplusone.test.domain.bookshop.Author.getName [PROXY]
                    com.adgadev.jplusone.test.domain.bookshop.Author [FETCHING ENTITY]
                        STATEMENT [READ]
                            select [...] from
                                author author0_
                                left outer join genre genre1_ on author0_.genre_id=genre1_.id
                            where
                                author0_.id=1
                OPERATION [IMPLICIT]
                    com.adgadev.jplusone.test.domain.bookshop.BookshopService.getSampleBookDetailsUsingLazyLoading(BookshopService.java:36)
                    com.adgadev.jplusone.test.domain.bookshop.Author.countWrittenBooks(Author.java:53)
                    com.adgadev.jplusone.test.domain.bookshop.Author.books [FETCHING COLLECTION]
                        STATEMENT [READ]
                            select [...] from
                                book books0_
                            where
                                books0_.author_id=1

提供API，允许编写测试，检查应用程序使用JPA的效率（即断言延迟加载操作的数量）

@SpringBootTest
class LazyLoadingTest {

    @Autowired
    private JPlusOneAssertionContext assertionContext;

    @Autowired
    private SampleService sampleService;

    @Test
    public void shouldBusinessCheckOperationAgainstJPlusOneAssertionRule() {
        JPlusOneAssertionRule rule = JPlusOneAssertionRule
                .within().lastSession()
                .shouldBe().noImplicitOperations().exceptAnyOf(exclusions -> exclusions
                        .loadingEntity(Author.class).times(atMost(2))
                        .loadingCollection(Author.class, "books")
                );

        // trigger business operation which you wish to be asserted against the rule,
        // i.e. calling a service or sending request to your API controller
        sampleService.executeBusinessOperation();

        rule.check(assertionContext);
    }
}