RailsのN+1問題を解決！preload、eager_load、includesの詳細ガイド

2023年11月25日

N+1問題に対して、preload、eager_load、includesを使いこなして、データベースの負担を減らしながら、パフォーマンスを上げる方法をこの記事では紹介します。手軽に実践できる内容ですのでぜひ参考にしてください。

N+1問題とは？

プログラミングにおけるN+1問題とは、データベースからのデータ取得時に発生する一般的な問題で、特にORM（Object-Relational Mapping）を使用する際に顕著です。この問題は、1つのデータを取得するために1回のクエリを発行し、関連するデータを取得するためにさらにN回のクエリを発行してしまうことで起こります。結果として、データベースへのクエリ数が必要以上に多くなり、アプリケーションのパフォーマンスが著しく低下します。

例えば、あるブログのすべての記事とそれに関連するコメントを取得する場合、記事を取得するための1回のクエリに加え、各記事に関連するコメントを取得するために、記事の数だけ追加のクエリが発行されてしまうという状況が考えられます。

# 記事を全件取得するクエリを1回発行
posts = Post.all
posts.each do |post|
  # 記事N個に対して、記事に紐づくコメントを取得するクエリを発行
  puts post.comments
end

上記のコードでは、Post.all で全ての記事を取得した後、各記事についてそのコメントを取得するために新しいクエリが発行されてしまいます。

Railsのクエリ最適化メソッドの解説

preloadメソッド

preload は、関連するオブジェクトをあらかじめ読み込むために使用します。これにより、関連データを一度に取得し、N+1問題を防ぐことができます。preload は、関連する各オブジェクトに対して個別のクエリを発行します。これは、それぞれの関連データに対して一つの大きなクエリを発行する。

使用タイミングとしては、関連するオブジェクトを後で一度にアクセスする予定がある場合に適しています。特に、関連オブジェクトが多く、それらを個別に処理する必要がある場合に有効です。

# preloadを使用したクエリ例
posts = Post.preload(:comments).all
posts.each do |post|
  puts post.comments
end

上記のコードでは、Post.all のクエリ実行時に、関連する comments があらかじめ読み込まれます。これにより、ループ内での各 post.comments の呼び出しにおいて、追加のクエリは発行されません。

eager_loadメソッド

eager load は、単一の大きなクエリで関連オブジェクトを読み込むメソッドです。これは、LEFT OUTER JOIN を使用して、メインのオブジェクトと関連オブジェクトを一度に取得します。

eager_load の適用シナリオは、関連データが複数回にわたってアクセスされる場合や、関連データを条件にフィルタリングする場合に最適です。

# eager loadを使用したクエリ例
posts = Post.eager_load(:comments).all
posts.each do |post|
  puts post.comments
end

このクエリでは、posts と comments のデータが1つのクエリで取得され、ループ内での各 post.comments 呼び出しに追加のクエリは必要ありません。

includesメソッド

includes メソッドはRailsで最も柔軟なクエリ最適化のオプションの一つで、実行時のクエリの状況に応じて preload または eager_load のいずれかを選択します。具体的には、デフォルトではpreloadの挙動となり、whereによる絞り込みを行った場合などはeager_loadの挙動になります。

# includesを使用したクエリ例
posts = Post.includes(:comments).all
posts.each do |post|
  puts post.comments
end

このコードスニペットでは、includes を用いて関連する comments を取得しています。この場合、Railsは実行時に comments の取得方法を preload か eager load を選択します。

preload, eager_load, includesの使い分け

各メソッドの特徴と違い

preload, eager load, そして includes は、いずれもRailsでN+1問題を回避するためのメソッドですが、それぞれに特徴と適用するシナリオが異なります。

preload は関連データを個別のクエリで事前に読み込む方法で、関連データへの単一アクセスが予想される場合に適しています。
eager load は、LEFT OUTER JOIN を用いて単一クエリで関連データを取得し、関連データに対する複雑な条件や計算を行う場合に便利です。
includes は、条件に応じて preload または eager load のどちらかをRailsが選択し、開発者には柔軟性を提供します。

シナリオ別最適なメソッドの選択

適切なメソッドを選択するには、アプリケーションの具体的なデータアクセスパターンを理解する必要があります。たとえば、複数の関連オブジェクトを同時に取得し、それぞれに対して複数の操作を行う場合は preload が適している可能性があります。一方で、関連オブジェクトに対する複雑なクエリが必要な場合は eager_load の方が効果的です。

また、関連データの取得条件が動的である場合や、データアクセスパターンが予測しづらい場合には includes を使用することで、Railsに最適なメソッドの選択を委ねることができます。

まとめ

Railsの preload, eager_load, および includes は、データベースのパフォーマンスを最適化し、N+1問題を解決するための強力なツールです。各メソッドを適切に使い分けることで、アプリケーションの応答性を向上させることができます。選択はデータの関係性やアクセスパターンによって異なりますが、理解しておくことでアプリケーションのパフォーマンスを効果的に改善することが可能です。

シナリオに応じた適切なデータ取得戦略を選択することは、高性能なRailsアプリケーションを構築する上で不可欠です。各メソッドの特性を理解し、それらを適切に活用することで、データベースへの負担を減らし、ユーザー体験を向上させることができます。