Въведение в графичните бази данни на SQL Server 2017

Преди началото на курса „разработчик на MS SQL сървър“ Приготвили сме ви още един полезен превод.

Графичните бази данни са важна технология за специалистите по бази данни. Опитвам се да следя иновациите и новите технологии в тази област и след работа с релационни и NoSQL бази данни виждам, че ролята на графовите бази данни става все по-голяма. Когато работите със сложни йерархични данни, не само традиционните бази данни, но и NoSQL са неефективни. Често, с увеличаване на броя на нивата на връзката и размера на базата данни, има намаляване на производителността. И тъй като връзките стават по-сложни, броят на JOIN също се увеличава.

Разбира се, в релационния модел има решения за работа с йерархии (например използване на рекурсивни CTE), но това все още са заобиколни решения. В същото време функционалността на графичните бази данни на SQL Server улеснява работата с множество нива на йерархия. Както моделът на данни, така и заявките са опростени и следователно тяхната ефективност се увеличава. Значително намалява обема на кода.

Графичните бази данни са експресивен език за представяне на сложни системи. Тази технология вече се използва доста широко в ИТ индустрията в области като социални мрежи, системи за борба с измамите, анализ на ИТ мрежи, социални препоръки, препоръки за продукти и съдържание.

Функционалността на графичната база данни в SQL Server е подходяща за сценарии, при които данните са силно взаимосвързани и имат добре дефинирани връзки.

Графичен модел на данни

Графът е набор от върхове (възли, възел) и ръбове (отношения, ръб). Върховете представляват обекти, а ръбовете представляват връзки, чиито атрибути могат да съдържат информация.

Графовата база данни моделира обекти като графика, както е дефинирано в теорията на графите. Структурите от данни са върхове и ръбове. Атрибутите са свойства на върхове и ръбове. Връзката е връзка на върхове.

За разлика от други модели на данни, графичните бази данни приоритизират връзките между обектите. Следователно няма нужда да се изчисляват връзки с помощта на външни ключове или по някакъв друг начин. Възможно е да се създават сложни модели на данни, като се използват само абстракции на върхове и ръбове.

В днешния свят моделирането на взаимоотношения изисква все по-сложни техники. За моделиране на връзки, SQL Server 2017 предлага възможности за графична база данни. Върховете и ръбовете на графа са представени като нови типове таблици: NODE и EDGE. Графичните заявки използват нова T-SQL функция, наречена MATCH(). Тъй като тази функционалност е вградена в SQL Server 2017, тя може да се използва във вашите съществуващи бази данни без необходимост от преобразуване на база данни.

Предимства на графичния модел

В днешно време фирмите и потребителите изискват приложения, които работят с все повече и повече данни, като същевременно очакват висока производителност и надеждност. Графичното представяне на данни предлага удобно средство за обработка на сложни връзки. Този подход решава много проблеми и помага за постигане на резултати в даден контекст.

Изглежда, че много приложения ще се възползват от базите данни с графики в бъдеще.

Моделиране на данни: от релационно към графово моделиране

Пример

Нека разгледаме пример за организационна структура с йерархия на служителите: служител докладва на мениджър, мениджър докладва на старши мениджър и т.н. В зависимост от конкретната компания, може да има произволен брой нива в тази йерархия. Но тъй като броят на нивата се увеличава, изчисляването на връзки в релационна база данни става все по-трудно. Доста трудно е да си представим йерархията на служителите, йерархията в маркетинга или връзките в социалните медии. Нека да видим как SQL Graph може да реши проблема с обработката на различни нива на йерархия.

За този пример нека направим прост модел на данни. Създайте таблица на служителите EMP с ид EMPNO и колона М.Г.Р.A, който сочи към ID на ръководителя (мениджъра) на служителя. Цялата информация за йерархията се съхранява в тази таблица и може да се търси чрез колони EMPNO и М.Г.Р..

Следната диаграма също показва същия модел на организационна диаграма с четири нива на влагане в по-позната форма. Служителите са върховете на графиката от таблицата EMP. Субектът „служител“ е свързан със себе си чрез връзката „подава“ (ReportsTo). От гледна точка на графиката, връзката е ръб (EDGE), който свързва възли (NODE) ​​на служителите.

Нека създадем обикновена таблица EMP и добавете стойности там според диаграмата по-горе.

CREATE TABLE EMP
(EMPNO INT NOT NULL,
ENAME VARCHAR(20),
JOB VARCHAR(10),
MGR INT,
JOINDATE DATETIME,
SALARY DECIMAL(7, 2),
COMMISIION DECIMAL(7, 2),
DNO INT)
 
INSERT INTO EMP VALUES
(7369, 'SMITH', 'CLERK', 7902, '02-MAR-1970', 8000, NULL, 2),
(7499, 'ALLEN', 'SALESMAN', 7698, '20-MAR-1971', 1600, 3000, 3),
(7521, 'WARD', 'SALESMAN', 7698, '07-FEB-1983', 1250, 5000, 3),
(7566, 'JONES', 'MANAGER', 7839, '02-JUN-1961', 2975, 50000, 2),
(7654, 'MARTIN', 'SALESMAN', 7698, '28-FEB-1971', 1250, 14000, 3),
(7698, 'BLAKE', 'MANAGER', 7839, '01-JAN-1988', 2850, 12000, 3),
(7782, 'CLARK', 'MANAGER', 7839, '09-APR-1971', 2450, 13000, 1),
(7788, 'SCOTT', 'ANALYST', 7566, '09-DEC-1982', 3000, 1200, 2),
(7839, 'KING', 'PRESIDENT', NULL, '17-JUL-1971', 5000, 1456, 1),
(7844, 'TURNER', 'SALESMAN', 7698, '08-AUG-1971', 1500, 0, 3),
(7876, 'ADAMS', 'CLERK', 7788, '12-MAR-1973', 1100, 0, 2),
(7900, 'JAMES', 'CLERK', 7698, '03-NOV-1971', 950, 0, 3),
(7902, 'FORD', 'ANALYST', 7566, '04-MAR-1961', 3000, 0, 2),
(7934, 'MILLER', 'CLERK', 7782, '21-JAN-1972', 1300, 0, 1)

Фигурата по-долу показва служителите:

• служител с EMPNO 7369 е подчинен на 7902;
• служител с EMPNO 7902 подчинен на 7566
• служител с EMPNO 7566 подчинен на 7839

Сега нека да разгледаме представянето на същите данни под формата на графика. Възелът EMPLOYEE има няколко атрибута и е свързан със себе си чрез връзка "подава" (EmplReportsTo). EmplReportsTo е името на връзката.

Крайната таблица (EDGE) също може да има атрибути.

Създайте таблица с възли EmpNode

Синтаксисът за създаване на възел е доста прост: към израза СЪЗДАЙТЕ МАСА добавен към края КАТО ВЪЗЕЛ.

CREATE TABLE dbo.EmpNode(
ID Int Identity(1,1),
EMPNO NUMERIC(4) NOT NULL,
ENAME VARCHAR(10),
MGR NUMERIC(4),
DNO INT
) AS NODE;

Сега нека преобразуваме данните от обикновена таблица в графична. Следващия INSERT вмъква данни от релационна таблица EMP.

INSERT INTO EmpNode(EMPNO,ENAME,MGR,DNO) select empno,ename,MGR,dno from emp

В таблицата на възлите в специална колона $node_id_* ID на хоста се съхранява като JSON. Останалите колони на тази таблица съдържат атрибутите на възела.

Създаване на ръбове (EDGE)

Създаването на крайна таблица е много подобно на създаването на таблица с възли, с изключение на ключовата дума КАТО РЪБ.

CREATE TABLE empReportsTo(Deptno int) AS EDGE

Сега нека дефинираме връзките между служителите с помощта на колони EMPNO и М.Г.Р.. Органиграмата ясно показва как се пише INSERT.

INSERT INTO empReportsTo  VALUES ((SELECT $node_id FROM EmpNode WHERE ID = 1),
   	(SELECT $node_id FROM EmpNode WHERE id = 13),20);
INSERT INTO empReportsTo  VALUES ((SELECT $node_id FROM EmpNode WHERE ID = 2),
   	(SELECT $node_id FROM EmpNode WHERE id = 6),10);
INSERT INTO empReportsTo  VALUES ((SELECT $node_id FROM EmpNode WHERE ID = 3),
   	(SELECT $node_id FROM EmpNode WHERE id = 6),10)
INSERT INTO empReportsTo  VALUES ((SELECT $node_id FROM EmpNode WHERE ID = 4),
   	(SELECT $node_id FROM EmpNode WHERE id = 9),30);
INSERT INTO empReportsTo  VALUES ((SELECT $node_id FROM EmpNode WHERE ID = 5),
   	(SELECT $node_id FROM EmpNode WHERE id = 6),30);
INSERT INTO empReportsTo  VALUES ((SELECT $node_id FROM EmpNode WHERE ID = 6),
   	(SELECT $node_id FROM EmpNode WHERE id = 9),30);
INSERT INTO empReportsTo  VALUES ((SELECT $node_id FROM EmpNode WHERE ID = 7),
   	(SELECT $node_id FROM EmpNode WHERE id = 9),30);
INSERT INTO empReportsTo  VALUES ((SELECT $node_id FROM EmpNode WHERE ID = 8),
   	(SELECT $node_id FROM EmpNode WHERE id = 4),30);
INSERT INTO empReportsTo  VALUES ((SELECT $node_id FROM EmpNode WHERE ID = 9),
   	(SELECT $node_id FROM EmpNode WHERE id = 9),30);
INSERT INTO empReportsTo  VALUES ((SELECT $node_id FROM EmpNode WHERE ID = 10),
   	(SELECT $node_id FROM EmpNode WHERE id = 6),30);
INSERT INTO empReportsTo  VALUES ((SELECT $node_id FROM EmpNode WHERE ID = 11),
   	(SELECT $node_id FROM EmpNode WHERE id = 8),30);
INSERT INTO empReportsTo  VALUES ((SELECT $node_id FROM EmpNode WHERE ID = 12),
   	(SELECT $node_id FROM EmpNode WHERE id = 6),30);
INSERT INTO empReportsTo  VALUES ((SELECT $node_id FROM EmpNode WHERE ID = 13),
   	(SELECT $node_id FROM EmpNode WHERE id = 4),30);
INSERT INTO empReportsTo  VALUES ((SELECT $node_id FROM EmpNode WHERE ID = 14),
   	(SELECT $node_id FROM EmpNode WHERE id = 7),30);

Крайната таблица има три колони по подразбиране. първо, $edge_id — идентификатор на ръба под формата на JSON. Другите две ($from_id и $to_id) представляват връзката между възлите. Освен това ръбовете могат да имат допълнителни свойства. В нашия случай това Дептно.

Системни изгледи

В системен изглед sys.tables Има две нови колони:

1. е_ръб
2. е_възел

SELECT t.is_edge,t.is_node,*
FROM sys.tables t
WHERE name like 'emp%'

ssms

Обектите, свързани с графиките, се намират в папката Графични таблици. Иконата на таблицата с възли е маркирана с точка, а иконата на таблицата с ръбове е маркирана с два свързани кръга (които изглеждат малко като очила).

MATCH израз

изразяване MATCH взети от CQL (Cypher Query Language). Това е ефективен начин за запитване за свойствата на графика. CQL започва с израз MATCH.

синтаксис

MATCH (<graph_search_pattern>)
 
<graph_search_pattern>::=
    {<node_alias> {
                 	{ <-( <edge_alias> )- }
               	| { -( <edge_alias> )-> }
             	<node_alias>
             	}
 	}
 	[ { AND } { ( <graph_search_pattern> ) } ]
 	[ ,...n ]
 
<node_alias> ::=
    node_table_name | node_alias
 
<edge_alias> ::=
    edge_table_name | edge_alias

Примеры

Нека да разгледаме няколко примера.

Заявката по-долу показва служителите, на които Смит и неговият мениджър докладват.

SELECT
E.EMPNO,E.ENAME,E.MGR,E1.EMPNO,E1.ENAME,E1.MGR
FROM
    empnode e, empnode e1, empReportsTo m
WHERE
    MATCH(e-(m)->e1)
and e.ENAME='SMITH'

Следната заявка е за намиране на служители и мениджъри от второ ниво за Smith. Ако премахнете офертата КЪДЕ, тогава всички служители ще бъдат показани като резултат.

SELECT
E.EMPNO,E.ENAME,E.MGR,E1.EMPNO,E1.ENAME,E1.MGR,E2.EMPNO,e2.ENAME,E2.MGR
FROM
    empnode e, empnode e1, empReportsTo m ,empReportsTo m1, empnode e2
WHERE
    MATCH(e-(m)->e1-(m1)->e2)
and e.ENAME='SMITH'

И накрая, искане за служители и мениджъри от трето ниво.

SELECT
E.EMPNO,E.ENAME,E.MGR,E1.EMPNO,E1.ENAME,E1.MGR,E2.EMPNO,e2.ENAME,E2.MGR,E3.EMPNO,e3.ENAME,E3.MGR
FROM
    empnode e, empnode e1, empReportsTo m ,empReportsTo m1, empnode e2, empReportsTo M2, empnode e3
WHERE
    MATCH(e-(m)->e1-(m1)->e2-(m2)->e3)
and e.ENAME='SMITH'

Сега нека променим посоката, за да вземем шефовете на Смит.

SELECT
E.EMPNO,E.ENAME,E.MGR,E1.EMPNO,E1.ENAME,E1.MGR,E2.EMPNO,e2.ENAME,E2.MGR,E3.EMPNO,e3.ENAME,E3.MGR
FROM
    empnode e, empnode e1, empReportsTo m ,empReportsTo m1, empnode e2, empReportsTo M2, empnode e3
WHERE
    MATCH(e<-(m)-e1<-(m1)-e2<-(m2)-e3)

Заключение

SQL Server 2017 се утвърди като цялостно корпоративно решение за различни бизнес ИТ нужди. Първата версия на SQL Graph е много обещаваща. Дори въпреки някои ограничения, вече има достатъчно функционалност за изследване на възможностите на графиките.

Функционалността на SQL Graph е напълно интегрирана в SQL Engine. Въпреки това, както вече беше споменато, SQL Server 2017 има следните ограничения:

Няма поддръжка за полиморфизъм.

• Поддържат се само еднопосочни връзки.
• Edges не могат да актуализират своите колони $from_id и $to_id чрез UPDATE.
• Преходните затваряния не се поддържат, но могат да бъдат получени с помощта на CTE.
• Ограничена поддръжка за OLTP обекти в паметта.
• Временните таблици (System-Versioned Temporal Table), временните локални и глобални таблици не се поддържат.
• Типовете таблици и променливите на таблиците не могат да бъдат декларирани като NODE или EDGE.
• Кръстосаните заявки към бази данни не се поддържат.
• Няма директен начин или някакъв съветник (съветник) за преобразуване на обикновени таблици в таблици с графики.
• Няма GUI за показване на графики, но може да се използва Power BI.

Прочетете още:

• Как SQL Server използва филтри за растерни изображения

Източник: www.habr.com