在深入學習圖形數(shù)據(jù)庫之前，首先理解屬性圖的基本概念。一個屬性圖是由頂點（Vertex），邊（Edge），標簽（Lable），關系類型和屬性（Property）組成的有向圖。頂點也稱作節(jié)點（Node），邊也稱作關系（Relationship）；在圖形中，節(jié)點和關系是最重要的實體，所有的節(jié)點是獨立存在的，為節(jié)點設置標簽，那么擁有相同標簽的節(jié)點屬于一個分組，一個集合；關系通過關系類型來分組，類型相同的關系屬于同一個集合。關系是有向的，關系的兩端是起始節(jié)點和結(jié)束節(jié)點，通過有向的箭頭來標識方向，節(jié)點之間的雙向關系通過兩個方向相反的關系來標識。節(jié)點可有零個，一個或多個標簽，但是關系必須設置關系類型，并且只能設置一個關系類型。Neo4j圖形數(shù)據(jù)庫的查詢語言是Cypher，用于操作屬性圖，是圖形語言中事實上的標準。

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一，圖形數(shù)據(jù)庫的基本概念

Neo4j創(chuàng)建的圖（Graph）基于屬性圖模型，在該模型中，每個實體都有ID（Identity）唯一標識，每個節(jié)點由標簽（Lable）分組，每個關系都有一個唯一的類型，屬性圖模型的基本概念有：

• 實體（Entity）是指節(jié)點（Node）和關系（Relationship）；
  • 每個實體都有一個唯一的ID；
  • 每個實體都有零個，一個或多個屬性，一個實體的屬性鍵是唯一的；
  • 每個節(jié)點都有零個，一個或多個標簽，屬于一個或多個分組；
  • 每個關系都只有一個類型，用于連接兩個節(jié)點；
• 路徑（Path）是指由起始節(jié)點和終止節(jié)點之間的實體（節(jié)點和關系）構(gòu)成的有序組合；
• 標記（Token）是非空的字符串，用于標識標簽（Lable），關系類型（Relationship Type），或?qū)傩枣I（Property Key）；
  • 標簽：用于標記節(jié)點的分組，多個節(jié)點可以有相同的標簽，一個節(jié)點可以有多個Lable，Lable用于對節(jié)點進行分組；
  • 關系類型：用于標記關系的類型，多個關系可以有相同的關系類型；
  • 屬性鍵：用于唯一標識一個屬性；
• 屬性（Property）是一個鍵值對（Key/Value Pair），每個節(jié)點或關系可以有一個或多個屬性；屬性值可以是標量類型，或這標量類型的列表（數(shù)組）；

二，圖形示例

在下面的圖形中，存在三個節(jié)點和兩個關系共5個實體；Person和Movie是Lable，ACTED_ID和DIRECTED是關系類型，name，title，roles等是節(jié)點和關系的屬性。

實體包括節(jié)點和關系，節(jié)點有標簽和屬性，關系是有向的，鏈接兩個節(jié)點，具有屬性和關系類型。

1，實體

在示例圖形中，包含三個節(jié)點，分別是：

包含兩個關系，分別是：

• 兩個關系類型：ACTED_IN和DIRECTED，
• 兩個關系：連接name屬性為Tom Hank節(jié)點和Movie節(jié)點的關系，連接name屬性為Forrest Gump的節(jié)點和Movie節(jié)點的關系。

其中一個關系如下圖：

2，標簽（Lable）

在圖形結(jié)構(gòu)中，標簽用于對節(jié)點進行分組，相當于節(jié)點的類型，擁有相同標簽的節(jié)點屬于同一個分組。一個節(jié)點可以擁有零個，一個或多個標簽，因此，一個節(jié)點可以屬于多個分組。對分組進行查詢，能夠縮小查詢的節(jié)點范圍，提高查詢的性能。

在示例圖形中，有兩個標簽Person和Movie，兩個節(jié)點是Person，一個節(jié)點是Movie，標簽有點像節(jié)點的類型，但是，每個節(jié)點可以有多個標簽。

3，屬性（Property）

屬性是一個鍵值對（Key/Value），用于為節(jié)點或關系提供信息。一般情況下，每個節(jié)點都由name屬性，用于命名節(jié)點。

在示例圖形中，Person節(jié)點有兩個屬性name和born，Movie節(jié)點有兩個屬性：title和released，

關系類型ACTED_IN有一個屬性：roles，該屬性值是一個數(shù)組，而關系類型為DIRECTED的關系沒有屬性

三，遍歷（Traversal）

遍歷一個圖形，是指沿著關系及其方向，訪問圖形的節(jié)點。關系是有向的，連接兩個節(jié)點，從起始節(jié)點沿著關系，一步一步導航（navigate）到結(jié)束節(jié)點的過程叫做遍歷，遍歷經(jīng)過的節(jié)點和關系的有序組合稱作路徑（Path）。

在示例圖形中，查找Tom Hanks參演的電影，遍歷的過程是：從Tom Hanks節(jié)點開始，沿著ACTED_IN關系，尋找標簽為Movie的目標節(jié)點。

遍歷的路徑如圖：

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四，圖形數(shù)據(jù)庫的模式

Neo4j的模式（Schema）通常是指索引，約束和統(tǒng)計，通過創(chuàng)建模式，Neo4j能夠獲得查詢性能的提升和建模的便利；Neo4j數(shù)據(jù)庫的模式可選的，也可以是無模式的。

1，索引

圖形數(shù)據(jù)庫也能創(chuàng)建索引，用于提高圖形數(shù)據(jù)庫的查詢性能。和關系型數(shù)據(jù)庫一樣，索引是圖形數(shù)據(jù)的一個冗余副本，通過額外的存儲空間和犧牲數(shù)據(jù)寫操作的性能，來提高數(shù)據(jù)搜索的性能，避免創(chuàng)建不必要的索引，這樣能夠減少數(shù)據(jù)更新的性能損失。

Neo4j在圖形節(jié)點的一個或多個屬性上創(chuàng)建索引，在索引創(chuàng)建完成之后，當圖形數(shù)據(jù)更新時，Neo4j負責索引的自動更新，索引的數(shù)據(jù)是實時同步的；在查詢被索引的屬性時，Neo4j自動應用索引，以獲得查詢性能的提升。

例如，使用Cypher創(chuàng)建索引：

CREATE INDEX ON :Person(firstname)
CREATE INDEX ON :Person(firstname, surname)

2，約束

在圖形數(shù)據(jù)庫中，能夠創(chuàng)建四種類型的約束：

• 節(jié)點屬性值唯一約束（Unique node property）：如果節(jié)點具有指定的標簽和指定的屬性，那么這些節(jié)點的屬性值是唯一的
• 節(jié)點屬性存在約束（Node property existence）：創(chuàng)建的節(jié)點必須存在標簽和指定的屬性
• 關系屬性存在約束（Relationship property existence）：創(chuàng)建的關系存在類型和指定的屬性
• 節(jié)點鍵約束（Node Key）：在指定的標簽中的節(jié)點中，指定的屬性必須存在，并且屬性值的組合是唯一的

例如，使用Cypher創(chuàng)建約束：

CREATE CONSTRAINT ON (book:Book) ASSERT book.isbn IS UNIQUE;
CREATE CONSTRAINT ON (book:Book) ASSERT exists(book.isbn);
CREATE CONSTRAINT ON ()-[like:LIKED]-() ASSERT exists(like.day);
CREATE CONSTRAINT ON (n:Person) ASSERT (n.firstname, n.surname) IS NODE KEY;

3，統(tǒng)計信息

當使用Cypher查詢圖形數(shù)據(jù)庫時，Cypher腳本被編譯成一個執(zhí)行計劃，執(zhí)行該執(zhí)行計劃獲得查詢結(jié)果。為了生成一個性能優(yōu)化的執(zhí)行計劃，Neo4j需要收集統(tǒng)計信息以對查詢進行優(yōu)化。當統(tǒng)計信息變化到一定的賦值時，Neo4j需要重新生成執(zhí)行計劃，以保證Cypher查詢是性能優(yōu)化的，Neo4j存儲的統(tǒng)計信息包括：

• The number of nodes with a certain label.
• Selectivity per index.?
• The number of relationships by type.
• The number of relationships by type, ending or starting from a node with a specific label.

默認情況下，Neo4j自動更新統(tǒng)計信息，但是，統(tǒng)計信息的更新不是實時的，更新統(tǒng)計信息可能是一個非常耗時的操作，因此，Neo4j在后臺運行，并且只有當變化的數(shù)據(jù)達到一定的閾值時，才會更新統(tǒng)計信息。

Neo4j keeps the statistics up to date in two different ways. For label counts for example, the number is updated whenever you set or remove a label from a node. For indexes, Neo4j needs to scan the full index to produce the selectivity number. Since this is potentially a very time-consuming operation, these numbers are collected in the background when enough data on the index has been changed.

Neo4j把執(zhí)行計劃被緩存起來，在統(tǒng)計信息變化之前，執(zhí)行計劃不會被重新生成。通過配置選項，Neo4j能夠控制執(zhí)行計劃的重新生成：

• dbms.index_sampling.background_enabled：是否在后臺統(tǒng)計索引信息，由于Cypher查詢的執(zhí)行計劃是根據(jù)統(tǒng)計信息生成的，及時更新索引的統(tǒng)計數(shù)據(jù)對生成性能優(yōu)化的執(zhí)行計劃非常重要；
• dbms.index_sampling.update_percentage：在更新索引的統(tǒng)計信息之前，索引中有多大比例的數(shù)據(jù)被更新；
• cypher.statistics_divergence_threshold：當統(tǒng)計信息變化時，Neo4j不會立即更新Cypher查詢的執(zhí)行計劃；只有當統(tǒng)計信息變化到一定的程度時，Neo4j才會重新生成執(zhí)行計劃。

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參考文檔：

Graph database concepts

Chapter 3. Cypher

原文地址：https://www.cnblogs.com/ljhdo/p/5178225.html

轉(zhuǎn)載于:https://www.cnblogs.com/jstarseven/p/9546576.html

總結(jié)

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