Kōhei Yamamoto

GraphQL::Batchのサンプルコードを読む & 使ってみる

単純にGraphQLクエリを投げると、サーバサイドでの関連を含むレコード取得時にN+1問題が発生することがあります。こういうケースでは、複数のデータ取得リクエストをひとまとめにして、単一のリクエストとしてDBからデータを取得するbatchingが推奨されています1。

GraphQLにおけるbatchingをgraphql gemを使ってやるためのGraphQL::Batchというgemがあります。先日リポジトリにサンプルコードが追加されて使いかたを把握しやすくなったので、サンプルコードを読みながら使ってみます。

GraphQL::Batchの概要

GraphQL::Batchでは、Loaderというデータを取得するためのクラスを作って使うことが想定されています。これは、Facebookが開発しているDataLoaderでの考えかたが元となっています。Loaderがbatchingでデータを取得するときは、load 関数でレコードのキーを複数受け取り、複数レコードを解決するpromiseを返します2。

利用例

コードを読む前にGraphQL::Batchの利用例を示します。

前提

本エントリではRailsでGraphQL::Batchを使うこととします3。

次のようなモデルが存在するRailsアプリケーションを考えます。DBテーブルもこれにしたがった構成であるとします。

class User < ApplicationRecord
  has_many :customers
end


class Customer < ApplicationRecord
  belongs_to :user
  has_many :orders
  has_many :deliverers, through: :orders
end


class Deliverer < ApplicationRecord
  has_many :orders
  has_many :customers, through: :orders
end


class Order < ApplicationRecord
  belongs_to :customer
  belongs_to :deliverer
end

このとき、次のようなGraphQLのスキーマを app/graphql/types 配下などに定義するとします。

Types::QueryType = GraphQL::ObjectType.define do
  name 'Query'


  field :user do
    type Types::UserType
    argument :email, !types.String
    resolve ->(obj, args, ctx) {
      User.find_by!(email: args['email'])
    }
  end
end


Types::UserType = GraphQL::ObjectType.define do
  name 'User'


  field :email, !types.String
  connection :customers, Types::CustomerType.connection_type
end


Types::CustomerType = GraphQL::ObjectType.define do
  name 'Customer'


  field :name, !types.String
  connection :orders, Types::OrderType.connection_type
  connection :deliverers, Types::DelivererType.connection_type
end


Types::DelivererType = GraphQL::ObjectType.define do
  name 'Deliverer'


  field :name, !types.String
  connection :orders, Types::OrderType.connection_type
  connection :customers, Types::CustomerType.connection_type
end


Types::OrderType = GraphQL::ObjectType.define do
  name 'Order'


  field :price, !types.Int
  field :customer, !Types::CustomerType
  field :deliverer, !Types::DelivererType
end

ここで、次のようなクエリをサーバへ投げてみます（DBにはいい感じにデータが保存されているとします）。

{
  user(email: "foo@example.com") {
    customers(first: 2) {
      edges {
        node {
          orders {
            edges {
              node {
                deliverer {
                  name
                }
              }
            }
          }
        }
      }
    }
  }
}

すると、次のように Customer のレコードごとに Order を、Order のレコードごとに Deliverer を取得するSQLを発行してしまうN+1問題が発生します。

User Load (1.6ms)  SELECT  "users".* FROM "users" WHERE "users"."email" = ? LIMIT ?  [["email", "foo@example.com"], ["LIMIT", 1]]
Customer Load (1.7ms)  SELECT  "customers".* FROM "customers" WHERE "customers"."user_id" = ? LIMIT ?  [["user_id", 1], ["LIMIT", 2]]
Order Load (3.3ms)  SELECT "orders".* FROM "orders" WHERE "orders"."customer_id" = ?  [["customer_id", 1]]
Deliverer Load (1.8ms)  SELECT  "deliverers".* FROM "deliverers" WHERE "deliverers"."id" = ? LIMIT ?  [["id", 1], ["LIMIT", 1]]
Deliverer Load (1.5ms)  SELECT  "deliverers".* FROM "deliverers" WHERE "deliverers"."id" = ? LIMIT ?  [["id", 2], ["LIMIT", 1]]
Deliverer Load (1.4ms)  SELECT  "deliverers".* FROM "deliverers" WHERE "deliverers"."id" = ? LIMIT ?  [["id", 1], ["LIMIT", 1]]
Deliverer Load (2.1ms)  SELECT  "deliverers".* FROM "deliverers" WHERE "deliverers"."id" = ? LIMIT ?  [["id", 2], ["LIMIT", 1]]
Deliverer Load (2.6ms)  SELECT  "deliverers".* FROM "deliverers" WHERE "deliverers"."id" = ? LIMIT ?  [["id", 1], ["LIMIT", 1]]
Deliverer Load (2.9ms)  SELECT  "deliverers".* FROM "deliverers" WHERE "deliverers"."id" = ? LIMIT ?  [["id", 2], ["LIMIT", 1]]
Deliverer Load (1.8ms)  SELECT  "deliverers".* FROM "deliverers" WHERE "deliverers"."id" = ? LIMIT ?  [["id", 1], ["LIMIT", 1]]
Deliverer Load (1.9ms)  SELECT  "deliverers".* FROM "deliverers" WHERE "deliverers"."id" = ? LIMIT ?  [["id", 2], ["LIMIT", 1]]
Deliverer Load (1.6ms)  SELECT  "deliverers".* FROM "deliverers" WHERE "deliverers"."id" = ? LIMIT ?  [["id", 1], ["LIMIT", 1]]
Deliverer Load (1.8ms)  SELECT  "deliverers".* FROM "deliverers" WHERE "deliverers"."id" = ? LIMIT ?  [["id", 2], ["LIMIT", 1]]
Order Load (2.1ms)  SELECT "orders".* FROM "orders" WHERE "orders"."customer_id" = ?  [["customer_id", 2]]
Deliverer Load (1.5ms)  SELECT  "deliverers".* FROM "deliverers" WHERE "deliverers"."id" = ? LIMIT ?  [["id", 1], ["LIMIT", 1]]
Deliverer Load (1.4ms)  SELECT  "deliverers".* FROM "deliverers" WHERE "deliverers"."id" = ? LIMIT ?  [["id", 2], ["LIMIT", 1]]
Deliverer Load (1.5ms)  SELECT  "deliverers".* FROM "deliverers" WHERE "deliverers"."id" = ? LIMIT ?  [["id", 1], ["LIMIT", 1]]
Deliverer Load (1.6ms)  SELECT  "deliverers".* FROM "deliverers" WHERE "deliverers"."id" = ? LIMIT ?  [["id", 2], ["LIMIT", 1]]
Deliverer Load (2.2ms)  SELECT  "deliverers".* FROM "deliverers" WHERE "deliverers"."id" = ? LIMIT ?  [["id", 1], ["LIMIT", 1]]
Deliverer Load (1.7ms)  SELECT  "deliverers".* FROM "deliverers" WHERE "deliverers"."id" = ? LIMIT ?  [["id", 2], ["LIMIT", 1]]
Deliverer Load (1.6ms)  SELECT  "deliverers".* FROM "deliverers" WHERE "deliverers"."id" = ? LIMIT ?  [["id", 1], ["LIMIT", 1]]
Deliverer Load (1.4ms)  SELECT  "deliverers".* FROM "deliverers" WHERE "deliverers"."id" = ? LIMIT ?  [["id", 2], ["LIMIT", 1]]
Deliverer Load (1.5ms)  SELECT  "deliverers".* FROM "deliverers" WHERE "deliverers"."id" = ? LIMIT ?  [["id", 1], ["LIMIT", 1]]
Deliverer Load (2.6ms)  SELECT  "deliverers".* FROM "deliverers" WHERE "deliverers"."id" = ? LIMIT ?  [["id", 2], ["LIMIT", 1]]

GraphQL::Batchの利用

上述したN+1問題を解消するためにGraphQL::Batchを使います。具体的には次のことをやります。

まず、サンプルを参考にして、Loaderを app/graphql/loaders 配下などに定義しておきます。そして、定義したLoaderを使って次のようにスキーマを定義し直します。変更部分だけ抜粋します。

Types::UserType = GraphQL::ObjectType.define do
  # ...
  connection :customers, Types::CustomerType.connection_type do
    resolve ->(user, args, ctx) {
      Loaders::AssociationLoader.for(User, :customers).load(user)
    }
  end
end


Types::CustomerType = GraphQL::ObjectType.define do
  # ...
  connection :orders, Types::OrderType.connection_type do
    resolve ->(customer, args, ctx) {
      Loaders::AssociationLoader.for(Customer, :orders).load(customer)
    }
  end
  connection :deliverers, Types::DelivererType.connection_type do
    resolve ->(customer, args, ctx) {
      Loaders::AssociationLoader.for(Customer, :deliverers).load(customer)
    }
  end
end


Types::DelivererType = GraphQL::ObjectType.define do
  # ...
  connection :orders, Types::OrderType.connection_type do
    resolve ->(deliverer, args, ctx) {
      Loaders::AssociationLoader.for(Deliverer, :orders).load(deliverer)
    }
  end
  connection :customers, Types::CustomerType.connection_type do
    resolve ->(deliverer, args, ctx) {
      Loaders::AssociationLoader.for(Deliverer, :customers).load(deliverer)
    }
  end
end


Types::OrderType = GraphQL::ObjectType.define do
  # ...
  field :customer, !Types::CustomerType do
    resolve ->(order, args, ctx) {
      Loaders::RecordLoader.for(Customer).load(order.customer_id)
    }
  end
  field :deliverer, !Types::DelivererType  do
    resolve ->(order, args, ctx) {
      Loaders::RecordLoader.for(Deliverer).load(order.deliverer_id)
    }
  end
end

この状態で先ほどと同じクエリを送信すると、Order, Deliverer に対するSQLがまとめて発行されるようになり、N+1問題を防いでいることがログを見るとわかります。

User Load (1.6ms)  SELECT  "users".* FROM "users" WHERE "users"."email" = ? LIMIT ?  [["email", "foo@example.com"], ["LIMIT", 1]]
Customer Load (1.5ms)  SELECT "customers".* FROM "customers" WHERE "customers"."user_id" = 1
Order Load (2.2ms)  SELECT "orders".* FROM "orders" WHERE "orders"."customer_id" IN (1, 2, 3, 4)
Deliverer Load (1.5ms)  SELECT "deliverers".* FROM "deliverers" WHERE "deliverers"."id" IN (1, 2)

それでは、このLoaderが何をやっているかを見ていきます。

Loaderサンプルコードリーディング

次の場所にある RecordLoader と AssociationLoader のコードを読んで何をやっているか見ていきます。

なお、Loaderを作るには GraphQL::Batch::Loader を継承する必要があります。

RecordLoader

コードはこちら。

belongs_to のように関連先が1件のときに使うLoaderです。上述した例では Order で利用しています。

Graphql::Batch::Loader はファクトリメソッド for から initialize を使っており、この initialize を必要に応じてオーバーライドしていきます。ここでは model で関連先モデルのクラス名を渡せるようになっています。column はデフォルトでは主キー（Active Recordのデフォルトではサロゲートキー id）ですが、オプションで別のキーも渡せるようになっています。また、特定レコードだけ絞り込むために where を渡せるようになっています。

def initialize(model, column: model.primary_key, where: nil)
  @model = model
  @column = column.to_s
  @column_type = model.type_for_attribute(@column)
  @where = where
end

load へはバッチで取得してほしいレコードのキーを渡します。ここでは @column_type の表す型にキャストしてから親クラス GraphQL::Batch::Loader の load に引数を渡しています。これは、任意の主キーを適切な型に変換する処理と思われます。

def load(key)
  super(@column_type.cast(key))
end

perform へは、バッチで渡ってくる keys をもとに、一気にレコードをロード、つまりbatchingする処理を書きます。このときに、プライベートメソッド query で、initialize で渡された絞り込み条件と perform の引数 keys をもとに、必要な関連先レコードだけロードしています。その後、fulfill することで、promiseを解決状態に遷移させつつ、ロードしたレコードを渡しています。GraphQL::Batch::Loader#fulfill の定義は次を参照してください。

また、対応するレコードが存在しない keys 中のキーのpromiseも解決状態とするために、最後の行で fulfill できていない keys の要素に対して、レコードが存在しなかったという意味合いで nil を渡して fulfill しています。

def perform(keys)
  query(keys).each do |record|
    value = @column_type.cast(record.public_send(@column))
    fulfill(value, record)
  end
  keys.each { |key| fulfill(key, nil) unless fulfilled?(key) }
end


private


def query(keys)
  scope = @model
  scope = scope.where(@where) if @where
  scope.where(@column => keys)
end

AssociationLoader

コードはこちら。

has_many のように関連先が複数件あるときに使うLoaderです。上述した例では User, Customer, Deliverer で利用しています。

initialize では関連元モデルのクラス名 model と、モデル内で has_many に指定する関連先名 association_name を渡しています。最後の行の validate では、model が本当に association_name で指定される関連を持っているのかをチェックしています。

def initialize(model, association_name)
  @model = model
  @association_name = association_name
  validate
end


private


def validate
  unless @model.reflect_on_association(@association_name)
    raise ArgumentError, "No association #{@association_name} on #{@model}"
  end
end

perform では、バッチで渡ってくる関連元レコード群に対する関連先を preload_association 内の ActiveRecord::Associations::Preloader#preload で一気にpreloadしています。このメソッドは :nodoc: なRailsの内部APIですが、ここでは利便性をとって使われているようです。その後、RecordLoader と同じように、ロードした各レコードに対して fulfill することで、promiseを解決状態にしつつ、eager loadしたレコードを渡しています。

def perform(records)
  preload_association(records)
  records.each { |record| fulfill(record, read_association(record)) }
end


private


def preload_association(records)
  ::ActiveRecord::Associations::Preloader.new.preload(records, @association_name)
end


def read_association(record)
  record.public_send(@association_name)
end

順番が前後しますが、load へはバッチで関連先を取得してほしい関連元レコードを渡します。ここで、すでに関連先レコードを perform でロード済みであれば、batchingの対象とすることなく、そのレコードを持つ解決済みpromiseをすぐに返しています。

def load(record)
  raise TypeError, "#{@model} loader can't load association for #{record.class}" unless record.is_a?(@model)
  return Promise.resolve(read_association(record)) if association_loaded?(record)
  super
end


private


def association_loaded?(record)
  record.association(@association_name).loaded?
end

おわりに

サンプルコードを試しつつ読みながらGraphQL::Batchをどう使うか調べました。具体的には次のようにすればひとまず使えそうです。

私が試しに書き散らしたコードは次の場所に置いています。

脚注

  1. GraphQL Best Practices | GraphQL ↩

  2. https://github.com/facebook/dataloader#batching ↩

  3. GraphQL::BatchはActive Recordに依存しているわけではありません ↩