Dataloaderを用いたGraphQLの性能改善
こんにちは。次世代システム研究室のT.M です。
はじめに
GraphQLは、従来のように一つの画面専用のAPIの作成や一つの画面で複数回APIを叩く必要なく、柔軟にデータオブジェクトを取得できます。GraphQLではスキーマを定義し、サーバでスキーマの全てのフィールドに対してリゾルバを用意します。しかし、単純なリゾルバの場合、クライアントからのリクエスト次第ではN+1問題が発生します。その解決策として、Dataloaderがあります。本稿では、Dataloaderの実装方法について解説します。スキーマ
GraphQLでは、スキーマに従い柔軟なデータオブジェクトを取得することができます。例えば、以下のスキーマが定義されているとします。type Post {
id: ID!
title: String!
author: User!
}
type User {
id: ID!
name: String!
}
type Query {
posts: [Post]
}
このとき、クライアントは以下のクエリによりPostのtitle一覧を取得することができます。query {
posts {
id
title
}
}
また、Postのフィールドとしてauthorが定義されているので、titleだけではなく、authorのnameも合わせて取得することもできます。query {
posts {
id
title
author {
id
name
}
}
}
このようにGraphQLではスキーマを定義して柔軟なクエリを作成できるようになっています。リゾルバ
GraphQLサーバでは、各フィールドにリゾルバを定義する必要があります。以下は、Postのデータがpostテーブルに保存されている場合のnest.jsコードです。@Resolver(of => Post)
export class PostsResolver {
constructor(
private readonly postsService: PostsService,
) {}
@Query(returns => [Post])
posts() {
return this.postsService.findAll();
}
}
@Entity()
@ObjectType()
export class Post {
@PrimaryGeneratedColumn('increment')
@Field((type) => ID)
id: number;
@Column()
@Field()
title: string;
@Column()
userId: number;
}
Post.titleフィールドのようにDBから取得した値をそのままで良い場合、リゾルバはpostオブジェクトのtitleを取得する関数であれば良い。その場合、nest.jsでは@Fieldをつけるだけで良いです。Post.authorはuserテーブルを取得する必要があるので、以下のようにリゾルバを定義する必要があります。
export class PostsResolver {
...
@ResolveField(returns => User)
author(@Parent post: Post) {
return this.usersService.findById(post.userId);
}
}
このように@ResolveFieldを付けた関数を作成することで、リゾルバとなります。N+1問題
フィールドをリゾルブするごとにリゾルバが実行されるので、postsのデータ数だけPost.authorのリゾルバを実行することになります。つまり、以下のようなSQLが実行されることになります。SELECT * FROM post; SELECT * FROM user WHERE id = 1; SELECT * FROM user WHERE id = 2; SELECT * FROM user WHERE id = 4; SELECT * FROM user WHERE id = 5; SELECT * FROM user WHERE id = 9; SELECT * FROM user WHERE id = 10; ...さらにpost.userIdが同じ値であっても二重でSQLが実行されます。
このように単純なリゾルバでは、N+1問題が発生して性能に影響を与えます。
Dataloader
N+1問題を解決する方法として、まとめて取得すれば良いです。つまり、以下のようなSQLが実行されるようになれば良いです。SELECT * FROM post; SELECT * FROM user WHERE id in (1,2,4,5,9,10);Dataloaderを使ったリゾルバにより実現することができます。
import DataLoader from 'dataloader';
export abstract class BaseDataloader<K, V> extends Object {
protected dataloader: DataLoader<K, V> = new DataLoader<K, V>(
this.batchLoad.bind(this),
);
public load(key: K): Promise<V> {
return this.dataloader.load(key);
}
protected abstract batchLoad(keys: K[]): Promise<(V | Error)[]>;
}
@Injectable({ scope: Scope.REQUEST })
export class UsersDataloader extends BaseDataloader<number, User> {
constructor(
private readonly usersService: UsersService,
) {}
protected batchLoad(keys: number[]): Promise<(User | Error)[]> {
return this.usersService.findByIds(keys);
}
}
export class UsersService {
constructor(
@InjectRepository(User)
userRepository: Repository,
) {}
async findByIds(keys: number[]) {
const users = await this.userRepository.findByIds(keys);
return keys.map(k => users.find(u => u.id === k) || new Error('Not Found'));
}
}
export class PostsResolver {
constructor(
...
private readonly usersDataloader: UsersDataloader,
) {}
...
@ResolveField(returns => [User])
author(@Parent() post: Post) {
return this.usersDataloader.load(post.userId);
}
}
Dataloaderはbatchloadを実装し、リゾルバでloadを呼び出します。batchloadの実装では、引数のIDの順番で結果を返さないといけません。そのため、findByIdsでデータを取得した後、mapを利用して引数の順番に並べ替えています。また、リクエストごとにまとめて実行をしたいので、@Injectable({ scope: Scope.REQUEST })をつけて、リクエストごとにインスタンスを作成しています。
今回はhas one の関係にあるデータを取得していますが、DataloaderのloadManyなどを実装することでhas many の関係にあるデータを取得することができるようになります。
まとめ
Graphqlは柔軟にクエリを書けるため、従来のAPIで起こっていた、画面ごとにAPIを作成したり、一つの画面を描画するために何度もAPIを叩く、という問題を解決しました。また、サーバの実装に関しても、スキーマを定義して、各フィールドのリゾルバを実装すれば良いだけなので、とても開発を効率よく進めることができるようになりました。GraphQLのサーバを実装しているときに最初に当たる性能の問題として、N+1問題があります。Dataloaderを利用することでこの問題を解決することができました。
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参考
graphql/dataloader@nestjs/graphql でdataloaderを使う
