寫在前面
從去年找工作結(jié)束之后陌粹，就一直沒有再寫博文了溺蕉，不知不覺已經(jīng)過去大半年了T_T奏属。鳥哥也從學(xué)校正式步入職場跨跨，開始了新的旅程~~。最近工作中由于要用到圖數(shù)據(jù)庫相關(guān)的東西囱皿，網(wǎng)上這方面的資料較少而且質(zhì)量也不是很好勇婴，因此決定自己寫一套有用的博文。
鳥哥帶你學(xué)圖數(shù)據(jù)庫之Neo4j系列將會對Neo4j進行全面的介紹嘱腥，系列的第一篇文章打算先簡單介紹一下圖數(shù)據(jù)庫概念耕渴，與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的區(qū)別還有體系結(jié)構(gòu)等內(nèi)容，讓大家從整體上先了解圖數(shù)據(jù)庫齿兔。（這部分內(nèi)容主要是從《Neo4j實戰(zhàn)》整理出來的）
概念
在計算機科學(xué)中橱脸，圖形常常被用于表示特定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，如組織層級結(jié)構(gòu)分苇、社交網(wǎng)絡(luò)以及處理流程等添诉。在軟件的設(shè)計階段，結(jié)構(gòu)医寿、流程甚至算法也經(jīng)常使用圖形來表示栏赴。面向?qū)ο蠼Y(jié)構(gòu)的計算機系統(tǒng)也是以繼承、組成和對象成員作為圖形建模的靖秩。
但是须眷，在涉及到數(shù)據(jù)保存的時候竖瘾，開發(fā)人員往往不使用圖形的方式，而是試圖將數(shù)據(jù)裝進關(guān)系型表格中花颗，并對其結(jié)構(gòu)規(guī)范化和再規(guī)范化捕传，一直到它看上去完全不是它應(yīng)該表示的東西的樣子。如果能用數(shù)據(jù)的自然形式表示數(shù)據(jù)捎稚，使數(shù)據(jù)的映射更加直觀生動乐横，免去那些從數(shù)據(jù)引擎上存取數(shù)據(jù)的大量重復(fù)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過程，那樣豈不是更好嗎今野？
現(xiàn)在有了圖數(shù)據(jù)庫就可以實現(xiàn)上述的過程了葡公，圖形數(shù)據(jù)庫使用圖形模型將數(shù)據(jù)作為圖形存儲，圖形數(shù)據(jù)庫由頂點和邊構(gòu)成条霜，頂點和邊這兩個圖形可以構(gòu)建任何的圖形催什。
關(guān)系型數(shù)據(jù)庫 VS 圖數(shù)據(jù)庫
假如我們想表示用戶和他的朋友之間的關(guān)系，使用傳統(tǒng)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫通常會這樣表示
如果你想要查找某用戶的朋友的朋友宰睡，你必須對表t_user_friend中的所有數(shù)據(jù)做一個join操作蒲凶，然后丟棄你不再感興趣的所有行。對于一個小的數(shù)據(jù)集拆内，這將不會是一個大的問題旋圆。但是，如果這個社交網(wǎng)絡(luò)不斷發(fā)展壯大麸恍，你可能開始遇到一些嚴重的性能問題灵巧。
關(guān)系數(shù)據(jù)庫和Neo4j圖形數(shù)據(jù)庫的重要區(qū)別是數(shù)據(jù)查詢。在Neo4j圖形數(shù)據(jù)庫中抹沪，沒有表和列的概念刻肄，也沒有基于SQL的select和join命令。那么Neo4j如何查詢圖形數(shù)據(jù)庫呢融欧？
答案是像所有的圖形數(shù)據(jù)庫一樣敏弃，Neo4j借用圖論的強大數(shù)學(xué)概念，并作為一個強大和高效率的引擎用于查詢數(shù)據(jù)噪馏。這個概念就是圖形遍歷麦到，圖形遍歷是使Neo4j具有強大處理大型圖形數(shù)據(jù)的主要工具之一。
為什么圖數(shù)據(jù)庫的查詢效率能夠這么高欠肾？
我們分析查詢過程就會發(fā)現(xiàn)瓶颠，為了查詢深度5的所有關(guān)系，MySQL將對t_user_friend表執(zhí)行笛卡兒積運算5次董济，那將產(chǎn)生500005個記錄步清，其中只有1000個是有用的要门，其他的都被丟棄虏肾。Neo4j則只訪問數(shù)據(jù)庫中的節(jié)點廓啊，當沒有更多的節(jié)點可訪問時，它將停止遍歷封豪。
Neo4j在NoSQL領(lǐng)域的地位
NoSQL谴轮，泛指非關(guān)系型的數(shù)據(jù)庫。隨著互聯(lián)網(wǎng)web2.0網(wǎng)站的興起吹埠，傳統(tǒng)的關(guān)系數(shù)據(jù)庫在應(yīng)付web2.0網(wǎng)站第步，特別是超大規(guī)模和高并發(fā)的SNS類型的web2.0純動態(tài)網(wǎng)站已經(jīng)顯得力不從心，暴露了很多難以克服的問題缘琅，而非關(guān)系型的數(shù)據(jù)庫則由于其本身的特點得到了非常迅速的發(fā)展粘都。NoSQL數(shù)據(jù)庫的產(chǎn)生就是為了解決大規(guī)模數(shù)據(jù)集合多重數(shù)據(jù)種類帶來的挑戰(zhàn)，尤其是大數(shù)據(jù)應(yīng)用難題刷袍。
目前主流的NoSQL主要分為四個大類：
- 主鍵值存儲
主鍵值存儲代表了最簡單翩隧，但卻非常強大的處理大量并發(fā)訪問數(shù)據(jù)的方法。緩存是一種典型的主鍵值技術(shù)呻纹。主鍵值存儲允許使用非常簡單的結(jié)構(gòu)存儲數(shù)據(jù)堆生，這些數(shù)據(jù)常常在內(nèi)存中，甚至在高并發(fā)環(huán)境下的高速訪問雷酪。 - 列族存儲
列族存儲是將類似的值（或列）作為一組一起存儲在同一列族中（例如淑仆，用戶數(shù)據(jù)或有關(guān)書籍的信息）。 - 面向文檔存儲
很多實際問題（如內(nèi)容管理系統(tǒng)哥力、用戶注冊數(shù)據(jù)以及CRM數(shù)據(jù)）的需求看上去像一個文件的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)蔗怠。面向文檔的數(shù)據(jù)庫正好提供了這樣的一個地方，用以存儲簡單的省骂，然而是高效的蟀淮，無架構(gòu)的文檔數(shù)據(jù)。本文檔模型中使用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)钞澳，可以使你添加自包含的文件和關(guān)聯(lián)關(guān)系到該文檔的數(shù)據(jù)中怠惶。 -
圖形(Graph)
圖形數(shù)據(jù)庫使用圖形模型將數(shù)據(jù)作為圖形存儲，圖形數(shù)據(jù)庫由頂點和邊構(gòu)成轧粟，頂點和邊這兩個圖形可以構(gòu)建任何的圖形策治。
Neo4j是一個開源的、高性能的NOSQL圖形數(shù)據(jù)庫兰吟。
Neo4j主要組件
下面我們以一個人與電影關(guān)系的例子來講解Neo4j的主要組件
- 節(jié)點（Nodes）
節(jié)點通常用來表示一個實體以及實體包含的屬性通惫。上圖中的實體就包含了以下屬性（property）
- 關(guān)系（Relationships）
節(jié)點之間的關(guān)系是圖數(shù)據(jù)庫的關(guān)鍵特性，因為它們允許查找相關(guān)數(shù)據(jù)混蔼。一個關(guān)系連接兩個節(jié)點履腋，并保證有一個有效的源節(jié)點和目標節(jié)點。
關(guān)系的節(jié)點可以被組織成任意結(jié)構(gòu)，使圖看起來像表遵湖，樹悔政，圖，或復(fù)合實體?——?其中任何一種可以被組合成更復(fù)雜的延旧，豐富的互聯(lián)結(jié)構(gòu)谋国。
下面是一個ACTED_IN關(guān)系，以“湯姆·漢克斯”為源節(jié)點連接目標節(jié)點“阿甘”迁沫。
關(guān)系具有方向芦瘾，我們觀察到，Tom Hanks 節(jié)點有一個outgoing的關(guān)系集畅，而Forrest Gump 節(jié)點有一個incoming的關(guān)系近弟。
屬性（Properties）
屬性是名稱（或鍵）為字符串的命名值。支持的屬性值有：
Numeric
String
Boolean
上述任何一個值的列表標簽（Labels）
標簽是一種命名的圖結(jié)構(gòu)挺智，用于將節(jié)點分組為集合藐吮；所有標記為同一標簽的節(jié)點屬于同一集合。許多數(shù)據(jù)庫查詢可以使用這些集合而不是整個圖形逃贝，從而使查詢更容易編寫谣辞，執(zhí)行起來更高效。一個節(jié)點可以標記為任意數(shù)量的標簽沐扳，包括無標簽泥从，使標簽成為圖的可選添加項。
標簽通常被用于定義的約束和建立索引沪摄。例如躯嫉，代表用戶的所有節(jié)點都可以用標簽標記：用戶。這樣的地方杨拐，你可以問Neo4j只有在您的用戶節(jié)點執(zhí)行操作祈餐，如查找具有給定名稱的所有用戶。
在我們的示例中哄陶，我們將添加個人（:Person）和電影（:Movie）標簽到我們的圖表中帆阳。
為了舉例說明節(jié)點如何可能有多個標簽，讓我們向湯姆·漢克斯節(jié)點添加一個演員（:Actor）標簽屋吨。
- 遍歷（Traversal）
遍歷表示如何查詢一個圖形蜒谤，從起始節(jié)點導(dǎo)航到相關(guān)節(jié)點尚粘，找到諸如“我的朋友喜歡哪些我還沒擁有的音樂”這樣的問題的答案嫉称，或者“如果這個電源關(guān)閉，哪些Web服務(wù)會受到影響首昔？”
如果我們想在這個小示例數(shù)據(jù)庫找到湯姆·漢克斯主演的電影敢课，遍歷將從湯姆·漢克斯節(jié)點開始跟隨任何:ACTED_IN關(guān)系連接的節(jié)點阶祭，然后在阿甘這個節(jié)點結(jié)束（見虛線）：
- 路徑（Paths）
在前面的示例中绷杜，可以將返回結(jié)果作為路徑返回：
上面的路徑有一個長度。最短路徑長度為零?-?就是它只包含一個節(jié)點沒有關(guān)系濒募，如下圖所示接剩。
路徑長度為1的例子如下：
索引（Indexes）
一旦你指定了索引，Neo4j會確保你的索引保持更新你的圖形的演變萨咳。通過新索引屬性查找節(jié)點的任何操作都將看到顯著的性能提升。
Neo4j不會自動更新索引疫稿，這意味著培他，當您第一次創(chuàng)建索引時，操作立即返回遗座。但是修改它時舀凛，結(jié)果不會實時返回。只有當索引被設(shè)置為自動索引是途蒋，才會實時地返回結(jié)果猛遍。
如果索引出現(xiàn)問題，結(jié)果可能會處于失敗狀態(tài)号坡。當它失敗了懊烤，它不會被用來加快查詢速度。你可以刪除并重新創(chuàng)建索引宽堆，或者查看日志腌紧，查找失敗的原因。約束（Constraints）
Neo4j可以幫助保持你的數(shù)據(jù)清洗畜隶。它使用約束壁肋。約束允許您指定數(shù)據(jù)應(yīng)該是什么樣子的規(guī)則。任何違反這些規(guī)則的改變將被拒絕籽慢。
小結(jié)
這篇博文主要介紹了圖數(shù)據(jù)庫概念浸遗、與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的區(qū)別以及Neo4j主要的組件這些內(nèi)容，讓大家從整體上了解了圖數(shù)據(jù)庫箱亿，至于是否要使用圖數(shù)據(jù)庫還是要根據(jù)項目的具體需求來決定的跛锌。下一篇博文主要介紹Neo4j的查詢語言Cypher。
