Neo4j图数据分页处理

wujun

2017-01-22

首先简单介绍下Neo4j，Neo4j是一个高性能的NOSQL图形数据库，它将结构化数据存储在网络上而不是表中，它是一个嵌入式的、基于磁盘的、具备完全的事务特性的Java持久化引擎，但是它将结构化数据存储在网络（从数学角度叫做图）而不是表中。Neo4j也可以被看做是一个高性能的图引擎，该引擎具有成熟数据库的所有特性。

Neo4j中涉及到几个关键的实体对象，分别是Node（节点）、Relationship（关系）、Path（路径）、Direction（关系方向）、RelationshipType（关系类型）。朋友们可以将Relationship（关系）看做是连接线，一条连接线每端只能连接一个Node（节点），并且连接线两端必须同时都连接有Node（节点）；Relationship（关系）具有方向和类型特性。Node（节点）可以通过多Relationship（关系）与其他多个Node（节点）关联，而且Node（节点）也可以是没有任何连接的孤立节点。Path（路径）包含多个Node和Relationship，是节点和关系的集合。下图就是笔者本人利用Neo4j构建的一个“射雕英雄谱”局部关系图：

3.1. Neo4j数据分页检索类型

Neo4j数据分页检索接口采用自身的Cypher检索语句，通过构建Cypher分页检索语句，实现分页处理。

Neo4j数据库中不存在传统的表的概念，一个数据库可以视作一张图。数据分页检索将针对Node和Relationship分别进行，不针对Path进行分页检索，因为基本上没有什么意义。按照检索条件区分检索类型，可以细分为以下几种。

3.1.1 Node（节点）分页检索

1) 无条件检索Cypher语句

--不根据属性排序
START n=node(*) RETURN n SKIP 0 LIMIT 20

--根据属性排序
START n=node(*) RETURN n ORDER BY n.NAME DESC SKIP 0 LIMIT 20

2) 根据Property属性检索Cypher语句

--根据属性NAME值进行模糊检索
START n=node(*) WHERE n.NAME=~'.*tom*' RETURN n SKIP 0 LIMIT 20

--根据属性NAME值进行精确检索
START n=node(*) WHERE n.NAME='tom' RETURN n SKIP 0 LIMIT 20

3) 根据Index索引检索Cypher语句

--说明：N_INDEX为索引名称，USER_NAME为索引Key名称

--根据索引值进行模糊检索
--模糊检索的多种格式。
--1、*tom*表示USER_NAME中包含tom字符串的
--2、*tom表示USER_NAME右侧匹配tom字符串的
--3、tom*表示USER_NAME左侧匹配tom字符串的
START n=node:N_INDEX('USER_NAME:*tom*') RETURN n SKIP 0 LIMIT 20

--根据索引值进行精确检索
START n=node:N_INDEX (USER_NAME='tom') RETURN n SKIP 0 LIMIT 20

4) 根据Index索引和Property属性检索Cypher语句

--根据索引（模糊）和属性（模糊）检索
START n=node:N_INDEX('USER_NAME:*tom*') WHERE n.USER_TYPE=~'.*sys*' RETURN n SKIP 0 LIMIT 20

--根据索引（模糊）和属性（精确）检索
START n=node:N_INDEX('USER_NAME:*tom*') WHERE n.USER_TYPE ='system' RETURN n SKIP 0 LIMIT 20

--根据索引（精确）和属性（模糊）检索
START n=node:N_INDEX(USER_NAME='tom') WHERE n.USER_TYPE=~'.*sys*' RETURN n SKIP 0 LIMIT 20

--根据索引（精确）和属性（精确）检索
START n=node:N_INDEX(USER_NAME='tom') WHERE n.USER_TYPE ='system' RETURN n SKIP 0 LIMIT 20

5) 根据Label标签检索Cypher语句

--标签内容为”中国”
START n=node(*) MATCH (n:中国) RETURN n SKIP 0 LIMIT 20

6) 根据Label标签和Property属性检索Cypher语句

START n=node(*) MATCH (n:中国) WHERE n.USER_TYPE=’system’ RETURN n SKIP 0 LIMIT 20

3.1.2 Relationship（关系）分页检索

1) 无条件分页检索Cypher语句

--不根据属性排序
START r=relationship(*) RETURN DISTINCT(r) SKIP 0 LIMIT 20

--根据属性排序
START r=relationship(*) RETURN DISTINCT(r) ORDER BY r.NAME ASC SKIP 0 LIMIT 20

2) 根据Property属性检索Cypher语句

--根据属性NAME值进行模糊检索
START r=relationship(*) WHERE r.NAME=~'.*tom*' RETURN r SKIP 0 LIMIT 20

--根据属性NAME值进行精确检索
START r=relationship(*) WHERE r.NAME='tom' RETURN r SKIP 0 LIMIT 20

3) 根据Index索引检索Cypher语句

--说明：R_INDEX为索引名称，USER_NAME为索引Key名称

--根据索引值进行模糊检索
--模糊检索的多种格式。
--1、*tom*表示USER_NAME中包含tom字符串的
--2、*tom表示USER_NAME右侧匹配tom字符串的
--3、tom*表示USER_NAME左侧匹配tom字符串的
START r=relationship(*):R_INDEX('USER_NAME:*tom*') RETURN r SKIP 0 LIMIT 20

--根据索引值进行精确检索
START r=relationship(*):R_INDEX (USER_NAME='tom') RETURN r SKIP 0 LIMIT 20

4) 根据Index索引和Property属性检索Cypher语句

--根据索引（模糊）和属性（模糊）检索
START r=relationship(*):R_INDEX('USER_NAME:*tom*') WHERE r.USER_TYPE=~'.*sys*' RETURN r SKIP 0 LIMIT 20

--根据索引（模糊）和属性（精确）检索
START r=relationship(*):R_INDEX('USER_NAME:*tom*') WHERE r.USER_TYPE ='system' RETURN r SKIP 0 LIMIT 20

--根据索引（精确）和属性（模糊）检索
START r=relationship(*):R_INDEX(USER_NAME='tom') WHERE r.USER_TYPE=~'.*sys*' RETURN r SKIP 0 LIMIT 20

--根据索引（精确）和属性（精确）检索
START r=relationship(*):R_INDEX(USER_NAME='tom') WHERE r.USER_TYPE ='system' RETURN r SKIP 0 LIMIT 20

5) 根据RelationshipType关系类型检索Cypher语句

--FRIEND为关系类型字符串
START n=node(*) MATCH n-[r:FRIEND]-() RETURN DISTINCT(r) SKIP 0 LIMIT 20

3.2. Neo4j数据分页模型类

import java.io.Serializable;
import java.text.DecimalFormat;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import org.neo4j.graphdb.Node;
import org.neo4j.graphdb.Relationship;
import com.hnepri.common.util.LogInfoUtil;
/**
 * Description: 图数据库数据分页模型类。<br>
 * 利用此类可分页管理Node数据和Relationship数据等。
 * Copyright: Copyright (c) 2015<br>
 * Company: 河南电力科学研究院智能电网所<br>
 * @author shangbingbing 2015-11-01编写
 * @version 1.0
 */
public class GraphPageModel implements Serializable {
    private static final long serialVersionUID = 330410716100946538L;
    private int pageSize = 10;
    private int pageIndex = 1;
    private int prevPageIndex = 1;
    private int nextPageIndex = 1;
    private int pageCount = 0;
    private int pageFirstRowIndex = 1;
    private boolean hasNextPage = true;
    private int totalCount = 0;
    private long startTime = System.currentTimeMillis();
    private long endTime = System.currentTimeMillis();
    private List<Node> nodeList = new ArrayList<Node>();
    private List<Relationship> relationshipList = new ArrayList<Relationship>();
    /**
     * 分页对象构造函数
     * @param pageSize 每页记录数
     */
    public GraphPageModel(int pageSize) {
        this.pageSize = pageSize;
    }
    /**
     * 获取分页记录数量
     * @return
     */
    public int getPageSize() {
        return pageSize;
    }
    /**
     * 获取当前页序号
     * @return
     */
    public int getPageIndex() {
        return pageIndex;
    }
    /**
     * 设置当前页序号
     * @param pageIndex
     */
    public void setPageIndex(int pageIndex) {
        if(pageIndex <= 0) {
            pageIndex = 1;
        }
        this.pageIndex = pageIndex;
    }
    /**
     * 获取分页总数
     * @return
     */
    public int getPageCount() {
        if(this.getTotalCount() == 0) {
            this.pageCount = 0;
        } else {
            int shang = this.getTotalCount() / this.getPageSize();
            int yu = this.getTotalCount() % this.getPageSize();
            if(yu > 0) {
                shang += 1;
            }
            this.pageCount = shang;
        }
        return pageCount;
    }
    /**
     * 获取每页的第一行序号
     * @return
     */
    public int getPageFirstRowIndex() {
        this.pageFirstRowIndex = (this.pageIndex - 1) * this.getPageSize() + 1;
        return pageFirstRowIndex;
    }
    /**
     * 获取上一页序号
     * @return
     */
    public int getPrevPageIndex() {
        if(this.pageIndex > 1) {
            this.prevPageIndex = this.pageIndex - 1;
        } else {
            this.prevPageIndex = 1;
        }
        return prevPageIndex;
    }
    /**
     * 获取下一页序号
     * @return
     */
    public int getNextPageIndex() {
        if(this.pageIndex < this.pageCount) {
            this.nextPageIndex = this.pageIndex + 1;    
        } else {
            this.nextPageIndex = this.pageCount;
        }
        return nextPageIndex;
    }
    /**
     * 跳转到下一页
     */
    public void nextPage() {
        if(this.totalCount == 0 || this.getPageCount() == 0) {
            this.pageIndex = 1;
        } else {
            if(this.pageIndex < this.pageCount) {
                this.pageIndex = this.pageIndex + 1;    
            } else {
                this.pageIndex = this.pageCount;
            }
        }
    }
    /**
     * 跳转到上一页
     */
    public void prevPage() {
        if(this.pageIndex > 1) {
            this.pageIndex = this.pageIndex - 1;
        } else {
            this.pageIndex = 1;
        }
    }
    /**
     * 获取是否有下一页
     * @return
     */
    public boolean isHasNextPage() {
        if(this.pageIndex < this.getPageCount()) {
            this.hasNextPage = true;
        } else {
            this.hasNextPage = false;
        }
        return hasNextPage;
    }
    /**
     * 获取总记录数    
     */
    public int getTotalCount() {
        return totalCount;
    }
    /**
     * 获取总记录数    
     * @param totalCount
     */
    public void setTotalCount(int totalCount) {
        this.totalCount = totalCount;
    }
    /**
     * 初始化起始时间（毫秒）
     */
    public void initStartTime() {
        this.startTime = System.currentTimeMillis();
    }
    /**
     * 初始化截止时间（毫秒）
     */
    public void initEndTime() {
        this.endTime = System.currentTimeMillis();
    }
    /**
     * 获取毫秒格式的耗时信息
     * @return
     */
    public String getTimeIntervalByMilli() {
        return String.valueOf(this.endTime - this.startTime) + "毫秒";
    }
    /**
     * 获取秒格式的耗时信息
     * @return
     */
    public String getTimeIntervalBySecond() {
        double interval = (this.endTime - this.startTime)/1000.0;
        DecimalFormat df = new DecimalFormat("#.##");
        return df.format(interval) + "秒";
    }
    /**
     * 打印时间信息
     */
    public void printTimeInfo() {
        LogInfoUtil.printLog("起始时间：" + this.startTime);
        LogInfoUtil.printLog("截止时间：" + this.endTime);
        LogInfoUtil.printLog("耗费时间：" + this.getTimeIntervalBySecond());
    }
    /**
     * 获取Node检索结果列表
     * @return
     */
    public List<Node> getNodeList() {
        return nodeList;
    }
    /**
     * 获取Relationship检索结果列表
     * @return
     */
    public List<Relationship> getRelationshipList() {
        return relationshipList;
    }
}

模型类中，nodeList和relationshipList分别用来存放Node和Relationship；分页检索Node时，就通过getNodeList()读取Node信息；分页检索Relationship时，就通过getRelationshipList()读取Relationship信息。

3.3. Neo4j数据分页接口方法

首先，我们先设计一个通用的执行Cypher检索语句的接口方法，将检索结果（主要指Node、Relationship和Path对象）封转进Propertyies列表中。

/**
 * 执行Cypher检索语句，将检索结果封装进Properties列表中。
 * @param query cypher检索语句
 * @param params cypher检索语句参数集合
 * @return
 */
public List<Properties> executeQuery(String query, Map<String,Object> params) {
    List<Properties> propertiesList = new ArrayList<Properties>();
    if(StringUtils.isBlank(query)) {
        return propertiesList;
    }
    ExecutionEngine executionEngine = new ExecutionEngine(this.getGraphDatabaseService());
    ExecutionResult result = null;
    if(params == null || params.size() == 0) {
        result = executionEngine.execute(query);
    } else {
        result = executionEngine.execute(query, params);
    }
    for (Map<String, Object> row : result ) {
        Properties properties = new Properties();
        for ( Entry<String, Object> column : row.entrySet()){
            properties.put(column.getKey(), column.getValue());
        }
        propertiesList.add(properties);
    }
    return propertiesList;
}

下面以无条件分页检索Node信息为例，讲述下接口方法的设计思路。具体代码如下：

/**
 * 分页检索Node信息。
 * @param pageModel 分页模型对象，不能为空。
 * @param orders 排序属性字段。
 * @return
 */
public GraphPageModel queryNodes(GraphPageModel pageModel, GOrderBy ... orders) {
    if(pageModel == null) {
        pageModel = new GraphPageModel(10);
    }
    pageModel.getNodeList().clear();
    pageModel.getRelationshipList().clear();
    
    //计算总行数
    String query = "START n=node(*) RETURN count(*) AS NODE_COUNT";
    List<Properties> resultList = this.executeQuery(query);
    if(resultList == null || resultList.size() == 0) {
        return pageModel;
    }
    for(Properties properties : resultList) {
        int nodeCount = Integer.valueOf(properties.get("NODE_COUNT").toString());
        pageModel.setTotalCount(nodeCount);
    }
    
    //组织排序字段信息
    String strGOrderBy = "";
    if(orders != null && orders.length > 0) {
        strGOrderBy = "ORDER BY";
        for(GOrderBy order : orders) {
            strGOrderBy += String.format(" n.%s %s,", order.getPropertyName(), order.getOrderType().toUpperCase());
        }
        strGOrderBy = strGOrderBy.substring(0, strGOrderBy.length() - 1);
    }
    
    int skipCount = (pageModel.getPageIndex() - 1) * pageModel.getPageSize();
    int limitCount = pageModel.getPageSize();
    query = String.format("START n=node(*) RETURN n AS NODE_ENTRY %s SKIP %s LIMIT %s", strGOrderBy, skipCount, limitCount);
    List<Properties> list = this.executeQuery(query);
    for(Properties properties : list) {
        pageModel.getNodeList().add((Node)properties.get("NODE_ENTRY"));
    }
    
    return pageModel;
}

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3.1.1 Node（节点）分页检索

3.1.2 Relationship（关系）分页检索

3.2. Neo4j数据分页模型类

3.3. Neo4j数据分页接口方法

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