如何在PHP中检测n+1查询问题及场景示例

php  /  管理员 发布于 1年前   286

什么是 n+1 查询问题？

n+1 查询问题是软件开发中常见的性能问题。N+1 查询会导致许多不必要的数据库调用。

这会导致应用程序以蜗牛般的速度运行，尤其是当数据增长时。

因此，您必须了解并解决 N+1 查询问题，以确保您的应用程序高效、反应灵敏并具有可扩展性。

当应用程序进行一次数据库查询以检索一个对象，然后对检索到的每个对象进行其他查询

以获取相关对象时，就会出现 N+1 查询。

这样，N 个对象总共要执行 N+1 次数据库查询，这会大大降低应用程序的效率和性能，

尤其是在处理大型数据集时。

本文将探讨如何使用应用程序性能监控 (APM) 工具快速检测和解决 N+1 查询。

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n+1 查询示例：

让我们考虑一个需要显示作者及其书籍列表的书店应用程序。

应用程序可能首先查询数据库以检索所有作者（1 次查询）。

然后，针对检索到的每位作者，再进行一次查询，获取他们各自的书籍。

如果有 100 位作者，则总共需要 1 次查询（初始查询）+ 100 次查询（每位作者一次）= 101 次查询。

这样做效率很低，会严重降低应用程序的性能。

为了避免 N+1 查询问题，开发人员通常使用急切加载（在初始数据库查询中加载相关数据）或

https://sequelize.org/docs/v6/advanced-association-concepts/eager-loading/

批量获取（批量检索多个对象的相关数据）等技术。

https://stackoverflow.com/questions/8241822/php-mysql-running-query-in-batches
http://www.seancolombo.com/2009/07/05/quick-tip-do-huge-mysql-queries-in-batches-when-using-php/

如何检测 n+1 查询？

如果你有一个非同小可的应用程序，你很可能会有 n+1 查询。

如果你的应用程序是使用 Laravel 或 Symfony 等网络框架构建的，并且使用了 ORM，

那么肯定会有很多 n+1 查询。

这是因为许多现代网络框架的 ORM 层默认会懒加载记录。

在开发和测试环境中，N+1 查询问题很可能不会被注意到。

但是，当部署到生产环境时，这些问题可能会突然破坏应用程序的性能，

因为生产环境中数据库的行数要高得多。

应用程序存在 n+1 查询的主要标志是正在执行的数据库查询次数异常多。

这些查询通常是顺序进行且不重叠的。

这一切都很好，但你可能会问：

"好吧，但我怎么知道执行了多少次查询，以及这些查询是否'连续且不重叠'？

问得好！这就是应用程序性能监控 (APM) 工具的用武之地。

使用 APM 工具查找 n+1 查询：

应用程序性能监控工具，顾名思义，就是您可以用来监控和诊断应用程序问题的应用程序。

此类工具可以帮助您监控各种性能指标，包括数据库查询。

有许多不同的 APM 工具可供选择。

在本例中，我将使用 Scout APM。

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Scout APM 让查找 n+1 查询变得非常简单，因为它有一个专门的 n+1 insights 标签。

n+1 insights 标签会显示应用程序中所有端点的列表（红色高亮显示），对于每个端点，

你都可以看到运行了多少次查询以及查询花费了多长时间。点击单个端点将显示更深入的信息。

在端点详细信息页面上，你可以看到一个非常有用的时间轴视图，

例如，在部署更新后，你可以看到 n+1 出现的时间。

上面的截图描述的是浓缩视图，它能让你更直观地了解 n+1 查询的情况。

点击这里的 SQL 按钮（蓝色高亮显示），Scout 会向你显示值得指责的 SQL 查询。

回溯

在端点详细信息页面，你可以单击回溯按钮，找到 n+1 查询的确切代码行。

从上图中可以看到，Scout 追溯到了有问题的代码，准确找到了导致问题的行。

显示代码片段是因为我使用了 Scout 的 GitHub 集成。

https://scoutapm.com/docs/integrations

不过，即使你没有 GitHub 集成，Scout 仍会报告出问题代码文件和行号。

既然我们知道了如何使用 APM 追查 n+1 查询，那么接下来我们就来解决它们。

解决 n+1 查询

为了说明如何在使用 ORM（如 Laravel 的 Eloquent 或 Doctrine）的 PHP 应用程序中

解决 N+1 查询问题，我们将重温前面提到的基于书店应用场景的示例。

情景：

数据库中有两个表：作者和书籍。每个作者可以拥有多本书。

让我们先看看导致 N+1 查询问题的代码，然后再看看如何解决这个问题。

存在 N+1 查询问题的代码：

// Retrieve all authors
$authors = Author::all();
 
foreach($authors as $author) {
   // For each author, retrieve their books$books = $author->books()->get(); // This causes an additional query for each author
   // Process the books...
}

在这段代码中，第一个查询会检索所有作者，然后针对每个作者执行一个新查询以获取其书籍，

这样就会产生 n+1 个查询。

N+1 查询解决方案 1：急于加载

解决 n+1 查询问题的一种方法是使用一种称为急切加载（eager loading）的策略。

通过急切加载，您可以在初始查询中加载相关模型（在本例中为书籍）。

// Eager load books with authors in one query
$authors = Author::with('books')->get();
 
foreach($authors as $author) {
   // Now, no additional query is made here
   $books = $author->books;
   // Process the books...
}

N+1 查询解决方案 2：联接查询

有时，您可能想使用 JOIN 语句在单个查询中获取所有内容。

https://www.w3schools.com/sql/sql_join.asp

您可以使用原始查询或框架提供的查询生成器来实现这一点。

原始查询示例（使用 PDO）：

$sql = "SELECT * FROM authors JOIN books ON authors.id = books.author_id";
$stmt = $pdo->query($sql);
$authorsAndBooks = $stmt->fetchAll(PDO::FETCH_ASSOC);
// Process the books accordingly

查询生成器示例（在 Laravel 中）：

$authorsAndBooks = DB::table('authors')
   ->join('books', 'authors.id', '=', 'books.author_id')
   ->get();
 
// Process the results accordingly

使用原始查询或查询生成器，可以编写更优化的 SQL 查询，通过对数据库的单次请求获取所需的数据。

n+1 查询解决方案 3：缓存

解决 n+1 查询问题的另一种方法是使用缓存。

https://www.prisma.io/dataguide/managing-databases/introduction-database-caching

缓存为 n+1 查询问题提供了一种策略性解决方案，尤其是在数据变化不频繁的情况下。

通过将数据库查询结果存储在缓存中，后续请求可以从缓存中检索数据，而无需再次访问数据库。

这大大减少了对数据库的查询次数，尤其是重复请求。

需要注意的是，您可以将缓存与前一种解决方案结合使用。

PHP 中的 N+1 查询： 结论

了解并处理 n+1 查询对于优化 PHP 应用程序至关重要。

我们探讨了什么是 n+1 查询、它们如何悄无声息地降低应用程序性能，

以及使用 Scout APM 等工具检测 n+1 问题的策略。

解决 n+1 查询不仅仅是为了提高速度，而是为了编写更智能、更高效的代码。

通过应用这些见解，您可以确保为用户提供更流畅、更快速的体验。