Đặt vấn đề

Nếu thấy ứng dụng của bạn đang chạy chậm, thì có một số nguyên nhân dẫn đến tình trạng này ví dụ như :

• Không sử dụng bộ nhớ đệm (cache)
• Hình ảnh chất lượng cao, dung lượng nặng
• Cài đặt plugin, script.. từ bên thứ 3
• Chưa tối ưu HTML, JS
• Không sử dụng Queue Job
• Chưa tối ưu query database
• .....

Ở bài viết này, mình sẽ chia sẻ một số tip khi query database giúp cải thiện tốc độ và tăng perfomance cho web của bạn.

1. Truy xuất dữ liệu lớn

• Mẹo này chủ yếu tập trung vào việc cải thiện sử dụng bộ nhớ ứng dụng khi xử lý các tập dữ liệu lớn. Nếu ứng dụng cần xử lý một số lượng lớn record, thì thay vì lấy tất cả ra cùng 1 lúc, bạn có thể lấy ra một tập hợp con của kết quả và xử lý chúng theo nhóm.

Ví dụ : Để lấy ra tất cả bản ghi trong bảng posts, chúng ta có thể làm như sau :

$posts = Post::all(); // when using eloquent
$posts = DB::table('posts')->get(); // when using query builder

foreach ($posts as $post){
 // Process posts
}

Ví dụ trên, chúng ta sẽ lấy ra tất cả bản ghi từ bảng posts . Sau đó, với kết quả nhận được, chúng ta foreach ra và xử lý. Nếu dữ liệu ít có thể sẽ không sao, tuy nhiên nếu có hàng triệu bản ghi thì sẽ làm tràn bộ nhớ.

Để tránh các vấn đề khi xử lý các tập dữ liệu lớn, thì chúng ta có thể truy xuất một tập hợp con của kết quả và xử lý từng tập con này .

Option 1 : Using chunk

// when using eloquent
$posts = Post::chunk(100, function($posts){
    foreach ($posts as $post){
     // Process posts
    }
});

// when using query builder
$posts = DB::table('posts')->chunk(100, function ($posts){
    foreach ($posts as $post){
     // Process posts
    }
});

Cách xử lý trên sẽ lấy 100 bản ghi từ bảng posts, cung cấp chúng thông qua Closure để xử lý, sau đó truy xuất tiếp 100 bản ghi khác và xử lý chúng, cứ như thế cho đến khi tất cả bản ghi được xử lý .

Option 2 : Using cursor

// when using eloquent
foreach (Post::cursor() as $post){
   // Process a single post
}

// when using query builder
foreach (DB::table('posts')->cursor() as $post){
   // Process a single post
}

Cách xử lý trên đó là hàm cursor cho phép bạn duyệt qua records bằng cách sử dụng một cursor(con trỏ), nó chỉ thực thi cho một truy vấn. Khi dữ liệu lớn, hàm cursor có thể được sử dụng để giảm memory sử dụng. Cách làm này sử dụng PHP Generator để tối ưu hóa việc sử dụng bộ nhớ.

Lưu ý Cursor

• Mặc dù method cursor sử dụng ít bộ nhớ hơn nhiều so với truy vấn thông thường (bằng cách chỉ giữ một mô hình eloquent duy nhất trong bộ nhớ tại một thời điểm), nhưng cuối cùng nó vẫn sẽ hết bộ nhớ. Điều này là do trình điều khiển PDO của PHP trong bộ đệm ẩn tất cả các kết quả truy vấn thô trong bộ đếm của nó. Thế nên nếu trình điều khiển cơ sở dữ liệu của bạn không có đủ bộ nhớ thì tốt hơn là bạn nên sử dụng chunk.

Option 3 : Using chunkById

// when using eloquent
$posts = Post::chunkById(100, function($posts){
    foreach ($posts as $post){
     // Process posts
    }
});

// when using query builder
$posts = DB::table('posts')->chunkById(100, function ($posts){
    foreach ($posts as $post){
     // Process posts
    }
});

Sự khác biệt chính giữa chunk và chunkById là à cách xây dựng truy vấn. chunkById sử dụng id và limit trong khi chunk sử dụng limit và offset

chunk

select * from posts offset 0 limit 100
select * from posts offset 101 limit 100

chunkById

select * from posts order by id asc limit 100
select * from posts where id > 100 order by id asc limit 100

Việc sử dụng limit và offset sẽ chậm hơn và chúng ta nên cố gắng tránh sử dụng nó. Hiểu đơn giản thì offset thường được sử dụng để phục vụ trong việc phân trang hoặc để query toàn bộ các bản ghi trong Table một cách tuần tự và có giới hạn. Theo lý thuyết thì offset sẽ ra lệnh cho DB phải loại bỏ N kết quả đầu tiên NHƯNG thực tế thì DB vẫn phải đọc và sắp xếp lại toàn bộ bản ghi. Nếu trong trường hợp có quá nhiều dữ liệu dẫn tới việc tham số N của offset sẽ rất lớn dẫn tới việc DB phải tìm hết toàn bộ các bản ghi phù hợp sắp xếp lại và loại bỏ N bản ghi điều này sẽ ảnh hưởng rất lớn performance của hệ thống. Bài viết này giả thích chi tiết hơn về vấn đề sử dụng offset.

Vì chunkById đang sử dụng trường id để sử dụng mệnh đề where nên truy vấn sẽ nhanh hơn nhiều.

Khi bảng cơ sở dữ liệu của bạn có cột id (khóa chính) tăng tự động thì bạn nên sử dụng chunkById.

2. Chỉ chọn những cột bạn cần

Thông thường để lấy kết quả từ 1 bảng, chúng ta có thể làm như sau :

$posts = Post::find(1); //When using eloquent
$posts = DB::table('posts')->where('id','=',1)->first(); //When using query builder

Câu query bên trên tương ứng sẽ là

select * from posts where id = 1 limit 1

Như bạn có thể thấy , truy vấn trên đang thực hiện select *, điều này có nghĩa là nó đang lấy ra hết tất cả các cột của table posts. Nếu bạn thực sự cần tất cả cột này thì không có vấn đề gì. Nhưng nếu chúng ta chỉ cần các cột cụ thể (id, title), thì nên lấy ra các cột như bên dưới

$posts = Post::select(['id','title'])->find(1); //When using eloquent
$posts = DB::table('posts')->where('id','=',1)->select(['id','title'])->first(); //When using query builder

Câu query bên trên tương ứng sẽ là

select id,title from posts where id = 1 limit 1

3. Sử dụng pluck khi cần chính xác một hoặc hai cột từ database

Mẹo naỳ tập trung nhiều hơn vào thời gian sau khi kết quả được truy xuất từ database. Điều này không ảnh hưởng đến thời gian truy vấn thực tế

Như cách bên trên đã đề cập, để truy xuất các cột cụ thể, chúng ta làm như sau :

$posts = Post::select(['title','slug'])->get(); //When using eloquent
$posts = DB::table('posts')->select(['title','slug'])->get(); //When using query builder

Khi chạy đoạn code trên, nó sẽ thực hiện những điều sau :

• Excutes select title, slug từ truy vấn của bảng posts trên databse.
• Tạo một đối tượng Post mới cho mỗi hàng nó đã truy xuất.
• Tạo một Collection mới với các Post model.
• Return Collection.

Để truy cập vào kết quả bên trên, chúng ta làm như sau :

foreach ($posts as $post){
    // $post is a Post model or php standard object
    $post->title;
    $post->slug;
}

Cách xử lý trên có thêm một Post model bổ sung cho mỗi hàng và tạo một Collection cho các đối tượng này . Điều này sẽ thích hợp nếu bạn thực sự cần Post model intance thay vì dữ liệu.

Nhưng nếu cần output chỉ là hai giá trị title và slug , chúng có thể làm như sau:

$posts = Post::pluck('title', 'slug'); //When using eloquent
$posts = DB::table('posts')->pluck('title','slug'); //When using query builder

Khi chạy đoạn code trên, nó sẽ thực hiện những điều sau :

• Excutes select title, slug từ truy vấn của bảng posts trên databse.
• Tạo một mảng với title là value còn slug là key.
• Return array .

[
    slug => title,
    slug => title,
]

Để truy cập vào kết quả bên trên, chúng ta làm như sau :

foreach ($posts as $slug => $title){
    // $title is the title of a post
    // $slug is the slug of a post
}

Nếu chỉ muốn truy xuất một cột, chúng ta làm như sau :

$posts = Post::pluck('title'); //When using eloquent
$posts = DB::table('posts')->pluck('title'); //When using query builder
foreach ($posts as  $title){
    // $title is the title of a post
}

Cách xử lý trên loại bỏ việc tạo các Post object trên mỗi hàng. Do đó, giảm việc sử dụng bộ nhớ và dành thời gian để xử lý kết quả sau khi truy vấn.

4. Đếm số lượng bản ghi bằng truy vấn thay vì Collection

Để đếm tổng số bản ghi trong 1 bảng, chúng ta thường làm như sau :

$posts = Post::count(); //When using eloquent
$posts = DB::table('posts')->count(); //When using query builder

Câu query tương ứng :

select count(*) from posts

5. Tránh N+1 query bằng eager loading

Chắc hẳn nói về N+1 query thì có rất nhiều bài viết đã nói về vấn đề này rồi, bài viết này mình sẽ nói ngắn gọn thôi .

Ví dụ :

class PostController extends Controller
{
    public function index()
    {
        $posts = Post::all();
        return view('posts.index', ['posts' => $posts ]);
    }
}
// posts/index.blade.php file

@foreach($posts as $post)
    <li>
        <h3>{{ $post->title }}</h3>
        <p>Author: {{ $post->author->name }}</p>
    </li>
@endforeach

Câu query tương ứng

select * from posts // Assume this query returned 5 posts
select * from authors where id = { post1.author_id }
select * from authors where id = { post2.author_id }
select * from authors where id = { post3.author_id }
select * from authors where id = { post4.author_id }
select * from authors where id = { post5.author_id }

Theo như bên trên chúng ta có thể thấy, có 1 query để lấy data từ table posts và có 5 query để lấy tên tác giả (giả sử có 5 post). Vì vậy, nếu có N bài post thì nó sẽ tạo ra N+1 query (1 query để lấy post ra và N query để lấy tác giả bài post). Vì thế nên đây thường được gọi là N+1 query.

Để tránh gặp vấn đề này, chúng ta sẽ làm như sau :

$posts = Post::all(); // Avoid doing this
$posts = Post::with(['author'])->get(); // Do this instead

Câu query tương ứng

select * from posts // Assume this query returned 5 posts
select * from authors where id in( { post1.author_id }, { post2.author_id }, { post3.author_id }, { post4.author_id }, { post5.author_id } )

6. Eager loading lồng nhau

Từ ví dụ bên trên, giả sử author thuộc team có quan hệ belongsTo, bạn muốn hiển thị tên team, thì ngoài view bạn sẽ làm như sau :

@foreach($posts as $post)
    <li>
        <h3>{{ $post->title }}</h3>
        <p>Author: {{ $post->author->name }}</p>
        <p>Author's Team: {{ $post->author->team->name }}</p>
    </li>
@endforeach

Câu query tương ứng :

select * from posts // Assume this query returned 5 posts
select * from authors where id in( { post1.author_id }, { post2.author_id }, { post3.author_id }, { post4.author_id }, { post5.author_id } )
select * from teams where id = { author1.team_id }
select * from teams where id = { author2.team_id }
select * from teams where id = { author3.team_id }
select * from teams where id = { author4.team_id }
select * from teams where id = { author5.team_id }

Như bên trên chúng ta có thể thấy vẫn bị N+1 query do khi không load relationship với team.

Để xử lý vấn đề trên chúng ta làm như sau :

$posts = Post::with(['author.team'])->get();

Khi đó câu query tương ứng :

select * from posts // Assume this query returned 5 posts
select * from authors where id in( { post1.author_id }, { post2.author_id }, { post3.author_id }, { post4.author_id }, { post5.author_id } )
select * from teams where id in( { author1.team_id }, { author2.team_id }, { author3.team_id }, { author4.team_id }, { author5.team_id } )

Bằng cách sử dụng eager loading chúng ta đã giảm số câu truy vấn từ 11 xuống còn 3 câu.

7. Tránh các truy vấn không cần thiết

Ví dụ :

<?php

class PostController extends Controller
{
    public function index()
    {
        $posts = Post::all();
        $private_posts = PrivatePost::all();
        return view('posts.index', ['posts' => $posts, 'private_posts' => $private_posts ]);
    }
}
// posts/index.blade.php

@if( request()->user()->isAdmin() )
    <h2>Private Posts</h2>
    <ul>
        @foreach($private_posts as $post)
            <li>
                <h3>{{ $post->title }}</h3>
                <p>Published At: {{ $post->published_at }}</p>
            </li>
        @endforeach
    </ul>
@endif

<h2>Posts</h2>
<ul>
    @foreach($posts as $post)
        <li>
            <h3>{{ $post->title }}</h3>
            <p>Published At: {{ $post->published_at }}</p>
        </li>
    @endforeach
</ul>

Như ví dụ trên chúng ta có thể thấy, có 2 truy vấn đó là lấy tất cả bản ghi ở bảng posts và lấy tất cả bản ghi ở bảng private_posts . Ở ngoài view thì các bản ghi ở bảng private_posts chỉ được hiển thị khi người dùng là admin. Thế nên ở Controller chúng ta vẫn đang query mặc dù nó không hiển thị với người dùng bình thường.

Để tránh vấn đề này, sửa lại logic như sau :

$posts = Post::all();
$private_posts = collect();
if( request()->user()->isAdmin() ){
    $private_posts = PrivatePost::all();
}

Bằng cách trên, chúng ta đang thực hiện 2 query cho người dùng là admin và 1 query cho người dùng bình thường.

8. Gộp các câu query tương tự nhau

Đôi khi để truy vấn lấy bản ghi theo các điều kiện khác nhau từ một bảng, chúng ta làm như sau :

$published_posts = Post::where('status','=','published')->get();
$featured_posts = Post::where('status','=','featured')->get();
$scheduled_posts = Post::where('status','=','scheduled')->get();

Đoạn code trên lấy các bản ghi của bảng posts với điều kiện status khác nhau , dẫn đên câu query sau :

select * from posts where status = 'published'
select * from posts where status = 'featured'
select * from posts where status = 'scheduled'

Theo như bên trên, chúng ta thấy nó đang thực hiện 3 câu query khác nhau cho cùng một bảng. Để thực hiện một câu query chúng ta sửa lại như sau :

$posts =  Post::whereIn('status',['published', 'featured', 'scheduled'])->get();
$published_posts = $posts->where('status','=','published');
$featured_posts = $posts->where('status','=','featured');
$scheduled_posts = $posts->where('status','=','scheduled');

select * from posts where status in ( 'published', 'featured', 'scheduled' )

Đoạn code trên thực hiện một câu query để lấy các bài post ở bất kỳ status nào được chỉ định và trả về collection riêng biệt bằng cách filter theo từng status.

9. Đánh index cho các column được truy vấn thường xuyên

Nếu bạn thường xuyên thực hiện truy vấn where theo điều kiện của column thì để cải thiện tốc độ truy vấn nên đánh index cho column đấy

$posts = Post::where('status','=','published')->get();
Schema::table('posts', function (Blueprint $table) {
   $table->index('status');
});

*Lưu ý: Khi nào nên đánh index ? *

Đây là một câu hỏi tưởng chừng như đơn giản nhưng vô cùng hóc búa. Vì chúng ta phải cân bằng giữa cái lợi và hại khi tạo index. Index sẽ giúp truy vấn đọc (SELECT) nhanh hơn nhưng những truy vấn ghi (CREATE, UPDATE, DELETE) sẽ bị chậm đi vì phải thêm thao tác cập nhật lại dữ liệu index.

10. Sử dụng simplePaginate thay thế cho paginate

Khi phân trang kết quả, chúng ta thường làm như sau :

$posts = Post::paginate(20);

Việc phân trang như bên trên sẽ thực hiện 2 truy vấn , truy vấn đầu tiên để lấy kết quả được phân trang và truy vấn thứ 2 để đếm tổng số rows trong bảng. Đếm rows trong bảng là một phép tính gây chậm và ảnh hưởng đến hiệu suất truy vấn .

Tại sao Laravel lại tính rows ?

• Đó là để tạo link cho các page khi phân trang, thì Laravel đếm tổng số rows để biết trước được sẽ có bao nhiêu page, và previous page. Vì vậy việc chuyển đến page trước, sau hay page số bao nhiêu sẽ rất dễ dàng.

Mặt khác, khi thực hiện simplePaginate sẽ không tính tổng số rows và truy vấn sẽ nhanh hơn nhiều so với paginate. Nếu bạn chỉ cần hiển thị hai link đơn giản Next và Previous trên pagination view, bạn có thể sử dụng hàm simplePaginate để thực hiện một query hiệu quả hơn. Cách này rất hữu dụng với một tập dữ liệu lớn nếu bạn không cần hiển thị một link cho mỗi số trang khi thực hiện render.

$posts = Post::paginate(20); // Generates pagination links for all the pages
$posts = Post::simplePaginate(20); // Generates only next and previous pagination links

Khi nào sử dụng paginate vs simplePaginate

Nhìn vào bảng so sánh dưới đây để xác định xem bạn nên sử dụng paginate hay simplePaginate cho phù hợp

Đặc điểm	paginate / simplePaginate
Bảng dữ liệu chỉ có vài hàng và ít insert thêm vào	paginate / simplePaginate
Bảng dữ liệu có nhiều hàng và insert nhiều vào sau này	simplePaginate
Bắt buộc phải có link đến các page cụ thể	paginate
Bắt buộc phải hiển thị cho người dùng tổng số rows	paginate
Không cần các link phân trang	simplePaginate
UI/UX không ảnh hưởng khi chuyển các link từ các số của page sang link next previous	simplePaginate
Sử dụng button load more hoặc infinite scrolling để phân trang	simplePaginate

11. Tránh sử dụng các ký tự đại diện ở đầu (like keyword)

Khi truy vấn kết quả phù hợp với 1 mẫu cụ thể nào đó, chúng ta thường sử dụng :

select * from table_name where column like %keyword%

Truy vấn trên sẽ dẫn đến việc quét toàn bộ bảng. Nếu chúng ta biết được từ khóa xuất hiện ở đầu giá trị column, thì chúng ta nên sử dụng :

select * from table_name where column like keyword%

12. Tránh sử dụng SQL function trong mệnh đề where

Tốt hơn hết là bạn nên tránh sử dụng các hàm SQL trong mệnh đề where vì chúng sẽ dẫn đến việc quét toàn bộ bảng.

Ví dụ để truy vấn lâý ra kết quả của ngày hôm này, chúng ta có thể làm :

$posts = Post::whereDate('created_at', '>=', now() )->get();

Câu query tương ứng :

select * from posts where date(created_at) >= 'timestamp-here'

Truy vấn trên sẽ dẫn đến việc quét toàn bộ bảng vì điều kiện where không được áp dụng cho đến khi hàm date được thực hiện.

Chúng ta có thể sửa lại như sau :

 $posts = Post::where('created_at', '>=', now() )->get();

select * from posts where created_at >= 'timestamp-here'

13. Tránh thêm quá nhiều cột vào một bảng

Tốt hơn, nếu được thì nên giới hạn tổng số cột trong một bảng và chia các bảng có rất nhiều cột thành nhiều bảng . Chúng có thể được kết hợp với nhau bằng cách sử dụng khóa ngoại

Thêm quá nhiều cột vào bảng sẽ làm tăng độ dài bản ghi riêng lẻ và sẽ làm chậm quá trình quét bảng . Khi bạn đang thực hiện một truy vấn select *, bạn sẽ truy xuất một loạt các cột mà bạn thực sự không cần.

14. Cách tốt nhất để lấy bản ghi mới nhất trong bảng

Thông thường để lấy bản ghi mới nhất ra chúng ta thường làm :

$posts = Post::latest()->get();
// or $posts = Post::orderBy('created_at', 'desc')->get();

Câu query tương ứng

select * from posts order by created_at desc

Về cơ bản, truy vấn sắp xếp các row theo thứ tự giảm dần của cột created_at, vì cột created_at là string, nên việc sắp xếp theo column này thường chậm hơn .

Nếu bảng của bạn có id khóa chính tự động tăng thì trong hầu hết các trường hợp , bản ghi mới nhất luôn có id lớn nhất. Vì id là số nguyên và cũng là khóa chính nên việc sắp xếp kết quả theo id sẽ nhanh hơn.Vì thế nên cách tốt nhất để lấy ra bản ghi mới nhất đó là :

$posts = Post::latest('id')->get();
// or $posts = Post::orderBy('id', 'desc')->get();

select * from posts order by id desc

15. Kiểm tra và tối ưu các truy vấn

Kiểm tra các câu truy vấn của ứng dụng sẽ giúp bạn xác định và giảm số câu query được thực hiện . Dưới đây là một số công cụ giúp bạn kiểm tra các truy vấn được thực hiện trên mỗi trang

Lưu ý : Chỉ nên chạy các công cụ kiểm tra này ở môi trường local thôi nhé , đừng chạy trên production :v

• Laravel Debugbar : Hẳn khi làm việc với Laravel thì không ai là không biết đến công cụ này , nó sẽ hiển thị tất các các truy vấn được thực hiện khi truy cập một trang nào đó.
• Clockwork : Nó cũng giống như Laravel Debugbar , nhưng thay vì xem truy vấn ở ngay trang bạn đang truy cập , thì nó sẽ hiển thị thông tin trong cửa sổ dành cho developer hoặc dưới dạng giao diện người dùng bằng cách truy cập yourappurl/clockwork
• Laravel Telescope : Sau khi install xong thì bạn truy cập yourappurl/telescope, trong bảng điều khiển, bạn chuyển đến tab queries và nó sẽ hiển thị tất cả các truy vấn đang được ứng dụng của bạn thực hiện.

Kết

Trên đây là một số tips mình rút ra được trong quá trình làm việc thực tế, hi vọng nó giúp bạn tối ưu được query và tăng perfomance khi phát triển ứng dụng của mình.

Tham khảo

Optimize Database Queríes

Laravel Database

Laravel Eloquent