NL 조인(Nested Loop Join)

Nested Loop Join(NL 조인, 중첩 루프 조인)은 두 개의 테이블을 조인할 때 가장 기본적인 방법으로,
하나의 테이블(외부 테이블, Outer Table)의 각 행을 반복하며 다른 테이블(내부 테이블, Inner Table)과 비교하는 방식입니다.

NL 조인은 인덱스가 있는 경우 효과적이며, 소규모 데이터셋에서 빠르게 실행될 수 있지만, 대용량 데이터에서는 성능이 저하될 수 있습니다.

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1. NL 조인의 개념

NL 조인은 반복문(Looping)을 활용한 조인 방식입니다.

외부 테이블(Outer Table)의 각 행마다 내부 테이블(Inner Table)에서 일치하는 값을 검색합니다.
내부 테이블에 적절한 인덱스가 없으면 전체 테이블을 탐색(Full Table Scan)하므로 비효율적입니다.

2. NL 조인의 동작 방식

NL 조인은 다음과 같은 과정으로 실행됩니다.

1) 기본 Nested Loop Join

외부 테이블(Outer Table)의 각 행을 하나씩 가져옴.
내부 테이블(Inner Table)에서 해당 행과 일치하는 데이터를 찾음.
일치하면 결과를 반환.

2) 인덱스 활용 Nested Loop Join (Index Nested Loop Join)

내부 테이블이 인덱스를 보유하고 있으면, 빠르게 조회(Indexed Lookup) 가능.
내부 테이블에 인덱스가 없을 경우, 전체 테이블을 탐색(Full Table Scan)해야 하므로 성능 저하.

3. NL 조인의 종류

NL 조인은 인덱스 활용 여부에 따라 다음과 같이 나뉩니다.

1) 기본 Nested Loop Join (Brute Force)

인덱스 없이 조인 수행.
외부 테이블의 각 행을 내부 테이블과 비교하여 일치하는 데이터를 찾음.
내부 테이블이 클 경우 매우 비효율적.

2) 인덱스 Nested Loop Join (Index Nested Loop Join)

내부 테이블에 적절한 인덱스가 있을 때 활용.
내부 테이블에서 조인 키를 기반으로 인덱스를 통해 검색하여 성능을 향상.
조인 키에 B-Tree 인덱스 또는 해시 인덱스가 있으면 성능이 개선됨.

3) 블록 Nested Loop Join (Block Nested Loop Join)

외부 테이블의 데이터를 블록 단위로 읽어와서 내부 테이블과 비교.
I/O를 줄여서 성능을 개선하지만, 여전히 기본 NL 조인보다 약간 빠른 정도.

4. NL 조인의 장점과 단점

✅ 장점

✔ 간단한 구현 (모든 DBMS에서 지원)
✔ 인덱스를 활용하면 효율적으로 실행 가능
✔ 작은 데이터셋에서는 성능이 우수
✔ 메모리 사용량이 적음

❌ 단점

❌ 인덱스가 없으면 성능이 매우 저하됨
❌ 데이터 크기가 크면 비효율적 (O(M×N)의 시간 복잡도)
❌ 내부 테이블이 크면 조인 성능 저하

5. NL 조인의 실행 계획 예제 (MySQL, PostgreSQL, Oracle)

예제 데이터

CREATE TABLE employees (
    id SERIAL PRIMARY KEY,
    name VARCHAR(100)
);

CREATE TABLE salaries (
    emp_id INT,
    salary INT,
    FOREIGN KEY (emp_id) REFERENCES employees(id)
);

1) 기본 Nested Loop Join

EXPLAIN ANALYZE
SELECT A.id, A.name, B.salary
FROM employees A
JOIN salaries B
ON A.id = B.emp_id;

실행 계획에서 Nested Loop Join이 표시되면, 해당 조인이 NL 조인을 사용하고 있다는 의미입니다.

2) 인덱스 기반 Nested Loop Join

CREATE INDEX idx_salary_empid ON salaries(emp_id);

EXPLAIN ANALYZE
SELECT A.id, A.name, B.salary
FROM employees A
JOIN salaries B
ON A.id = B.emp_id;

idx_salary_empid 인덱스를 추가하면 인덱스 기반 NL 조인으로 실행되며 성능이 향상됨.

6. NL 조인 vs 다른 조인 방식 비교

조인 방식	사용 조건	장점	단점
Nested Loop Join	인덱스가 있을 때	작은 테이블에서 빠름	인덱스 없으면 느림
Sort Merge Join	정렬된 데이터에서 적합	범위 조인에서 빠름	정렬 비용이 큼
Hash Join	등가 조인(=)에서 적합	대용량 데이터에서 빠름	많은 메모리 필요

7. NL 조인 최적화 방법

1️⃣ 인덱스 활용

내부 테이블의 조인 키에 인덱스를 생성하여 검색 속도를 높임.
B-Tree 인덱스를 활용하여 빠르게 조회 가능.

2️⃣ 외부 테이블을 작은 테이블로 설정

작은 테이블을 외부 테이블(Outer Table)로 설정하면 성능이 개선됨.
큰 테이블을 내부 테이블(Inner Table)로 두고, 인덱스를 활용하면 효율적.

3️⃣ 병렬 실행 활용

일부 DBMS(예: Oracle)에서는 병렬 NL 조인을 지원하여 성능 향상 가능.

4️⃣ 통계 정보 활용 (ANALYZE, EXPLAIN)

실행 계획을 분석하여 최적의 조인 방식을 선택.

8. 결론

NL 조인은 소규모 데이터셋에서는 빠르게 동작하지만, 대용량 데이터에서는 비효율적입니다.
인덱스를 활용하면 성능이 크게 개선될 수 있으며, 대용량 데이터에서는 해시 조인이나 정렬 병합 조인과 비교하여 최적의 방식 선택이 필요합니다.
인덱스와 블록 기반 조인 기법을 활용하면 성능이 개선될 수 있음.