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字数统计: 5.5k字   |   阅读时长≈ 22分

Neo4j图数据库入门笔记

一、Neo4j介绍

1、图数据库介绍

1.1 简介

随着社交、电商、金融、零售、物联网等行业的快速发展，现实社会织起了了一张庞大而复杂的关系网，传统数据库很难处理关系运算。大数据行业需要处理的数据之间的关系随数据量呈几何级数增长，急需一种支持海量复杂数据关系运算的数据库，图数据库应运而生

图数据库是基于图论实现的一种NoSQL数据库，其数据存储结构和数据查询方式都是以图论为基础的，图数据库主要用于存储更多的连接数据。

1.2 对比关系型数据库

关系型数据库（RDBMS） 图数据库
表 图
行 节点
列和数据 属性和数据
约束 关系

1.3 对比其他NoSQL数据库

分类 数据模型 优势 劣势 举例
键值数据库 哈希表 查找速度快 数据无结构化，通常只被当作字符串或者二进制数据 Redis
列存储数据库 列式数据存储 查找速度快；支持分布横向扩展；数据压缩率高 功能相对受限 HBase
文档型数据库 键值对扩展 数据结构要求不严格；表结构可变；不需要预先定义表结构 查询性能不高，缺乏统一的查询语法 MongoDB
图数据库 节点和关系组成的图 利用图结构相关算法(最短路径、节点度关系查找等) 可能需要对整个图做计算，不利于图数据分布存储 Neo4j、 JanusGraph

2、Neo4j简介

Neo4j是一个开源的NoSQL图形数据库，2003 年开始开发，使用 scala和java 语言，2007年开始发布。是世界上最先进的图数据库之一，提供原生的图数据存储，检索和处理；采用属性图模型（Property graph model），极大的完善和丰富图数据模型；专属查询语言 Cypher，直观，高效；官网：https://neo4j.com/

Neo4j的特性

  • SQL就像简单的查询语言Neo4j CQL

  • 遵循属性图数据模型

  • 通过使用Apache Lucence支持索引

  • 支持UNIQUE约束

  • 包含一个用于执行CQL命令的UI：Neo4j数据浏览器

  • 支持完整的ACID（原子性，一致性，隔离性和持久性）规则

  • 采用原生图形库与本地GPE（图形处理引擎）

  • 支持查询的数据导出到JSON和XLS格式

  • 提供了REST API，可以被任何编程语言（如Java，Spring，Scala等）访问

  • 提供了可以通过任何UI MVC框架（如Node JS）访问的Java脚本

  • 支持两种Java API：Cypher API和Native Java API来开发Java应用程序

Neo4j的优点

  • 很容易表示连接的数据

  • 检索/遍历/导航更多的连接数据是非常容易和快速的

  • 非常容易地表示半结构化数据

  • Neo4j CQL查询语言命令是人性化的可读格式，非常容易学习

  • 使用简单而强大的数据模型

  • 不需要复杂的连接来检索连接的/相关的数据，因为它很容易检索它的相邻节点或关系细节没有连接或索引

3、Neo4j构建元素

3.1 节点

节点（Node)是图数据库中的一个基本元素，用来表示一个实体记录，就像关系数据库中的一条记录一样。在Neo4j中节点可以包含多个属性(Property)和多个标签(Label)。

  • 节点是主要的数据元素

  • 节点通过关系连接到其他节点

  • 节点可以具有一个或多个属性（即，存储为键/值对的属性）

  • 节点有一个或多个标签，用于描述其在图表中的作用

3.2 属性

属性（Property）是用于描述图节点和关系的键值对。其中Key是一个字符串，值可以通过使用任何Neo4j数据类型来表示

  • 属性是命名值，其中名称（或键）是字符串

  • 属性可以被索引和约束

  • 可以从多个属性创建复合索引

3.3 关系

关系（Relationship）同样是图数据库的基本元素。当数据库中已经存在节点后，需要将节点连接起来构成图。关系就是用来连接两个节点，关系也称为图论的边(Edge) ,其始端和末端都必须是节点，关系不能指向空也不能从空发起。关系和节点一样可以包含多个属性，但关系只能有一个类型(Type) 。

  • 关系连接两个节点

  • 关系是方向性的

  • 节点可以有多个甚至递归的关系

  • 关系可以有一个或多个属性（即存储为键/值对的属性）

基于方向性，Neo4j关系被分为两种主要类型：

  • 单向关系

  • 双向关系

3.4 标签

标签（Label）将一个公共名称与一组节点或关系相关联， 节点或关系可以包含一个或多个标签。 我们可以为现有节点或关系创建新标签， 我们可以从现有节点或关系中删除标签。标签用于将节点分组

  • 一个节点可以具有多个标签

  • 对标签进行索引以加速在图中查找节点

  • 本机标签索引针对速度进行了优化

4、使用场景

  • 欺诈检测

  • 实时推荐引擎

  • 知识图谱

  • 反洗钱

  • 主数据管理

  • 供应链管理

  • 增强网络和IT运营管理能力

  • 数据谱系

  • 身份和访问管理

  • 材料清单

  • 社交网络

二、Neo4j环境安装

1、直接安装Neo4j Server

下载地址：https://neo4j.com/download-center/
注意最新版4.x对应的是jdk11，jdk8的可以安装3.x，这里使用社区版(free)；另外推荐安装desktop版本

下载完成后解压到新目录，注意不要有中文

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# 将Neo4j作为控制台应用程序运行
<NEO4J_HOME>\bin\neo4j console
# 将Neo4j作为服务使用进行安装
<NEO4J_HOME>\bin\neo4j install-service

#console: 直接启动 neo4j 服务器
#install-service | uninstall-service | update-service ： 安装/卸载/更新 neo4j 服务start/stop/restart/status: 启动/停止/重启/状态
#-V 输出更多信息

浏览器中访问http://localhost:7474。使用用户名neo4j和默认密码neo4j进行连接，然后会提示更改密码。Neo4j Browser是开发人员用来探索Neo4j数据库、执行Cypher查询并以表格或图形形式查看结果的工具。

2、docker安装Neo4j Server

首先要注意端口的暴露

  • HTTP：7474

  • HTTPS：7473

  • Bolt：7687

普通docker部署

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docker run -d --name container_name \  //-d表示容器后台运行 --name指定容器名字
  -p 7474:7474 -p 7687:7687 \  //映射容器的端口号到宿主机的端口号
  -v /home/neo4j/data:/data \  //把容器内的数据目录挂载到宿主机的对应目录下
  -v /home/neo4j/logs:/logs \  //挂载日志目录
  -v /home/neo4j/conf:/var/lib/neo4j/conf   //挂载配置目录
  -v /home/neo4j/import:/var/lib/neo4j/import \  //挂载数据导入目录
  --env NEO4J_AUTH=neo4j/password \  //设定数据库的名字的访问密码
  neo4j //指定使用的镜像

docker-compose启动

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version: '3'

services:
  neo4j:
    container_name: neo4j
    image: neo4j:4.4.6-community
    ports:
      - '7474:7474'
      - '7687:7687'
    restart: always
    volumes:
      - ./data:/var/lib/neo4j/data
      - ./logs:/var/lib/neo4j/logs
      - ./conf:/var/lib/neo4j/conf
      - ./mnt:/var/lib/neo4j/import
    logging:
      driver: "json-file"
      options:
        max-size: "50M"
        max-file: "10"
    environment:
      - NEO4J_AUTH=neo4j/123456

三、Neo4j - CQL使用

1、CQL简介

常用命令：https://neo4j.com/docs/cypher-manual/current/clauses/

Neo4j的Cypher语言是为处理图形数据而构建的，CQL代表Cypher查询语言。像Oracle数据库具有查询语言SQL，Neo4j具有CQL作为查询语言

  • 是Neo4j图形数据库的查询语言

  • 是一种声明性模式匹配语言

  • 遵循SQL语法

  • 语法是非常简单且人性化、可读的格式

CQL命令 作用
CREATE 创建节点，关系和属性
MATCH 检索有关节点，关系和属性数据
RETURN 返回查询结果
WHERE 提供条件过滤检索数据
DELETE 删除节点和关系
REMOVE 删除节点和关系的属性
ORDER BY 排序检索数据
SET 添加或更新标签

2、CQL常用命令

首先初始化一个库

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create (老九门:teleplay {name:'老九门',author:"南派三叔",bron:2016})
create (盗墓笔记:teleplay {name:'盗墓笔记',author:"南派三叔",bron:2016})
CREATE (张启山:person {name:'张启山',actor:'陈伟霆',level:'上三门'})
CREATE (二月红:person {name:'二月红',actor:'张艺兴',level:'上三门'})
CREATE (半截李:person {name:'半截李',actor:'李乃文',level:'上三门'})
CREATE (陈皮阿四:person {name:'陈皮阿四',actor:'胡耘豪',level:'平三门'})
CREATE (吴老狗:person {name:'吴老狗',actor:'张鲁一',level:'平三门'})
CREATE (黑背老六:person {name:'黑背老六',actor:'李宗翰',level:'平三门'})
CREATE (解九爷:person {name:'解九爷',actor:'杨紫茳',level:'下三门'})
CREATE (霍锦惜:person {name:'霍锦惜',actor:'王美人',level:'下三门'})
CREATE (齐铁嘴:person {name:'齐铁嘴',actor:'应昊茗',level:'下三门'})
CREATE (尹新月:person {name:'尹新月',actor:'赵丽颖'})
CREATE (张副官:person {name:'张副官',actor:'张铭恩'})
CREATE (丫头:person {name:'丫头',actor:'袁冰妍'})
CREATE (李四地:person {name:'李四地',actor:'吴懿涛'})
CREATE (陈文锦:person {name:'陈文锦',actor:'陶珞依'})
CREATE (陈皮奶奶:person {name:'陈皮奶奶',actor:'童晓梅'})
CREATE (吴一穷:person {name:'吴一穷'})
CREATE (吴二白:person {name:'吴二白',actor:'王劲松'})
CREATE (吴三省:person {name:'吴三省',actor:'张智尧'})
CREATE (解连环:person {name:'解连环',actor:'姚奕辰'})
CREATE (霍仙姑:person {name:'霍仙姑',actor:'刘雪华'})
CREATE (齐羽:person {name:'齐羽'})
CREATE (张起灵:person {name:'张起灵',actor:'杨洋'})
CREATE (吴邪:person {name:'吴邪',actor:'李易峰'})
CREATE (解雨臣:person {name:'解雨臣',actor:'乔振宇'})
CREATE (霍玲:person {name:'霍玲',actor:'洛晨舒'})
CREATE (王胖子:person {name:'王胖子',actor:'刘天佐'})
CREATE (霍秀秀:person {name:'霍秀秀',actor:'刘若嫣'})
CREATE 
(老九门)-[:角色]->(张启山),
(老九门)-[:角色]->(二月红),
(老九门)-[:角色]->(半截李),
(老九门)-[:角色]->(陈皮阿四),
(老九门)-[:角色]->(吴老狗),
(老九门)-[:角色]->(黑背老六),
(老九门)-[:角色]->(解九爷),
(老九门)-[:角色]->(霍锦惜),
(老九门)-[:角色]->(齐铁嘴),
(老九门)-[:角色]->(尹新月),
(老九门)-[:角色]->(张副官),
(老九门)-[:角色]->(丫头),
(老九门)-[:角色]->(陈皮奶奶),
(盗墓笔记)-[:角色]->(吴邪),
(盗墓笔记)-[:角色]->(解雨臣),
(盗墓笔记)-[:角色]->(张起灵),
(盗墓笔记)-[:角色]->(王胖子),
(张启山)-[:患难之交]->(二月红),
(张启山)-[:夫妻]->(尹新月),
(张副官)-[:副官]->(张启山),
(张启山)-[:张氏家族]->(张起灵),
(二月红)-[:夫妻]->(丫头),
(二月红)-[:师父]->(陈皮阿四),
(半截李)-[:未知]->(李四地),
(陈皮阿四)-[:未知]->(陈文锦),
(吴老狗)-[:父子]->(吴一穷),
(吴老狗)-[:父子]->(吴二白),
(吴老狗)-[:父子]->(吴三省),
(吴一穷)-[:父子]->(吴邪),
(吴三省)-[:情人]->(陈文锦),
(吴老狗)-[:媒人]->(解九爷),
(解九爷)-[:父子]->(解连环),
(解连环)-[:养父子]->(解雨臣),
(二月红)-[:师父]->(解雨臣),
(霍锦惜)-[:单恋]->(二月红),
(霍锦惜)-[:姨侄]->(霍仙姑),
(霍仙姑)-[:母女]->(霍玲),
(霍玲)-[:姑侄]->(霍秀秀),
(霍仙姑)-[:老情人]->(吴老狗),
(吴邪)-[:铁三角]->(张起灵),
(吴邪)-[:铁三角]->(王胖子),
(张起灵)-[:铁三角]->(吴邪),
(张起灵)-[:铁三角]->(王胖子),
(王胖子)-[:铁三角]->(张起灵),
(王胖子)-[:铁三角]->(吴邪),
(齐铁嘴)-[:未知]->(齐羽),
(陈皮阿四)-[:孙子]->(陈皮奶奶)

当然也可以文件导入，

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#将csv拷贝到 %NEO4J_HOME%\import目录
load csv from 'file:///test.csv' as line
create (:test {name:line[0],tail:line[1],label:line[3]})

2.1 CREATE创建

create语句是创建模型语句，用来创建数据模型，类似于数据库insert

创建节点

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#创建简单节点
create (n);
#创建多个节点
create (n),(m);
#创建带标签和属性的节点并返回节点
create (n:teleplay {name:'老九门del',bron:2016}) return n;

创建关系

Neo4j关系被分为两种主要类型

  • 单向关系

  • 双向关系

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#使用新节点创建关系并展示关系
CREATE (n:person {name:'二月红del'})-[r:患难之交]->(m:person {name:'张启山del'}) RETURN n,r,m
#使用已知节点创建带属性的关系
MATCH (n:person {name:'张启山del'}),(m:person{name:'二月红del'}) CREATE (n)-[r:患难之交{relation:'铁哥们'}]->(m) RETURN n,r,m;
#检索关系节点的详细信息
CREATE (n:person)-[r]-(m:person) RETURN n,m
#Merge的用处就是如果已经创建了就不会重复在创建
MERGE (n:person)-[r]-(m:person) RETURN n,m

创建全路径

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CREATE p=(:person{name:'尹新月del'})-[:夫妻]->(:person{name:'张启山del'})<-[:副官]-(:person {name:'张副官del'}) RETURN p

2.2 MATCH查询

  • 从数据库获取有关节点和属性的数据

  • 从数据库获取有关节点，关系和属性的数据类似于数据库select

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# 分页查询25个节点
MATCH (n) RETURN n LIMIT 25
# 查询上三门人物
MATCH (n:person{level:"上三门"}) RETURN n
#或者
MATCH (m{level:"上三门"}) RETURN m
#或者
MATCH (m:person) where m.level="上三门"  RETURN m
# 查询张启山的关系网
match (n)-[*]->(m:person{name:"张启山"})-[*]->(l) return n,m,l

2.3 RETURN返回

  • 检索节点的某些属性

  • 检索节点的所有属性

  • 检索节点和关联关系的某些属性

  • 检索节点和关联关系的所有属性

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# 查询患难之交
match (n)-[r:患难之交]->(m) return n,r,m
# 查询盗墓笔记作者及角色
match (n:teleplay{name:"盗墓笔记"})-[r:角色]->(m) return n.author,m.name

2.4 DELETE删除

  • 删除节点

  • 删除节点及相关节点和关系

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# 删除节点 （前提：节点不存在关系）
MATCH (n:teleplay{name:"老九门del"}) delete n
# 删除关系
MATCH (n:person{name:"二月红del"})<-[r]-(m) delete r return type(r)

2.5 REMOVE删除

  • 删除节点或关系的标签

  • 删除节点或关系的属性

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#删除属性
MATCH (n:person {name:"张副官del"}) remove n.name return n
#创建节点
CREATE (m:role:person {name:"二月红del"})
#删除标签
match (m:role:person {name:"二月红del"}) remove m:person return m
#清空库
match (n) OPTIONAL MATCH (n)-[r]-() delete n, r

2.6 SET子句

  • 向现有节点或关系添加新属性

  • 添加或更新属性值

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# 添加或改变张启山del年龄为26
MATCH (n:person {name:"张启山del"}) set n.age=26 return n

2.7 ORDER BY排序

ORDER BY命令用于对MATCH查询返回的结果进行排序。可以按升序或降序对行进行排序。默认情况下为升序对行进行排序， 如果要按降序对结果进行排序，需要使用DESC子句

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# 按id降序
MATCH (n:person) RETURN id(n),n.name order by id(n) desc

2.8 UNION子句

与SQL一样，Neo4j CQL有两个子句，将两个不同的结果合并成一组结果

  • UNION：将两组结果中的公共行组合并返回到一组结果中。 它不从两个节点返回重复的行
    限制：结果列类型和来自两组结果的名称必须匹配，这意味着列名称应该相同，列的数据类型应该相同

  • UNION ALL：它结合并返回两个结果集的所有行成一个单一的结果集。它还返回由两个节点重复行
    限制：结果列类型，并从两个结果集的名字必须匹配，这意味着列名称应该是相同的，列的数据类型应该是相同的

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# UNION
MATCH (n:role) RETURN n.name as name UNION MATCH (m:person) RETURN m.name as name

# UNION ALL
MATCH (n:role) RETURN n.name as name UNION all MATCH (m:person) RETURN m.name as name

2.9 LIMIT和SKIP子句

CQL提供LIMIT子句和SKIP来过滤或限制查询返回的行数

  • LIMIT：返回前几行

  • SKIP：忽略前几行

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# 返回前10行
MATCH (n:person) RETURN n LIMIT 10
# 忽略前5行
MATCH (n:person) RETURN n SKIP 5

2.10 NULL值

Neo4j CQL将空值视为对节点或关系的属性的缺失值或未定义值，当创建一个具有现有节点标签名称但未指定其属性值的节点时，它将创建一个具有NULL属性值的新节点

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match (n:person) where n.name is null return id(n),n.name

2.11 IN操作符

IN用于提供值的集合，类似于SQL中的in

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match (n:person) where n.name in['张启山','二月红'] return id(n),n.name

2.12 INDEX索引

Neo4j SQL支持节点或关系属性上的索引，以提高应用程序的性能。可以为具有相同标签名称的所有节点的属性创建索引，然后在MATCH或WHERE或IN运算符上使用这些索引列来改进CQL命令的执行

索引操作：

  • CREATE INDEX创建索引

  • DROP INDEX丢弃索引

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# 创建索引
create index on :person (name)
# 删除索引
drop index on :person (name)

2.13 UNIQUE约束

UNIQUE约束的作用：

  • 避免重复记录（唯一约束）

  • 强制执行数据完整性规则

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#创建唯一约束
create constraint on (n:teleplay) assert n.name is unique
#删除唯一约束
drop constraint on (n:teleplay) assert n.name is unique

2.14 DISTINCT

像SQL中的distinct关键字，返回的是所有不同值

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match (n:person) return distinct(n.name)

3、常用函数

函数 作用
String 字符串 用于使用String字面量
Aggregation 聚合 用于对CQL查询结果执行一些聚合操作
Relationship 关系 用于获取关系的细节，如startnode，endnode等

字符串函数

函数 作用
UPPER 用于将所有字母更改为大写字母
LOWER 用于将所有字母改为小写字母
SUBSTRING 用于获取给定String的子字符串
REPLACE 用于替换一个字符串的子字符串

MATCH (n) RETURN id(n),n.name,substring(n.name,0,2)

AGGREGATION聚合

在RETURN子句中使用的聚合函数，类似于SQL中的GROUP BY子句。可以使用MATCH命令中的RETURN + 聚合函数来处理一组节点并返回一些聚合值

函数 作用
COUNT 返回由MATCH命令返回的行数
MAX 从MATCH命令返回的一组行返回最大值
MIN 返回由MATCH命令返回的一组行的最小值
SUM 返回由MATCH命令返回的所有行的求和值
AVG 返回由MATCH命令返回的所有行的平均值

MATCH (n) RETURN count(n)

关系函数

在获取开始节点，结束节点等细节时知道关系的细节

函数 作用
STARTNODE 用于知道关系的开始节点
ENDNODE 用于知道关系的结束节点
ID 用于知道关系的ID
TYPE 用于知道字符串表示中的一个关系的TYPE

match (m)-[r] ->(n) return id(r),type(r)

4、neo4j-admin使用(对于直接安装server使用)

数据库备份

对Neo4j数据进行备份、还原、迁移的操作时，要关闭neo4j

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#关闭 neo4j
neo4j stop
#备份  graph.db为备份数据库，d:/graph_backup.dump为备份地址
neo4j-admin dump --database=graph.db --to=d:/graph_backup.dump

数据库恢复

对Neo4j进行还原、迁移之前，要关闭neo4j服务

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#数据导入
neo4j-admin load --from=d:/graph_backup.dump --database=graph.db --force
#重启服务
neo4j start

5、利用CQL构建明星关系图谱

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#导入明星数据
load csv from 'file:///明星1.csv' as line create (:star {num:line[0],name:line[1]})
load csv from 'file:///明星关系数据1.csv' as line create (:starRelation
{from:line[0],subject:line[1],to:line[2],object:line[3],relation:line[4]})

#查询明星关系
match (n:star),(m:starRelation),(s:star) where n.name='刘烨' and m.subject='刘烨' and s.name=m.object
return n.name,m.relation,s.name

# 创建关系 构建明星关系图谱
match (n:star),(m:starRelation),(s:star) where n.name='刘烨' and m.subject='刘烨' and s.name=m.object
create (n)-[r:关系{relation:m.relation}]->(s) return n.name,m.relation,s.name

#查看明星关系
MATCH p=(n:star{name:'刘烨'})-[r:`关系`]->() RETURN p

四、SpringBoot整合Neo4j

1、环境与相关配置

neo4j官网
Spring Data Neo4j

首先添加依赖，这里我的springboot版本是2.6.x，Neo4j版本为6.x，不同版本之间差距很大

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<dependency>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-starter-data-neo4j</artifactId>
</dependency>
<dependency>
    <groupId>org.projectlombok</groupId>
    <artifactId>lombok</artifactId>
    <version>1.18.8</version>
</dependency>

application.yml配置

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spring:
  neo4j:
    uri: bolt://localhost:7687
    authentication:
      username: neo4j
      password: 123456

2、整合Neo4j测试

首先创建Person类

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@Data
@Node(labels = "person")
public class Person {

    @Id
    @GeneratedValue
    private Long id;
    @Property("name")
    private String name;
    @Property
    private String actor;
    @Property
    private String level;
    
    /**
     * type可以修改，这个可以形成关系，这里我们用另一种方法
     */
//    @Relationship(type = "角色",direction = Relationship.Direction.OUTGOING)
//    private Person start;
//    @Relationship(type = "角色",direction = Relationship.Direction.INCOMING)
//    private Person end;

}

创建PersonRepository接口，继承Neo4jRepository接口后里面实现了很多常用方法，类似与MYSQL，这里我们也可以自定义CQL进行编写

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@Repository
public interface PersonRepository extends Neo4jRepository<Person,Long> {

    @Query("Match (n:person {name:$from}),(m:person {name:$to}) " +
            "create (n)-[:西游人物 {relation:$relation}]->(m)")
    void createRelation(String from,String relation,String to);

    @Query("match (n:person{name:$name}) return n")
    Person selectPerson(@Param("name")String name);
}

创建测试类

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@Test
void contextLoads() {

    Person person1 = new Person();
    person1.setName("shawn");
    person1.setLevel("玉天大帝");

    Person person2 = new Person();
    person2.setName("leo");
    person2.setLevel("土地爷");

//        person1.setStart(person2);
    personRepository.save(person1);

    personRepository.createRelation("shawn","妻子","leo");

    Person person = personRepository.selectPerson("shawn");
    System.out.println(person);

}
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本文作者： Shawn
发布时间： 2022-06-28
最后更新： 2022-07-11
本文标题： Neo4j图数据库入门笔记
本文链接： https://blog.shawncoding.top/posts/c22ab4c6.html
版权声明： 本作品采用 CC BY-NC-SA 4.0 许可协议进行许可。转载请注明出处！
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    缺失模块。
    1、请确保node版本大于6.2
    2、在博客根目录（注意不是yilia根目录）执行以下命令：
    npm i hexo-generator-json-content --save

    3、在根目录_config.yml里添加配置： 

      jsonContent:
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<br/><br/><br/>心怀天下<br/>只认真生活<br/>自信微笑面对未来