Laravel 系列 - 2: 與資料庫的互動

這篇文章將帶你了解 Laravel 與資料庫之間的互動方式。

Model 的建立與操作

在許多專案中，當資料庫需要與應用程式互動時，我們通常會建立資料庫模型（Model），以方便後續的操作。透過模型，我們可以輕鬆進行資料庫的 CRUD 操作，並進一步設置環境配置、添加額外註解，以及提高專案的可維護性，讓後來的開發者能夠更順利地接手。

那麼，該如何建立模型呢？其實過程相當簡單。我們可以透過 artisan 指令來生成模型的基礎框架，然後再根據需求手動調整細節。具體步驟如下：

1. 在 .env 設定檔中，配置好資料庫的連線參數。
2. 將資料表的 DDL 資訊複製到 schema 檔案中。[ 註1 ]
3. 執行指令 php artisan make:model 表位置 --migration 來生成模型及對應的遷移檔案。
4. 手動調整生成的檔案內容，特別是設定表格名稱、主鍵及其他必要的資料庫設定。[ 註2 ]
5. 執行指令 php artisan ide-helper:models "App\\Models\\剛剛的表位置"，生成 IDE 的輔助提示。
6. 最後，為模型的屬性加上註解，這樣就大功完成啦！

需要注意的是，Laravel 預設不支援複合主鍵的使用，因此建議可以選擇使用 UUID 來替代複合主鍵的需求。

Model 間的關聯

簡單的關聯 —— 使用 join

在使用 SQL 查詢時，我們通常不會只查詢一張表格，而是會有多張表格需要聯結（join），以便整合出我們需要的資料。在 Laravel 中，這樣的查詢方式也同樣簡單，我們只需要使用 join 指令。

假設我們在組成查詢的 query 時，需要將一張表格左連結（left join）到另一張表格，我們可以直接使用 ->leftJoin() 來實現，並在後面加上相關的條件篩選。舉個例子：

$query->leftJoin('other_table', 'a.id', '=', 'other_table.aid')
      ->whereIn('other_table.status', $myArray);

這樣就能在查詢中左連結 other_table，並使用條件過濾結果。

複雜的關聯 —— 使用 Eloquent 來處理 X 對 X 關係

當資料庫中有一些經常使用的表格關聯，每次撰寫查詢時都需要重複建立連結，這樣的做法容易變得繁瑣。此時，我們可以選擇在模型層定義好這些關聯，這樣就不需要每次都寫 join，只需在查詢時直接調用關聯即可。

在前面提到的模型建立過程中，我們可以在模型內定義各種資料表之間的關聯，比如一對一、一對多、多對一以及多對多等關係。這些關聯定義好後，當我們在取得資料時，就可以自動獲取與這筆資料相關聯的其他資料。舉例來說：

// 模型定義
class A extends Model
{
    // 假設 A 對 B 是一對多關係
    public function children(): HasMany
    {
        return $this->hasMany(B::class);
    }
}

// 別處使用時
$myChildren = A::find(1)->children;  //這樣就能取得 A 模型關聯的 B 模型資料

使用 Eloquent 關聯的注意事項

這種方式非常方便，但需要注意的是，關聯式資料表適合每個資料表各司其職且資料不冗餘，並且關聯資料通常是每次查詢時都會需要的。如果不是這樣的情況，過多的關聯可能會讓查詢變得過於複雜且性能不佳。

因此，若是某些關聯並非每次都需要，建議還是使用 join 的方式來動態建立查詢，這樣可以避免不必要的資料提取，保持查詢效率。

N + 1 問題

N + 1 問題是 ORM 中常見的一個性能問題，當資料庫查詢不當時，可能會導致系統效能顯著下降。

簡單來說，N + 1 問題會發生在當模型之間存在一對多關係，並且系統的架構設計不夠完善時，例如資料表中的欄位設計不夠精簡、關聯不夠嚴謹等情形。具體來說，每當你查詢一筆資料時，系統會額外去查詢 N 筆關聯資料，這樣會導致資料庫的負擔大幅增加，從而影響效能。

範例說明

假設有一個顧客（User）模型，並且顧客擁有多筆消費紀錄（BuyLog）。首先查詢顧客資料（1 筆），然後對每一筆顧客資料都再發送一次查詢來獲取對應的消費紀錄（N 筆）。結果會導致總共執行 1 + N 次查詢，從而加重資料庫的負擔，進而影響效能。

// 顧客模型
class User extends Model
{
    public function buyLogs()
    {
        return $this->hasMany(BuyLog::class);
    }
}
//當我們使用以下程式碼查詢所有顧客及其消費紀錄時，可能會遇到 N + 1 問題：
$users = User::all();

foreach ($users as $user) {
    echo $user->buyLogs;
}

解決方案

為了避免 N + 1 問題，我們可以採取以下兩種主要的解決方案：

1. 使用 join 查詢
   我們可以使用 join 查詢來一次性取得顧客和其消費紀錄的資料，這樣可以減少資料庫的查詢次數，從而提高效能。例如：

   $users = User::select('users.*')
            ->leftJoin('buy_logs', 'users.id', '=', 'buy_logs.user_id')
            ->get();

   這樣，資料庫只會發送一次查詢來獲取顧客及其相關的消費紀錄，避免了重複的查詢。
2. 使用 eager loading（預載入）
   Laravel 提供了 with() 方法來進行預載入（eager loading），可以一次性載入所有關聯資料，從而避免發生 N + 1 問題。使用方法如下：

   $users = User::with('buyLogs')->get();

   這樣，Laravel 會使用兩次查詢來加載所有顧客及其消費紀錄：一次查詢顧客資料，另一次查詢所有消費紀錄。這樣可以顯著減少查詢次數，避免每次顧客資料載入時再去查詢相關的消費紀錄。
3. 使用緩存
   除了改善查詢邏輯，另一種解決方法是將不常變動的資料緩存起來。對於那些查詢頻繁但變動不大的資料，我們可以使用 Laravel 的緩存機制，將資料儲存在緩存中，避免重複查詢資料庫。例如，可以使用 cache 函數來緩存資料：

   $users = Cache::remember('users_with_buy_logs', 60, function () {
       return User::with('buyLogs')->get();
   });

   這樣查詢結果會被緩存 60 分鐘，在此期間不會再次查詢資料庫。這對於讀取頻繁且變動不大的資料來說，是一種非常有效的優化方式喔！

[ 註1 ] 複製 DDL 資訊後，記得檢查最上方的 CREATE DATABASE 語句，並將其調整為 CREATE DATABASE IF NOT EXISTS '表名稱'。這樣可以避免每次啟動應用程式時都重新建立同名資料表。

[ 註2 ] 如果需要，這時候你也可以在模型中加入軟刪除（Soft Deletes）的設定。詳細資訊請參見 Laravel 官方文檔。

參考資料

1. https://tools.wingzero.tw/article/sn/527
2. https://inbound.technology/lavarel中如何建立資料庫/
3. https://ithelp.ithome.com.tw/articles/10243718
4. https://laravel.com/api/8.x/Illuminate/Database/Eloquent/SoftDeletes.html
5. https://laravel.com/docs/10.x/eloquent-relationships#introduction