Cộng đồng lập trình đang tích cực thảo luận về một cách tiếp cận táo bạo để giải quyết một trong những vấn đề hiệu suất cơ sở dữ liệu phổ biến nhất: vấn đề N+1 query. Thay vì các giải pháp truyền thống yêu cầu lập trình viên phải tối ưu hóa thủ công các lệnh gọi cơ sở dữ liệu, một số người đang đề xuất tích hợp các hoạt động cơ sở dữ liệu trực tiếp vào chính các ngôn ngữ lập trình.
Vấn đề N+1 query xảy ra khi ứng dụng gửi nhiều truy vấn cơ sở dữ liệu riêng biệt thay vì một truy vấn hiệu quả. Ví dụ, nếu bạn cần thông tin về 100 người dùng, ứng dụng của bạn có thể gửi 101 truy vấn (một để lấy danh sách người dùng, sau đó 100 truy vấn nữa để lấy chi tiết cho từng người dùng) thay vì chỉ hai truy vấn được thiết kế tốt.
Ví dụ về vấn đề N+1 Query:
- Cách tiếp cận tồi: 1 truy vấn để lấy danh sách người dùng + 100 truy vấn để lấy chi tiết từng người dùng = tổng cộng 101 truy vấn
- Cách tiếp cận tốt: 1 truy vấn để lấy danh sách người dùng + 1 truy vấn để lấy tất cả chi tiết người dùng = tổng cộng 2 truy vấn
- Tác động đến hiệu suất: Có thể khiến hiệu suất cơ sở dữ liệu chậm hơn 50 lần trong các ứng dụng thực tế
Chuyển Logic Cơ Sở Dữ Liệu Vào Chính Ngôn Ngữ
Ý tưởng cốt lõi đang được tranh luận bao gồm việc biến các hoạt động cơ sở dữ liệu thành một phần tích hợp sẵn của ngôn ngữ lập trình, tương tự như cách Haskell xử lý một số tối ưu hóa nhất định. Điều này sẽ cho phép trình biên dịch ngôn ngữ tự động phát hiện và sửa các mẫu truy vấn không hiệu quả trước khi mã thậm chí được chạy.
Các thành viên cộng đồng chỉ ra rằng cách tiếp cận này có tiền lệ. Các ngôn ngữ như C# đã cung cấp LINQ to SQL , có thể chuyển đổi mã thông thường thành các truy vấn cơ sở dữ liệu được tối ưu hóa. Một số lập trình viên thậm chí đã tạo ra các công cụ có thể lấy các hàm lập trình bình thường và tự động biến chúng thành mã SQL .
Các Giải Pháp Ngôn Ngữ Hiện Tại:
- C LINQ to SQL: Chuyển đổi các biểu thức mã C thành các truy vấn SQL được tối ưu hóa
- Haskell rewrite rules: Cho phép các thư viện định nghĩa các mẫu tối ưu hóa cho trình biên dịch
- DelegateDecompiler: Công cụ chuyển đổi các hàm lambda C thành các truy vấn cơ sở dữ liệu
- Django QuerySets: ORM của Python sử dụng lazy evaluation để cho phép tối ưu hóa truy vấn
Thách Thức Cơ Bản: Thông Tin Runtime
Tuy nhiên, nhiều lập trình viên cho rằng cách tiếp cận này đối mặt với một trở ngại lớn. Tối ưu hóa cơ sở dữ liệu yêu cầu thông tin thời gian thực về cách dữ liệu được lưu trữ, các chỉ mục nào tồn tại, và tải hệ thống hiện tại. Một thành viên cộng đồng giải thích rằng các trình biên dịch đơn giản là không có quyền truy cập vào thông tin quan trọng này.
Vấn đề cơ bản không chỉ là trình biên dịch của bạn không hiểu SQL . Vấn đề là trình biên dịch của bạn không hiểu dữ liệu được hoặc sẽ được lưu trữ như thế nào.
Các hệ thống cơ sở dữ liệu dành rất nhiều tài nguyên để xây dựng thống kê và hiểu các mẫu dữ liệu để đưa ra quyết định tối ưu hóa tốt. Thông tin này thay đổi liên tục và không thể dễ dàng được tích hợp vào một ngôn ngữ lập trình.
Các Giải Pháp Thay Thế và Cách Tiếp Cận Thực Tế
Thay vì thay đổi ngôn ngữ, một số lập trình viên đề xuất các mẫu thiết kế tốt hơn. Một cách tiếp cận bao gồm việc trả về các đối tượng truy vấn được đánh giá lazy thay vì kết quả ngay lập tức. Điều này cho phép mã gọi có cơ hội kết hợp nhiều hoạt động thành các lệnh gọi cơ sở dữ liệu đơn lẻ, hiệu quả.
Những người khác ủng hộ việc từ bỏ hoàn toàn các công cụ Object-Relational Mapping (ORM) phức tạp, cho rằng các lớp trừu tượng của chúng làm cho việc tối ưu hóa gần như không thể. Họ đề xuất sử dụng các phương pháp truy cập cơ sở dữ liệu đơn giản hơn, trực tiếp hơn, cho phép lập trình viên kiểm soát hoàn toàn việc tối ưu hóa truy vấn.
Mẫu Rộng Hơn
Cuộc thảo luận tiết lộ một nguyên tắc rộng hơn trong phát triển phần mềm: các ranh giới trừu tượng thường trở thành ranh giới tối ưu hóa. Khi bạn ẩn các chi tiết triển khai đằng sau một giao diện, bạn cũng giới hạn khả năng tối ưu hóa của hệ thống qua ranh giới đó.
Điều này tạo ra một căng thẳng liên tục trong thiết kế phần mềm. Các trừu tượng cấp cao hơn làm cho mã dễ viết và hiểu hơn, nhưng chúng cũng có thể làm cho việc đạt được hiệu suất tối ưu khó khăn hơn. Cuộc tranh luận về tối ưu hóa cơ sở dữ liệu minh họa hoàn hảo sự đánh đổi cơ bản này mà các lập trình viên phải đối mặt hàng ngày.
Cộng đồng tiếp tục khám phá các giải pháp, từ tích hợp cấp ngôn ngữ đến thiết kế ORM tốt hơn đến việc từ bỏ hoàn toàn ORM . Mỗi cách tiếp cận đều mang lại những lợi ích và thách thức khác nhau, phản ánh bản chất phức tạp của tối ưu hóa hiệu suất phần mềm hiện đại.
Tham khảo: Abstraction boundaries are optimization boundaries