Sissejuhatus SQL Server 2017 graafikandmikesse

Kursuse alguse eelõhtul „MS SQL Serveri arendaja“ oleme teie jaoks valmistanud veel ühe kasuliku tõlke.

Graafikandmed on andmebaasiekspertide jaoks tähtis tehnoloogia. Jälgin pidevalt uusi innovatsioone ja tehnoloogiaid selles valdkonnas ning pärast tööd relatsiooniliste ja NoSQL andmebaasidega näen, et graafikandmete roll kasvab pidevalt. Kompleksete hierarhiliste andmete töötlemisel ei ole mitte ainult traditsioonilised andmebaasid, vaid ka NoSQL efektiivselt toimivad. Tihti, kui seoste tasemed ja andmebaasi suurus suurenevad, väheneb jõudlus. Suhtlemisvõrkude keerukus suurendab JOINide arvu.

Loomulikult on relatsioonilises mudelis lahendusi hierarhiatega töötamiseks (nt rekursiivsed CTE-d), kuid need jäävad endiselt ringtee lahendusteks. Samas võimaldab SQL Serveri graafikandmete funktsionaalsus hõlpsasti töödelda mitut hierarhiasuhet. Andmemudel ja päringud muutuvad lihtsamaks, seega tõuseb nende efektiivsus. Koodi maht väheneb märkimisväärselt.

Graafide andmebaasid on väljendusrikas keel keerukate süsteemide esitlemiseks. Seda tehnoloogiat kasutatakse juba üsna laialdaselt IT-sektoris sellistes valdkondades nagu sotsiaalmeedia, pettusevastased süsteemid, IT-võrkude analüüs, sotsiaalsed soovitused ning toote- ja sisu soovitused.

SQL Serveri graafide andmebaasi funktsioon sobib stsenaariumidesse, kus andmed on omavahel tihedalt seotud ja neil on selgelt määratletud seosed.

Graafide andmemudel

Graaf on tipude (sõlmede, node) ja servade (seoste, edge) kogum. Tipud esindavad entiteete ja servad seoseid, mille atribuudid võivad sisaldada teavet.

Graafide andmebaas modelleerib entiteete graafina, nagu on määratletud graafiateoorias. Andmestruktuurid on tipud ja servad. Atribuudid on tipude ja servade omadused. Seos on tipude ühendus.

Erinevalt teistest andmemudelitest on graafikute andmebaasides prioriteediks osaluste omavahelised seosed. Seetõttu ei ole vaja seoseid arvutada väliste võtmete või muude meetodite abil. Saate luua keerulisi andmemudeleid, kasutades ainult tippe ja servi abstraktsioonidena.

Kaasaegses maailmas nõuab seoste modelleerimine üha keerukamaid meetodeid. SQL Server 2017 pakub graafikute andmebaaside võimalusi seoste modelleerimiseks. Graafi tipud ja servad esitatakse uutena tabelitüüpidena: NODE ja EDGE. Graafile päringute tegemiseks kasutatakse uut T-SQL funktsiooni nimega MATCH(). Kuna see funktsionaalsus on sisse ehitatud SQL Server 2017, saab seda kasutada teie olemasolevates andmebaasides ilma nende konverteerimiseta.

Graafikute mudeli kasutegur

Praegu nõuavad ettevõtted ja kasutajad rakendusi, mis suudavad hallata üha suuremat andmemahtu, samas oodates kõrget jõudlust ja usaldusväärsust. Andmete esitamine graafina pakub mugavaid vahendeid keeruliste seoste töötlemiseks. See lähenemine aitab lahendada paljusid probleeme ning annab tulemusi kindlas kontekstis.

Tundub, et tulevikus saavad paljud rakendused kasu graafipõhiste andmebaaside kasutamisest.

Andmemudeli loomine: suheline mudel graafimudeliks

Näide

Vaatame näidet organisatsioonilisest struktuurist, kus on töötajate hierarhia: töötaja allub juhile, juht vanemjuhile ning nii edasi. Sõltuvalt konkreetsest ettevõttest võib selles hierarhias olla erinev arv tasandeid. Kuid kui tasandite arv suureneb, muutub seoste arvutamine relatsioonilises andmebaasis üha keerulisemaks. On üsna keeruline esitada töötajate hierarhiat, turunduse hierarhiat või suhteid sotsiaalmeedias. Vaatame, kuidas SQL Graph aitab lahendada erinevate hierarhiatasemete töötlemise probleemi.

Selle näite jaoks loome lihtsa andmemudeli. Loome töötajate tabeli EMP identifikaatoriga EMPNO ja veergudega MGR, mis viitab töötaja juhataja (juhi) identifikaatorile. Kõik hierarhia teave on salvestatud sellesse tabelisse ja seda saab pärida veergude kaudu. EMPNO ja MGR.

Järgmises joonises on kujutatud sama organisatsioonilise struktuuri mudelit nelja taseme süvenemisega tuttavamas vormis. Töötajad on graafiku tipud tabelist. EMP. Töötaja „employee” on seotud iseendaga suhtega „allub” (ReportsTo). Graafiteooria mõistes on suhe – serv (EDGE), mis ühendab töötajate sõlmeid (NODE).

Loo tavaline tabel EMP ja lisame sinna väärtused vastavalt ülaltoodud diagrammile.

Loo TABEL 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)

Allpool toodud joonisel on näidatud töötajad:

• töötaja EMPNO 7369 allub 7902-le;
• töötaja EMPNO 7902 allub 7566-le
• töötaja EMPNO 7566 allub 7839-le.

Nüüd vaatame neid andmeid graafina. Tipp EMPLOYEE omab mitmeid atribuute ja on omavahel seotud sidemete „alluvus“ (EmplReportsTo) kaudu. EmplReportsTo on sideme nimi.

Servade (EDGE) tabelis võivad samuti olla atribuute.

Loome sõlmede tabeli EmpNode.

Sõlme loomise süntaks on üsna lihtne: väljendi CREATE TABLE lõppu lisatakse „AS NODE“..

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

Nüüd muudame andmed tavalisest tabelist graafiks. Järgmine INSERT sisestab andmed relatsioonilisest tabelist. EMP.

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

Sõlmede tabelis on spetsiaalses veerus $node_id_* salvestatakse sõlme identifikaator JSON-vormingus. Ülejäänud veergudes on selle tabeli sõlme atribuudid.

Loome servad (EDGE).

Servade tabeli loomine on väga sarnane sõlmede tabeli loomisega, välja arvatud see, et kasutatakse võti sõna „AS EDGE“..

CREATE TABLE empReportsTo(Deptno int) AS EDGE.

Nüüd määratleme suhted töötajate vahel, kasutades veerge EMPNO ja MGR. Organisatsioonidiagrammil on selgelt näha, kuidas kirjutada. 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);

Vaikimisi servide tabel koosneb kolmest veerust. Esimene, $edge_id — JSON-vormis servatuvastus. Kaks muud ($from_id ja $to_id) esindavad seost sõlmede vahel. Lisaks võivad servadel olla täiendavad omadused. Meie puhul on need Deptno.

Süsteemi vaated

Süsteemi vaates sys.tables ilmunud kaks uut veergu:

1. is_edge
2. is_node

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

SSMS

Graafikuga seotud objektid asuvad kaustas Graph Tables. Sõlmtabeli ikoonil on punkt ja servade tabelitel — kaks ühendatud ringi (mis meenutab veidi prille).

Väljend MATCH

Väljend MATCH on pärit CQL-ist (Cypher Query Language). See on tõhus viis graafi omaduste pärimiseks. CQL algab väljendiga MATCH.

Süntaks

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

Näited

Vaatame paar näidet.

Allolev päring näitab töötajaid, kelle alluvuses on Smith ja tema juht.

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'

Järgmine päring on mõeldud töötajate ja keskastme juhtide leidmiseks Smithi jaoks. Kui eemaldada lause WHERE, kuvatakse kõik töötajad.

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'

Ja lõpuks, päring töötajate ja kolmanda taseme juhtide jaoks.

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'

Nüüd läheme suunda muutma, et leida Smithi ülemusi.

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)

Kokkuvõte

SQL Server 2017 on ennast tõestanud kui täielik ettevõtte lahendus erinevate IT-ülesannete jaoks. Esimene versioon SQL Graph on väga paljutõotav. Hoolimata mõnest piirangust on juba praegu piisavalt funktsionaalsust graafide võimaluste uurimiseks.

SQL Graph funktsioon on täielikult integreeritud SQL Engine'isse. Siiski, nagu juba mainitud, on SQL Server 2017-l järgmised piirangud:

Polümorfismi toetamist ei ole.

• Toetatakse ainult suunatud seoseid.
• Kaartel ei saa värskendada veerge $from_id ja $to_id UPDATE korral.
• Transitiivsete sulgemiste toetamist ei ole, kuid neid saab saada CTE abil.
• Toetamine In-Memory OLTP objektide jaoks on piiratud.
• Temporaalsetel tabelitel (System-Versioned Temporal Table), ajutistel kohalikudel ja globaalsetel tabelitel toetamist ei ole.
• Tabeli tüüpe ja tabeli muutujaid ei saa kuulutada NODE'iks ega EDGE'iks.
• Andmebaaside vahelisi päringuid (cross-database queries) ei toetata.
• Puudub otsene viis või mingisugune maagia (wizard) tavapäraste tabelite konvertimiseks graafikuteks.
• Graafikute kuvamiseks puudub GUI, kuid Power BI-d saab kasutada.

Loe edasi:

• Kuidas SQL Server kasutab bitmap-filtre.

Allikas: habr.com