Spring Data JPA - Projection 이모저모

개요

요즘 회사에서 Spring으로 백엔드 개발을 하고 있는데, 너무 자동으로 돌아가는게 많아서 고생을 하고 있다. 이번 포스팅에서는 Spring Data JPA의 Projection 기능을 쓰면서 새롭게 알게된 사실들을 기록해두려고 한다.

Projection Basic

우선 Projection이 무슨 기능인지 간단하게 살펴보자. 아래와 같이 Student 엔티티를 정의했다고 해보자. 참고로 필자는 Kotlin만 사용해서 Java는 쓸 줄 모른다…

@Entity
data class Student(
    @get:Id
    @get:GeneratedValue(strategy = GenerationType.IDENTITY)
    var id: Int? = null,

    @get:Column(length = 32, nullable = false)
    var name: String,

    @get:Column(nullable = false)
    var grade: Int,
    ...
)

그리고 Student의 Repository를 하나 선언하고 적절히 쿼리 메소드를 선언하면 우리는 별 다른 노력 없이 Student에 대해 쿼리를 날릴 수 있다.

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interface StudentRepository : JpaRepository<Student, Int> {
    fun findById(id: Int): Student?
}

여기서 다음과 같은 상황을 생각해보자. 우리의 비즈니스 로직이 점차 복잡해져서 Student 모델에 여러가지 field가 추가되어 Student 모델이 꽤나 비대해졌다. 이 때, 학생의 이름만을 나열하는 페이지를 만들고 싶다. 이러한 상황에서 우리는 결코 Student 엔티티의 모든 field를 DB에서 가져오고 싶지는 않을 것이다.

이럴 때 사용하는 것이 바로 projection이다. Projection을 사용하면 엔티티의 일부 field만을 project(수학에서 말하는 투사? 투영?과 같은 느낌이다)하여 가져올 수 있다.

사용법은 아주 간단하다. 우선, 아래와 같이 projection interface를 정의한 후, 가져오고 싶은 field 이름만 적는다. 이 때 주의해야 할 점은, field 명이 반드시 일치해야 한다는 것이다.

interface StudentNameOnly {
    val id: Int
    val name: String
}

그리고 Repository에서 해당 projection interface를 리턴 타입으로 가지는 쿼리 메소드를 작성하면 끝이다.

interface StudentRepository : JpaRepository<Student, Int> {
    fun findById(id: Int): Student?
    fun findAllNameOnlyProjectionBy(): List<StudentNameOnly>
}

이제 val students: List<StudentNameOnly> = studentRepository.findAllNameOnlyProjectionBy() 라고 메소드를 호출하면 우리는 우리의 관심사인 학생의 이름만을 가지고 작업을 할 수 있다.

Projection with Custom Query

위의 Student 모델에 더해서, 각 학생의 과목별 시험 성적을 저장하는 모델이 있다고 생각해보자.

enum class Course {
    MA, // Mathematics
    CS, // Computer Science,
    PH, // Physics,
    ...
}

@Entity
data class StudentTestScore(
    @get:Id
    @get:GeneratedValue(strategy = GenerationType.IDENTITY)
    var id: Int? = null,

    @get:ManyToOne(fetch = FetchType.LAZY)
    @get:JoinColumn(name = "student_id", nullable = false)
    var student: Student?,

    @get:Column(length = 32, nullable = false)
    @get:Enumerated(EnumType.STRING)
    var course: Course,

    @get:Column(nullable = false)
    var score: Int,
    ...
)

이 때, 각 학생마다 모든 과목의 시험 점수의 평균을 구하고 싶다. 그러면 우리는 GROUP BY를 활용한 쿼리 메소드를 작성하여 사용하고 싶을 것이다. 그런데 문제는, GROUP BY는 Spring Data JPA에서 지원을 해주지 않는다. 그러면 우리는 어쩔 수 없이 @Query annotation을 사용해서 커스텀 쿼리를 작성해야 하는데, 문제는 이러한 커스텀 쿼리의 결과값을 어떻게 받아올 수 있냐는 점이다.

바로 여기서 다시 한번 projection을 사용할 수 있다. 우선 우리가 쿼리의 결과값으로 받을 projecition interface를 정의한다.

interface StudentAverageTestScore {
    studentId: Int
    averageScore: Int
}

그 다음은 StudentAverageTestScore을 리턴 타입으로 가지는 커스텀 쿼리 메소드를 만들기만 하면 된다.

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interface StudentTestScoreRepository : JpaRepository<StudentTestScore, Int> {
    fun findStudentAverageTestScores(): List<StudentAverageTestScore>
}

여기서 반드시 유의해야 할 점은, 커스텀 쿼리의 SELECT 절에서의 column 명과 projection interface의 field 명이 일치해야 한다는 점이다. Spring Data JPA는 여기서도 마찬가지로 column 명과 정확히 일치하는 projection interface의 field 명으로 쿼리 결과를 매핑하여 결과값을 생성하므로 꼭 이 둘을 일치시키도록 유의해야 한다. JPQL로는 해본적이 없긴 한데, Stack Overflow에 따르면 JPQL 에서도 마찬가지로 projection interface의 field 명과 쿼리 결과의 column 명을 일치시켜야 한다고 한다.

이제 아래 코드와 같이 학생의 평균 시험 점수를 가지고 비즈니스 로직을 짤 수 있다.

val studentAverageTestScores = studentTestScoreRepository.findStudentAverageTestScores()
studentAverageTestScores.map { // it: StudentAverageTestScore
    // business logic
}

Projection에 관련된 몇 가지 실험

사실 위에는 projection과 관련된 기본적인 지식이었다. 여기서부터는 내가 projection을 사용하다가 삽질하면서 배운, projection을 사용할 때 유의해야 할 몇 가지 주의사항들이다.

Projection은 실제로 쿼리가 줄어드는가?

위에서 Student와 StudentNameOnly의 경우, 우리는 비대한 Student 모델의 모든 정보를 들고 오는 대신 관심있는 name field만 들고 왔었다. 여기서 드는 한 가지 의문은, 실제로 Hibernate가 날리는 쿼리의 양이 줄어들었냐는 점이다. 이를 확인하기 위해 아래와 같이 간단하게 테스트를 짜고 Hibernate가 생성한 쿼리를 확인해보았다.

@RunWith(SpringRunner::class)
@SpringBootTest
class SampleApplicationTest {
    @Autowired
    lateinit var studentRepository: StudentRepository

    @Test
    fun `Student 이름만 조회`() {
        val student = studentRepository.save(Student(
            name = "학생",
            grade = 2
        ))
        val studentsNameOnly = studentRepository.findAllNameOnlyProjectionBy()
        Assert.assertEquals(1, studentsNameOnly.size)
        Assert.assertEquals(student.name, studentsNameOnly[0].name)
    }
}

쿼리 결과는 아래와 같았다.

2018-12-25 17:11:07.973 DEBUG 43952 --- [           main] org.hibernate.SQL                        : 
    select
        student0_.id as col_0_0_,
        student0_.name as col_1_0_ 
    from
        Student student0_

Hibernate가 생성한 쿼리 역시 정확하게 projection에 필요한 field인 id와 name만을 가져오는 것을 확인할 수 있다. 즉, 실제로 projection을 사용하면 쿼리를 줄일 수 있다. DB 쪽은 아직 공부를 안 해서 잘 모르긴 한데, 성능상 이득이 충분히 있을 수 있지 않을까…?

Projection 결과 객체는 영속성이 유지되고 있을까?

회사에서 아무 생각 없이 projection을 쓰고 있던 와중, 다른 개발자분이 projection 결과값에 대해서 영속성이 유지되는지 질문하셨다. 갑자기 궁금해진 나는 당장 테스트해보기로 했다.

@RunWith(SpringRunner::class)
@SpringBootTest
class SampleApplicationTest {
    @Autowired
    lateinit var studentRepository: StudentRepository

    @Autowired
    lateinit var entityManager: EntityManager

    @Test
    fun `StudentNameOnly 영속성 확인`() {
        studentRepository.save(Student(
            name = "학생",
            grade = 2
        ))
        val studentNameOnly = studentRepository.findAllNameOnlyProjectionBy()[0]
        entityManager.contains(studentNameOnly)
    }
}

좀 억지 코드이기는 하지만, 영속성이 유지되는지 확인할 방법이 잘 떠오르지 않아서 일단 이렇게 처리했다. entityManager.contains(studentNameOnly)에서 Exception이 발생하면 영속성이 유지되지 않는 것이고 Exception이 발생하지 않으면 영속성이 유지되는 것이라고 볼 수 있다. 돌려본 결과, java.lang.IllegalArgumentException: Not an entity Exception이 던져졌다. 즉, projection 결과에 대해서는 영속성이 유지되지 않는다. 이 말은 projection 결과를 바꿔도 자동으로 DB에 반영되지 않을 것이라는 뜻이다.

결과론적으로 본다면 사실 당연한 이야기인게, StudentNameOnly 인터페이스에는 @Entity annotation이 달리지도 않았으니 엔티티 매니저 팩토리가 엔티티 매니저를 만들 때 StudentNameOnly 타입 객체의 영속성을 유지할 저장 공간을 생성하지도 않을 것 같다. 아무튼 혹시 모르는 사항을 확인했다는 점에서 굉장히 만족스러운 테스트였다.

Projection에서 eager loading을 하려면?

결론부터 말하면, projection에서는 eager loading이 아닌게 없다. 원래 Hibernate는 기본적으로 lazy loading을 하도록 설정한 후 @EntityGraph 등 명시적으로 eager loading을 할 수 있는데, projection을 하면 어떤 설정하에 있던 간에 eager loading을 하는 것으로 보인다.

아래는 이를 확인한 테스트 코드이다. 우선 간단한 테스트를 위해 StudentTestScoreStudentOnly projection interface를 생성한다.

interface StudentTestScoreStudentOnly {
    var student: Student?
}

이후 StudentTestScoreRepository에 해당 interface를 리턴 타입으로 가지는 쿼리 메소드를 하나 선언한다.

interface StudentTestScoreRepository : JpaRepository<StudentTestScore, Int> {
    fun findStudentAverageTestScores(): List<StudentAverageTestScore>
    fun findStudentOnlyById(id: Int): StudentTestScoreStudentOnly?
}

이후 연관된 entity를 조회하는 테스트를 짠다.

@RunWith(SpringRunner::class)
@SpringBootTest
class SampleApplicationTest {
    @Autowired
    lateinit var studentRepository: StudentRepository

    @Autowired
    lateinit var studentTestScoreRepository: StudentTestScoreRepository

    @Test
    fun `projection에서 eager loading 여부 확인`() {
        val student = studentRepository.save(Student(
            name = "학생",
            grade = 2
        ))
        val studentTestScore = studentTestScoreRepository.save(StudentTestScore(
            student = student,
            course = "Computer Science",
            score = 100
        ))

        val studentTestScores = studentTestScoreRepository.findAll()
        Assert.assertEquals(studentTestScore.id, studentTestScores[0].id)
        Assert.assertEquals(student.id, studentTestScores[0].student?.id) // 일반적인 엔티티 조회에서 연관된 엔티티 접근
        val studentTestScoreStudentOnly = studentTestScoreRepository.findStudentOnlyById(studentTestScore.id!!)
        Assert.assertEquals(student.id, studentTestScoreStudentOnly?.student?.id) // Projection에서 연관된 엔티티 접근
    }
}

아래는 쿼리 결과다.

2018-12-25 18:04:36.383 DEBUG 47722 --- [           main] org.hibernate.SQL                        : 
    select
        studenttes0_.id as id1_1_,
        studenttes0_.course as course2_1_,
        studenttes0_.score as score3_1_,
        studenttes0_.student_id as student_4_1_ 
    from
        StudentTestScore studenttes0_
2018-12-25 18:04:36.396 DEBUG 47722 --- [           main] org.hibernate.SQL                        : 
    select
        student0_.id as id1_0_0_,
        student0_.grade as grade2_0_0_,
        student0_.name as name3_0_0_ 
    from
        Student student0_ 
    where
        student0_.id=?
2018-12-25 18:04:36.396 TRACE 47722 --- [           main] o.h.type.descriptor.sql.BasicBinder      : binding parameter [1] as [INTEGER] - [1]
2018-12-25 18:04:36.524 DEBUG 47722 --- [           main] org.hibernate.SQL                        : 
    select
        student1_.id as id1_0_,
        student1_.grade as grade2_0_,
        student1_.name as name3_0_ 
    from
        StudentTestScore studenttes0_ 
    inner join
        Student student1_ 
            on studenttes0_.student_id=student1_.id 
    where
        studenttes0_.id=?
2018-12-25 18:04:36.526 TRACE 47722 --- [           main] o.h.type.descriptor.sql.BasicBinder      : binding parameter [1] as [INTEGER] - [1]

위의 쿼리를 보면 테스트 실행 도중 총 3개의 SELECT 쿼리가 발생한 것을 알 수 있다. 첫 번째와 세 번째 쿼리는 각각 레포지토리를 통해서 studentTestScores와 studentTestScoreStudentOnly를 가져올 때 발생한 쿼리고, 두 번째 쿼리는 Assert.assertEquals(student.id, studentTestScores[0].student?.id)가 실행될 때 프록시 객체에 접근하면서 연관된 엔티티를 가져올 때 발생한 쿼리다. 반면, Assert.assertEquals(student.id, studentTestScoreStudentOnly?.student?.id)가 실행될 때는 어떤 쿼리도 실행되지 않았다. 즉, 이미 Student를 가져왔다는 뜻이다. 이는 세 번째 쿼리에서 Student를 조인해서 가져온 부분에서 다시 한 번 확인할 수 있다. 따라서, projection을 쓸 때 예상치 못한 쿼리가 날라가지 않도록 주의해야 한다.

결론

Projection이 편리하다고 막 쓰지 말고, 이런 저런 불편한 점과 유의해야 할 점들이 있으니 신경써서 사용하자.

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