Hibernate Fetch Join시 메모리에서 페이징 처리 사전 차단하기

Hibernate (Spring Data JPA) 를 사용하다보면 종종 HHH000104: firstResult/maxResults specified with collection fetch; applying in memory! 의 WARN (경고) 로그 메세지를 만난다.
해당 로그는 페이징 처리할때 여러 엔티티를 Fetch Join 을 하면 발생한다.

Fetch Join은 N+1 문제를 해결하는 가장 자주 사용되던 방식이다.
하지만, 경고 메시지에서 언급했듯이 페이징 처리시에 사용할 경우 페이징이 전혀 적용되지 않고, 조건에 해당하는 모든 데이터를 가져와 메모리에 올려두고 사용한다.

조건에 해당 하는 데이터 전체를 가져오기 때문에 당연히 성능 상 이슈가 되며, 이를 메모리에 올려두고 페이징을 처리하니 이중으로 성능에 큰 영향을 준다.

이런 문제가 있지만, 개발자가 인지하기는 어렵다.
Hibernate 특성상 일관성을 지향하기 때문에 정상적으로 페이징 처리된 것과 동일한 결과를 반환한다.
그러다보니 경고 메세지를 놓치고 테스트 코드가 통과하는 것만 확인하고 서비스를 배포 하고 나서야 성능 이슈를 발견하게 된다.

특히 대량의 데이터를 처리하는 것을 전제하는 스프링 배치 환경에서는 이런 문제점이 더 중요하다.

그래서 Hibernate 5.2.13 버전부터 fail_on_pagination_over_collection_fetch 옵션을 지원하기 시작했다.

FAIL_ON_PAGINATION_OVER_COLLECTION_FETCH

이번 글에서는 해당 옵션으로 어떻게 페이징 쿼리시 전체 데이터를 가져와 메모리에 적재하는 문제를 사전에 발견하고 해결할 수 있는지 확인해본다.

테스트

위에서 언급한것 처럼 fail_on_pagination_over_collection_fetch 은 컬렉션 데이터를 메모리 상에서 페이징으로 가져오려고 할때 에러를 발생시킨다.
기본값은 false 라서 application.properties 혹은 application.yml 에 true 을 설정하면 활성화 시킬 수 있다.

spring.jpa.properties.hibernate.query.fail_on_pagination_over_collection_fetch=true

해당 옵션을 활성화시키면 어떻게 되는지, 총 4개의 Spring Batch ItemReader 를 위 옵션을 가지고 테스트를 진행해본다.

JpaPagingItemReader
JpaCursorItemReader
HibernatePagingItemReader
HibernateCursorItemReader

API 로 테스트를 해봐도 무방하다.
여기서는 위 옵션이 더 확실하게 필요한 환경인 스프링 배치 를 기준으로 한다.

@Bean(name = JOB_NAME + "_reader")
@StepScope
public JpaPagingItemReader<Teacher> reader() {
        return new JpaPagingItemReaderBuilder<Teacher>()
        .name(JOB_NAME + "_reader")
        .entityManagerFactory(entityManagerFactory)
        .queryString("SELECT distinct(t) FROM Teacher t JOIN FETCH t.students")
        .pageSize(chunkSize)
        .build();
}

@Bean(name = JOB_NAME +"_reader")
@StepScope
public JpaCursorItemReader<Teacher> reader() {
return new JpaCursorItemReaderBuilder<Teacher>()
        .name(JOB_NAME +"_reader")
        .entityManagerFactory(entityManagerFactory)
        .queryString("SELECT distinct(t) FROM Teacher t JOIN FETCH t.students")
        .build();
}

@Bean(name = JOB_NAME + "_reader")
@StepScope
public HibernatePagingItemReader<Teacher> reader() {
return new HibernatePagingItemReaderBuilder<Teacher>()
        .name(JOB_NAME + "_reader")
        .sessionFactory(entityManagerFactory.unwrap(SessionFactory.class))
        .queryString("SELECT distinct(t) FROM Teacher t JOIN FETCH t.students")
        .fetchSize(chunkSize)
        .pageSize(chunkSize)
        .useStatelessSession(false)
        .build();
}

@Bean(name = JOB_NAME +"_reader")
@StepScope
public HibernateCursorItemReader<Teacher> reader() {
return new HibernateCursorItemReaderBuilder<Teacher>()
        .sessionFactory(sessionFactory)
        .queryString("SELECT distinct(t) FROM Teacher t JOIN FETCH t.students")
        .name(JOB_NAME +"_reader")
        .fetchSize(chunkSize)
        .useStatelessSession(false)
        .build();
}

위 4개의 ItemReader에 대한 테스트 코드를 작성해서 각각 수행해본다.

@ExtendWith(SpringExtension.class)
@SpringBatchTest
@SpringBootTest(classes = {JpaPagingItemReaderN1JobConfig.class, TestBatchConfig.class})
class JpaPagingItemReaderN1JobConfigTest {

    @Autowired
    private JobLauncherTestUtils jobLauncherTestUtils;

    @Autowired
    private TeacherRepository teacherRepository;

    @Autowired
    private StudentRepository studentRepository;

    @BeforeEach
    void setup() {
        studentRepository.deleteAllInBatch();
        teacherRepository.deleteAllInBatch();
    }

    @Test
    void test_jpa_paging() throws Exception {
        //given
        for (long i = 1; i <= 10; i++) {
            String teacherName = i + "선생님";
            Teacher teacher = new Teacher(teacherName, "수학");
            teacher.addStudent(new Student(teacherName + "의 학생1"));
            teacher.addStudent(new Student(teacherName + "의 학생2"));
            teacherRepository.save(teacher);
        }

        JobParameters jobParameters = jobLauncherTestUtils.getUniqueJobParametersBuilder() // (2)
                .toJobParameters();
        //when
        JobExecution jobExecution = jobLauncherTestUtils.launchJob(jobParameters);

        //then
        assertThat(jobExecution.getStatus()).isEqualTo(BatchStatus.COMPLETED);
    }
}

(위에서 사용한 Job만 다르게해서 4개를 만든다.)

기본값으로 전체 테스트를 수행해보면 다음과 같이 모든 ItemReader가 오류 없이 정상적으로 실행되는 결과가 나온다.

result1

이제 fail_on_pagination_over_collection_fetch 설정을 추가해본뒤

yml

다시 테스트를 수행해보면, Hibernate의 Paging ItemReader들은 모두 실패하는 것을 확인할 수 있다.

result2

JpaPagingItemReader
HibernatePagingItemReader

이들의 로그를 보면 다음과 같다.

javax.persistence.PersistenceException: org.hibernate.HibernateException: firstResult/maxResults specified with collection fetch. In memory pagination was about to be applied. Failing because 'Fail on pagination over collection fetch' is enabled.

즉, 페이징 쿼리가 발생하는 2개의 ItemReader (JpaPagingItemReader, HibernatePagingItemReader) 들은 Fail on pagination over collection fetch 옵션의 활성화로 쿼리가 실패하여 In memory pagination 이 사전에 실행되지 않도록 검증할 수 있게 되었다.