do postgres-dream-of-graph-database

Do Postgres dream of Graph-Database?

ぬこ＠横浜 (@nuko_yokohama)

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自己紹介「 PostgreSQL ラーメン」

でググってください。

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日本 PostgreSQL ユーザ会のゆる枠担当 ( 自称 ) やってるPostgreSQL おじさんです。

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今日話すこと

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今日はこの本に書いてあるような話はしません。

この本

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PostgreSQL からグラフデータを扱ってみよう

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グラフデータベース？

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グラフデータベース

データを「ノード」と「関連」で管理するの NoSQL の一種。

ノード間を関連で接続することでノード間の関係性を表現する。

ノードのトラバースが容易に可能。

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例えば Neo4j

ノード

関連

https://neo4j.com/Community Edition と Enterprise Edition があります。

例えば Neo4j

https://neo4j.com/

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PostgreSQL の更新を

Neo4j へ反映

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Neo4j Server

Logideco4neo4j

PostgreSQL

Relational Model

Cypher Query

WAL(wal_level=logical) Logical

Replication Slot

Execute Cypher Query on REST

Convert Cypher Query

PostgreSQL WAL to Neo4j

Graph Model

olumn1 column2 column3

・・・・・・・・・

・・・・・・・・・・・

Get Replication Slot Data

Decoding FunctionConvert JSON

スロット定義

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Neo4j Server

Logideco4neo4j

PostgreSQL

Relational Model

Cypher Query


Replication Slot




Graph Model


・・・・・・・・・

・・・・・・・・・・・



スロット定義

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Data Model

Neo4j にマッピングするためのPostgreSQL 上のデータモデル

非常にざっくり言うと、ノードテーブルと関連テーブルの

2 種のテーブルで構成する。

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Data Modelノードテーブル

ノード ID(pk)ノードプロパティ ( 任意 )

関連テーブル関連 ID(pk)

起点ノードラベル（種類）起点ノード ID

関連タイプ (text)終点ノードラベル（種類）

終点ノード ID

ノード種類をテーブル名に

マッピングするのが良さげ

今回は全ての関連タイプを

1 テーブルで管理

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Neo4j Server

Logideco4neo4j

PostgreSQL

Relational Model

Cypher Query


Replication Slot




Graph Model


・・・・・・・・・

・・・・・・・・・・・



スロット定義

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ロジカルデコーディング

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ロジカルデコーディングPostgreSQL 9.4 から導入された基盤

WAL を任意形式にデコーディングする基盤デコーディング方法や、

デコードされた更新情報の反映は利用者が好きに開発できる。

夢が広がりんぐ機能

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Decoding Function

ざっくり言うと PostgreSQL の更新ログ (WAL) を

任意の形式の論理ログに変換する関数。

どういった形式に変換するのかは、Decoding Function 実装者まかせ。

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Decoding Function

幸い PostgreSQL のソース内にはLogical Decoding の

サンプルが入っている。

contrib/test_decoding

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Decoding Function

実際に動作させてみる。デコードされた更新ログが、

pg_logical_replication_slot に格納されている。

SQL 関数を使って、このスロット内のデコードされた内容を読み取る。

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Decoding Function例えば以下のような DML を発行するBEGIN;DROP TABLE IF EXISTS node;CREATE TABLE node(id int primary key, name text, age int, gender text, location text);COMMIT;

INSERT INTO node VALUES(1, 'Akagi',17,'Famale','Tokyo'),(2, 'Yamato',28,'Male','Tokyo'),(3, 'Musashi',27,'Male','Yokohama'),(4, 'Nagato',22,'Male','Kawasaki');

BEGIN;UPDATE node SET age = age + 1 WHERE id IN (1,2);DELETE FROM node WHERE id IN (3,4);SELECT * FROM node;COMMIT;

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Decoding Function以下のような更新ログが出力される

logideco=# SELECT data FROM pg_logical_slot_get_changes('regression_slot', NULL, NULL); BEGIN 1959 COMMIT 1959 BEGIN 1960 table public.node: INSERT: id[integer]:1 name[text]:'Akagi' age[integer]:17 gender[text]:'Famale' location[text]:'Tokyo' table public.node: INSERT: id[integer]:2 name[text]:'Yamato' age[integer]:28 gender[text]:'Male' location[text]:'Tokyo' table public.node: INSERT: id[integer]:3 name[text]:'Musashi' age[integer]:27 gender[text]:'Male' location[text]:'Yokohama' table public.node: INSERT: id[integer]:4 name[text]:'Nagato' age[integer]:22 gender[text]:'Male' location[text]:'Kawasaki' COMMIT 1960 BEGIN 1961 table public.node: UPDATE: id[integer]:1 name[text]:'Akagi' age[integer]:18 gender[text]:'Famale' location[text]:'Tokyo' table public.node: UPDATE: id[integer]:2 name[text]:'Yamato' age[integer]:29 gender[text]:'Male' location[text]:'Tokyo' table public.node: DELETE: id[integer]:3 table public.node: DELETE: id[integer]:4 COMMIT 1961

test_decoding はDDL は未対応です。

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Decoding Function

contrib/test_decoding は、見やすさを重視した形式で出力。

（サンプルだし）

でも、更新ログを他の DBMS に反映するには、不向きかも・・・？

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Decoding Function

JSON のような汎用形式にしておけば、デコード結果を処理するのも楽になる。

↓表現能力は十分

可読性もある程度はある既存の JSON パーサが使える

既存のパーサが使えるのは仕様検討も実装も楽！

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Decoding Function以下のような情報を含む

JSON データを生成すれば良さげ。コマンドタグ更新対象の

スキーマと表挿入列と値更新列と

更新後の値検索キー列とキー値

INSERT ○ ○ ○ －－

UPDATE ○ ○ － ○ ○

DELETE ○ ○ －－ ○

トランザクションを意識するなら、BEGIN や COMMIT も考慮する必要がある。

もう作っている人はいそうだが・・・

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Decoding Function探したら、やっぱりありましたｗ

「 PostgreSQL の Logical Decoding 機能についての紹介」http://qiita.com/bwtakacy/items/d8461518a1770524e0d6

まとめを書いたのは@bwtakacy さん

pg_rman や pg_bulkload のメンテナやってる人です。

Deconding Function Plug-in wal2jsonhttps://github.com/eulerto/wal2json

名前のとおり WAL を JSON 形式にデコードしてくれる。せっかくなので、今回はこれを使ってみる。

http://qiita.com/bwtakacy/items/d8461518a1770524e0d6

http://qiita.com/bwtakacy

https://github.com/eulerto/wal2json

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Decoding Functionjson2wal の使用例

例えば以下のような DML を発行するneo4j=# BEGIN;BEGINneo4j=# INSERT INTO node_person VALUES ('2005','Shinano','Famale','Kawasaki','22');INSERT 0 1neo4j=# INSERT INTO rel_person_person VALUES ('10028','2005','love','1001');INSERT 0 1neo4j=# UPDATE node_person SET location = 'Yokohama' WHERE uid = '2005';UPDATE 1neo4j=# DELETE FROM rel_person_person WHERE rid = '10028';DELETE 1neo4j=# DELETE FROM node_person WHERE uid = '2005';DELETE 1neo4j=# COMMIT;COMMIT

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Decoding Functionjson2wal の使用例

レプリケーションスロットから、取得したデコード結果トランザクション全体で 1 つの JSON 文書になっている

neo4j=# SELECT data FROM pg_logical_slot_get_changes('neo4j', NULL, NULL); {"xid":1976,"change":[ {"kind":"insert","schema":"public","table":"node_person","columnnames":["uid","name","gender","location","age"],"columntypes":["text","text","text","text","text"],"columnvalues":["2005","Shinano","Famale","Kawasaki","22"]} ,{"kind":"insert","schema":"public","table":"rel_person_person","columnnames":["rid","f_uid","type","t_uid"],"columntypes":["text","text","text","text"],"columnvalues":["10028","2005","love","1001"]} ,{"kind":"update","schema":"public","table":"node_person","columnnames":["uid","name","gender","location","age"],"columntypes":["text","text","text","text","text"],"columnvalues":["2005","Shinano","Famale","Yokohama","22"],"oldkeys":{"keynames":["uid"],"keytypes":["text"],"keyvalues":["2005"]}} ,{"kind":"delete","schema":"public","table":"rel_person_person","oldkeys":{"keynames":["rid"],"keytypes":["text"],"keyvalues":["10028"]}} ,{"kind":"delete","schema":"public","table":"node_person","oldkeys":{"keynames":["uid"],"keytypes":["text"],"keyvalues":["2005"]}} ]}

赤字が 1 つの DML によるログ情報

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Neo4j Server

Logideco4neo4j

PostgreSQL

Relational Model

Cypher Query


Replication Slot




Graph Model


・・・・・・・・・

・・・・・・・・・・・



スロット定義

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Logideco4neo4j必要なパーツ

PostgreSQL クライアントライブラリJSON パーサ

http クライアントライブラリ

これが揃えば、どんな言語で組んでも OK今回は C 言語で組んでみたよ！

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Logideco4neo4j

Logical Decoding 内容からNeo4j への反映に必要な処理

レプリケーションスロットへの検索検索結果から Cypher Query を生成

Cypher Query を REST API で Neo4j へこれを繰り返す

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Logideco4neo4j

レプリケーションスロットからデコードされた WAL を

読み込む SQL 関数を発行する

http://www.postgresql.jp/document/9.5/html/functions-admin.html#functions-replication

関数名説明

pg_create_logical_replication_slot(slot_name name, plugin name)

論理レプリケーションスロットを生成

pg_logical_slot_get_changes(slot_name name, upto_lsn pg_lsn, upto_nchanges int, VARIADIC options text[])

論理レプリケーションスロットから変更内容を読み取る。

http://www.postgresql.jp/document/9.5/html/functions-admin.html#functions-replication

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Logideco4neo4j

デコード結果（ JSON ）を json-c 等のJSON パーサで解析して挿入・更新・削除用の

Neo4j Cypher クエリを生成する

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Logideco4neo4jノード挿入の Cypher Query への変換例

INSERT INTO public.person (nid, name, gender, location, age) VALUES ('10001','ぬこ','Male','Yokohama','48')

{"kind":"insert","schema":"public","table":"person","columnnames":["nid","name","gender","location","age"],"columntypes":["text","text","text","text","text"],"columnvalues":["10001","ぬこ","Male","Yokohama","48"]}

CREATE (n:person { nid:"10001",name:"ぬこ",gender:"Male",location:"Yokohama",age:"48" })

{"query":"CREATE (n:person { nid:\"10001\",name:\"ぬこ\",gender:\"Male\",location:\"Yokohama\",age:\"48\" }) "}

SQL

論理ログ

Cypher

REST API

更新も削除も同様に REST API に変換

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Logideco4neo4j関連挿入の Cypher Query への変換例

INSERT INTO relationship VALUES ('100001', 'employ', 'company', '1001', 'person', '10001');

{"kind":"insert","schema":"public","table":"relationship","columnnames":["rid","type","f_label","f_uid","t_label","t_uid"],"columntypes":["text","text","text","text","text","text"],"columnvalues":["100001","employ","company","1001","person","10001"]}

MATCH (f:company {nid:"1001"}),(t:person {nid:"10001"}) MERGE (f)-[e:employ {rid:"100001"}]->(t)

query={"query":"MATCH (f:company {nid:\"1001\"}),(t:person {nid:\"10001\"}) MERGE (f)-[e:employ {rid:\"100001\"}]->(t)"}

SQL

論理ログ

Cypher

REST API

更新も削除も同様に REST API に変換

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Logideco4neo4j

Neo4j Cypher クエリを含むREST API パラメータを

libcurl などの HTTP ライブラリ経由で発行すると、後は Neo4j サーバが

よしなにやってくれる。

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デモ

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PostgreSQL の更新ログをNeo4j に適用できた。

やったね♪

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PostgreSQL からSQL で

Neo4j を検索

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ForeignData Wrapper

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PostgreSQL の外部にあるデータに対して

標準的な SQL クエリでアクセスするための夢が広がりんぐ基盤

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Neo4j のデータをSQL で検索するための

Foreign Data Wrapper を開発する。

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Neo4j Server

Logideco4neo4j

PostgreSQL

Cypher Query


Replication Slot




・・・・・・・・・

・・・・・・・・・・・



Neo4j Foriegn Data Wrapper

Defined Cypher Query


Generate PostgreSQL Record

PostgreSQLRecord

JSONResult

Provide Cypher Result View

SQL

CypherQuery

スロット定義

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というか、以前 Neo4j に

接続する FDW を作っていた

https://github.com/nuko-yokohama/neo4j_fdw

https://github.com/nuko-yokohama/neo4j_fdw

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何故か PostgreSQL Wiki に載ってる・・・

メンテナンスをサボっているので、 PostgreSQL 9.5 以降に対応してません・・・

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neo4j_fdw外部データラッパを登録

外部サーバと外部テーブルを定義CREATE EXTENSION neo4j_fdw;

CREATE SERVER foo FOREIGN DATA WRAPPER neo4j_fdw OPTIONS (url 'http://localhost:7474/db/data/cypher');

CREATE FOREIGN TABLE persons ( uid text, name text, gender text, age text, company text ) SERVER foo OPTIONS (query '{"query":"MATCH (c:company)-[e:employ]->(p:person) RETURN p.nid, p.name, p.gender, p.age, c.name"}');

あとは persons テーブルに SELECT 文を発行すれば OK!

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デモ

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PostgreSQL からSQL を使って

Neo4j の検索ができた。

やったね♪

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と、いうことで

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ロジカルデコーディングとneo4j_fdw を組み合わせて

PostgreSQL からグラフデータベースNeo4j を扱えた！

それに意味があるのかどうかは

わりとどうでもいい

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おしまい

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補足（というか蛇足）

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FDW を良く知っている人

からのツッコミ

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あれ？ FDW にも更新 I/F あるじゃん

(PostgreSQL 9.3 以降 )

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汎用的に SQL DML からNeo4j の Cypher Query へ変換する仕組みを考えないと

いけないのが面倒…

面倒なので放置中…（だからロジデコ使った）

do postgres-dream-of-graph-database

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