Graph Database چیست؟ مقدمه ای بر پایگاه داده های مبتنی بر گراف

گراف دیتابیس ها(graph database) این امکان را برای ما فراهم می کنند که ما داده ها و رابطه ها رو در قالب ساختار گراف ذخیره کنیم .حالا این ساختار گراف به چه کار ما می آید ؟ !!! در پایگاه داده های رابطه ای بستگی به نوع سناریو که داریم بعضی اوقات نیاز هست که برای پیاده سازی روابط خیلی پیچیده ، داده ها را در قالب جداول متعدد ذخیره کنیم .. این جا ما مجبور به نوشتن Query ها و Join های زیادی بودیم که بتوانیم خروجی و گزارش دلخواه مان را بسازیم . همینطور که در جریان هستید هرچقدر کوئری های ما بزرگ و پیچیده بشود و روابط بین جداول زیاد (Join) ، هزینه اجرای دستور ما (Cost of Query) بالا میرود و سرعت اجرای دستورات پایین و پایین تر ...

 دوستی ها در شبکه های اجتماعی، like ها ، مدیریت follower ها و پیشنهاد دوستی های چند گانه مثالی از این روابط پیچیده برای ذخیره سازی و بازیابی در پایگاه داده های رابطه ای است .

با استفاده از امکانات گراف دیتابیس می توانیم این پیچیدگی ها را ساده کنیم .

Neo4j, OrientDB , Amazon Neptune از معروف ترین پایگاه داده های مبتنی بر گراف هستند و جالبه که بدانید که ماکروسافت از سال 2017 این امکان را بر روی پایگاه داده معروف خودش یعنی SQL Server قرار داده است .

مزیت این امکان در نسخه SQL Server 2017 به بالا این هست که ما دیگر نیازی به یادگیری زبان جدید در پایگاه داده نداریم و با همین زبان T-SQL می توانیم یک Graph Database بسازیم و مفاهیم مربوط به آنها را پیاده سازی کنیم .

مفاهیم اصلی Graph Database ها : 

• گره‌ها یا node ← نشان دهنده موجودیت یا entitiy های ما هستند .. مثل مردم، کسب و کار ، حساب‌های کاربری  ...
• یال‌ها یا edge ← و به‌طور کلی یال‌ها وظیفه نمایش روابط را در دیتابیس بر عهده دارند. همچنین بسیاری از اطلاعات مهم در یال‌ها ذخیره می‌شوند.

چه موقع از ساختار گراف بهتره استفاده کرد ؟

1. مواقعی که برنامه شما دارای داده ها با ساختار سلسله مراتبی است (hierarchy) .. مثل  چارت سازمانی
2. موجودیت های شما دارای روابط پیچیده چند به چند باشد

مثال عملی و پیاده سازی یه Graph Database بر روی SQL Server 2017

می خواهیم روابط و موجودیت های این گراف را در پایگاه داده پیاده سازی کنیم :

ساخت پایگاه داده تستی به اسم GraphDemo

-- Create a graph demo database
CREATE DATABASE GraphDemo

USE graphdemo;
GO

ساخت جداول node ها یا entitiy ها 

-- Create NODE tables
CREATE TABLE Person (
	ID INTEGER PRIMARY KEY
	,name VARCHAR(100)
	) AS NODE;

CREATE TABLE Restaurant (
	ID INTEGER NOT NULL
	,name VARCHAR(100)
	,city VARCHAR(100)
	) AS NODE;

CREATE TABLE City (
	ID INTEGER PRIMARY KEY
	,name VARCHAR(100)
	,stateName VARCHAR(100)
	) AS NODE;

ساخت جداول یال ها یا edge 

-- Create EDGE tables. 
CREATE TABLE likes (rating INTEGER) AS EDGE;

CREATE TABLE friendOf AS EDGE;

CREATE TABLE livesIn AS EDGE;

CREATE TABLE locatedIn AS EDGE;

اضافه کردن داده ها در جداول node ها

-- Insert data into node tables. Inserting into a node table is same as inserting into a regular table
INSERT INTO Person
VALUES (
	1
	,'John'
	);

INSERT INTO Person
VALUES (
	2
	,'Mary'
	);

INSERT INTO Person
VALUES (
	3
	,'Alice'
	);

INSERT INTO Person
VALUES (
	4
	,'Jacob'
	);

INSERT INTO Person
VALUES (
	5
	,'Julie'
	);

INSERT INTO Restaurant
VALUES (
	1
	,'Taco Dell'
	,'Bellevue'
	);

INSERT INTO Restaurant
VALUES (
	2
	,'Ginger and Spice'
	,'Seattle'
	);

INSERT INTO Restaurant
VALUES (
	3
	,'Noodle Land'
	,'Redmond'
	);

INSERT INTO City
VALUES (
	1
	,'Bellevue'
	,'wa'
	);

INSERT INTO City
VALUES (
	2
	,'Seattle'
	,'wa'
	);

INSERT INTO City
VALUES (
	3
	,'Redmond'
	,'wa'
	);

اضافه کردن داده ها در جداول edge ها و شروع ایجاد روابط با استفاده از node_id$ .. مدیریت لایک ها و ...

-- Insert into edge table. While inserting into an edge table, 
-- you need to provide the $node_id from $from_id and $to_id columns.
INSERT INTO likes
VALUES (
	(
		SELECT $NODE_ID
		FROM Person
		WHERE id = 1
		)
	,(
		SELECT $NODE_ID
		FROM Restaurant
		WHERE id = 1
		)
	,9
	);

INSERT INTO likes
VALUES (
	(
		SELECT $NODE_ID
		FROM Person
		WHERE id = 2
		)
	,(
		SELECT $NODE_ID
		FROM Restaurant
		WHERE id = 2
		)
	,9
	);

INSERT INTO likes
VALUES (
	(
		SELECT $NODE_ID
		FROM Person
		WHERE id = 3
		)
	,(
		SELECT $NODE_ID
		FROM Restaurant
		WHERE id = 3
		)
	,9
	);

INSERT INTO likes
VALUES (
	(
		SELECT $NODE_ID
		FROM Person
		WHERE id = 4
		)
	,(
		SELECT $NODE_ID
		FROM Restaurant
		WHERE id = 3
		)
	,9
	);

INSERT INTO likes
VALUES (
	(
		SELECT $NODE_ID
		FROM Person
		WHERE id = 5
		)
	,(
		SELECT $NODE_ID
		FROM Restaurant
		WHERE id = 3
		)
	,9
	);

INSERT INTO livesIn
VALUES (
	(
		SELECT $NODE_ID
		FROM Person
		WHERE id = 1
		)
	,(
		SELECT $NODE_ID
		FROM City
		WHERE id = 1
		)
	);

INSERT INTO livesIn
VALUES (
	(
		SELECT $NODE_ID
		FROM Person
		WHERE id = 2
		)
	,(
		SELECT $NODE_ID
		FROM City
		WHERE id = 2
		)
	);

INSERT INTO livesIn
VALUES (
	(
		SELECT $NODE_ID
		FROM Person
		WHERE id = 3
		)
	,(
		SELECT $NODE_ID
		FROM City
		WHERE id = 3
		)
	);

INSERT INTO livesIn
VALUES (
	(
		SELECT $NODE_ID
		FROM Person
		WHERE id = 4
		)
	,(
		SELECT $NODE_ID
		FROM City
		WHERE id = 3
		)
	);

INSERT INTO livesIn
VALUES (
	(
		SELECT $NODE_ID
		FROM Person
		WHERE id = 5
		)
	,(
		SELECT $NODE_ID
		FROM City
		WHERE id = 1
		)
	);

INSERT INTO locatedIn
VALUES (
	(
		SELECT $NODE_ID
		FROM Restaurant
		WHERE id = 1
		)
	,(
		SELECT $NODE_ID
		FROM City
		WHERE id = 1
		)
	);

INSERT INTO locatedIn
VALUES (
	(
		SELECT $NODE_ID
		FROM Restaurant
		WHERE id = 2
		)
	,(
		SELECT $NODE_ID
		FROM City
		WHERE id = 2
		)
	);

INSERT INTO locatedIn
VALUES (
	(
		SELECT $NODE_ID
		FROM Restaurant
		WHERE id = 3
		)
	,(
		SELECT $NODE_ID
		FROM City
		WHERE id = 3
		)
	);

-- Insert data into the friendof edge.
INSERT INTO friendof
VALUES (
	(
		SELECT $NODE_ID
		FROM person
		WHERE ID = 1
		)
	,(
		SELECT $NODE_ID
		FROM person
		WHERE ID = 2
		)
	);

INSERT INTO friendof
VALUES (
	(
		SELECT $NODE_ID
		FROM person
		WHERE ID = 2
		)
	,(
		SELECT $NODE_ID
		FROM person
		WHERE ID = 3
		)
	);

INSERT INTO friendof
VALUES (
	(
		SELECT $NODE_ID
		FROM person
		WHERE ID = 3
		)
	,(
		SELECT $NODE_ID
		FROM person
		WHERE ID = 1
		)
	);

INSERT INTO friendof
VALUES (
	(
		SELECT $NODE_ID
		FROM person
		WHERE ID = 4
		)
	,(
		SELECT $NODE_ID
		FROM person
		WHERE ID = 2
		)
	);

INSERT INTO friendof
VALUES (
	(
		SELECT $NODE_ID
		FROM person
		WHERE ID = 5
		)
	,(
		SELECT $NODE_ID
		FROM person
		WHERE ID = 4
		)
	);

نمایش داده ها و بازیابی رکوردها .. همینطور که میبینید خروجی کوئری ها بصورت فرمت json هست :

SELECT *
FROM dbo.friendOf

USE GraphDemo
GO

SELECT *
FROM Person

SELECT *
FROM Likes

SELECT *
FROM LivesIn

-- Find Restaurants that John likes
SELECT Restaurant.name
FROM Person
	,likes
	,Restaurant
WHERE MATCH(Person - (likes) - > Restaurant)
	AND Person.name = 'John';

-- Find Restaurants that John's friends like
SELECT Restaurant.name
FROM Person person1
	,Person person2
	,likes
	,friendOf
	,Restaurant
WHERE MATCH(person1 - (friendOf) - > person2 - (likes) - > Restaurant)
	AND person1.name = 'John';

-- Find people who like a restaurant in the same city they live in
SELECT Person.name
FROM Person
	,likes
	,Restaurant
	,livesIn
	,City
	,locatedIn
WHERE MATCH(Person - (likes) - > Restaurant - (locatedIn) - > City
		AND Person - (livesIn) - > City);