まずは実装して動作を確認することが優先であってパフォーマンス・チューニングは二の次だといえども，やらないよりは，やるに越したことはない．気付いたときに，対応できることはしておきたい．今回，無造作な実装だと非効率さがいささか目に余るかな？ということでN+1問題の解決に取り組んでみた．
N+1問題とは，簡単にいえば「Aに関連したBというデータがあったとして，Aがn個の要素を持っているときに，Aに関する1回のSELECTと，Bに関するn回のSELECTが発生するので（計n+1回のSELECT文が発行される）非効率だ」というものである．
具体例
例として次のコードを考えてみる．先日から作っているRuby on Railsのアプリケーションである．
ある学校（School）のUserを抽出してきて，それらに関連するPostを全て抽出，ハッシュテーブルに保管し，最後はJSONでレンダリングして出力というものだ（本当はこれだけだと実用性に乏しくもう少し工夫が必要だが，今回はN+1問題に注目するためコードを簡素化して説明する）．
class Td::Api::UsersController < ApplicationController
def index
users = User.where(school: current_user.school)
hash = {}
users.each{|user|
hash[user.username] = { user_info: user, posts: user.posts }
}
render json: hash
end
end
さて，このコードを動かすと，次のような処理が行われる．
User Load (1.1ms) SELECT "users".* FROM "users" WHERE "users"."school_id" = $1 [["school_id", 2]]
↳ app/controllers/td/api/users_controller.rb:5:in `index'
Post Load (0.9ms) SELECT "posts".* FROM "posts" WHERE "posts"."user_id" = $1 [["user_id", 1]]
↳ app/controllers/td/api/users_controller.rb:9:in `index'
Post Load (0.9ms) SELECT "posts".* FROM "posts" WHERE "posts"."user_id" = $1 [["user_id", 2]]
↳ app/controllers/td/api/users_controller.rb:9:in `index'
Post Load (0.9ms) SELECT "posts".* FROM "posts" WHERE "posts"."user_id" = $1 [["user_id", 4]]
↳ app/controllers/td/api/users_controller.rb:9:in `index'
Post Load (0.8ms) SELECT "posts".* FROM "posts" WHERE "posts"."user_id" = $1 [["user_id", 6]]
↳ app/controllers/td/api/users_controller.rb:9:in `index'
Post Load (1.0ms) SELECT "posts".* FROM "posts" WHERE "posts"."user_id" = $1 [["user_id", 7]]
↳ app/controllers/td/api/users_controller.rb:9:in `index'
Completed 200 OK in 65ms (Views: 9.3ms | ActiveRecord: 25.1ms | Allocations: 28826)
user_idが1, 2, 4, 6, 7の5名が該当し，それぞれに対して5回のSQLが発行されていることが分かるだろう．users.each{ ... } の繰り返しにおいて，都度，SQLを発行しているのでこうなってしまう．
問題解決
これを，次のようなコードに修正する．最初にUserのリストを抽出するwhere()の処理に対して，includes(:posts) を付けてやる点がミソ．
class Td::Api::UsersController < ApplicationController
def index
users = User.where(school: current_user.school).includes(:posts)
hash = {}
users.each{|user|
hash[user.username] = { user_info: user, posts: user.posts }
}
render json: hash
end
end
動作は次のようになる．SQL文の発行回数が2回になっていることを確認されたい．
User Load (0.9ms) SELECT "users".* FROM "users" WHERE "users"."school_id" = $1 [["school_id", 2]]
↳ app/controllers/td/api/users_controller.rb:5:in `index'
Post Load (1.0ms) SELECT "posts".* FROM "posts" WHERE "posts"."user_id" IN ($1, $2, $3, $4, $5) [[nil, 1], [nil, 2], [nil, 4], [nil, 6], [nil, 7]]
↳ app/controllers/td/api/users_controller.rb:5:in `index'
Completed 200 OK in 64ms (Views: 3.0ms | ActiveRecord: 20.5ms | Allocations: 24834)
問題は無事解決．めでたし，めでたし．
応用問題
さて，話はこれだけでは終わらない．実はPostにはそれぞれCommentが紐付けられており，ひとつのPostに対して複数のCommentsが関連付けられている．
さてどうしよう．これも，無造作にやるとN+1問題が発生してしまう．ていうかN✕(M+1)+1問題？というか，まあ，なんというか．
で，こうする．「3つ以上ネストするときどうすんの？問題」はとりあえず置いておく．
class Td::Api::UsersController < ApplicationController
def index
users = User.where(school: current_user.school)
.includes(posts: :comments)
hash = {}
users.each{|user|
post_hash = {}
user.posts.each {|post|
post_hash[post.id] = { post_info: post,
comments: post.comments }
}
hash[user.username] = { user_info: user, posts: post_hash }
}
render json: hash
end
end
やってみた．関連のSQLは3つ発行されるだけである．まずはこれでOKということにしておこう．
User Load (1.1ms) SELECT "users".* FROM "users" WHERE "users"."school_id" = $1 [["school_id", 2]]
↳ app/controllers/td/api/users_controller.rb:5:in `index'
Post Load (1.3ms) SELECT "posts".* FROM "posts" WHERE "posts"."user_id" IN ($1, $2, $3, $4, $5) [[nil, 1], [nil, 2], [nil, 4], [nil, 6], [nil, 7]]
↳ app/controllers/td/api/users_controller.rb:5:in `index'
Comment Load (1.4ms) SELECT "comments".* FROM "comments" WHERE "comments"."post_id" IN ($1, $2, $3, $4, $5, $6) [[nil, 1], [nil, 2], [nil, 3], [nil, 4], [nil, 5], [nil, 6]]
↳ app/controllers/td/api/users_controller.rb:5:in `index'
Completed 200 OK in 111ms (Views: 2.4ms | ActiveRecord: 50.8ms | Allocations: 34417)
だいぶ無駄を省くことができるようになった．
発展問題
「3つ以上ネストするときどうすんの？問題」も片付けておこう．CommentにはそれぞれUserが紐付けられているので，処理するときにさらにcomment.user.fullname なんて感じでフルネームを参照したくなる．このコードを書くと，またSQLがひとつ発行されてしまう．
一対多のとき，関連名は複数形で書いた．その逆のときは，単数形で書けばよい．UserにはScoresも紐付けられていて，さらにScoreにはRubricも対応，RubricはさらにLessonに関連付けられているというような状況のとき，includes()を丁寧に書くと，次のようになる．多段でネストするときは，連想配列をネストさせればよい，ということらしい．
users = User.where(school: current_user.school)
.includes(posts: {comments: :user}, scores: {rubric: :lesson})
関連名を記述するとき，複数形と単数形をきちんと使い分けている点に注意しよう．また，PostsとScoresの関係のように，複数の関係が存在するときは，並べて書けばよいようだ．これらのテーブルがどのような関係にあるかは，先の記事を参考にされたい．
おまけ
（得られたJSONは json pretty printer で整形して確認するといいよ！）
