Multi-Perspective Evaluation of Relational and Graph Databases

How to store data is an enduring topic in the computer science field, and traditional relational databases have done this well and are still widely used today. However, with the growth of non-relational data and the challenges in the big data era, a series of NoSQL databases have come into view. Thus, comparing, evaluating, and choosing a better database has become a worthy topic of research. In this thesis, an experiment that can store the same data set and execute the same tasks or workload on the relational, graph and multi-model databases is designed. The investigation proposes how to adapt relational data, tables on a graph database and, conversely, store graph data on a relational database. Similarly, the tasks performed are unified across query languages. We conducted exhaustive experiments to compare and report the performance of the three databases. In addition, we propose a workload classification method to analyze the performance of the databases and compare multiple aspects of the database from an end-user perspective. We have selected PostgreSQL, ArangoDB, Neo4j as representatives. The comparison in terms of task execution time does not have any database that completely wins. The results show that relational databases have performance advantages for tasks such as data import, but the execution of multi-table join tasks is slow and graph algorithm support is lacking. The multi-model databases have impressive support for simultaneous storage of multiple data formats and unified language queries, but the performance is not outstanding. The graph database has strong graph algorithm support and intuitive support for graph query language, but it is also important to consider whether the format and interrelationships of the original data, etc. can be well converted into graph format

Regular Path Query Evaluation on Streaming Graphs

We study persistent query evaluation over streaming graphs, which is becoming increasingly important. We focus on navigational queries that determine if there exists a path between two entities that satisfies a user-specified constraint. We adopt the Regular Path Query (RPQ) model that specifies navigational patterns with labeled constraints. We propose deterministic algorithms to efficiently evaluate persistent RPQs under both arbitrary and simple path semantics in a uniform manner. Experimental analysis on real and synthetic streaming graphs shows that the proposed algorithms can process up to tens of thousands of edges per second and efficiently answer RPQs that are commonly used in real-world workloads.Comment: A shorter version of this paper has been accepted for publication in 2020 International Conference on Management of Data (SIGMOD 2020

Graafitietokantojen sovelluksia: systemaattinen kirjallisuuskatsaus

Tässä työssä kartoitetaan akateemisessa tutkimuksessa esiintyviä graafitietokantoja, niiden sovellusaloja sekä niihin liitettyjä hyötyjä ja haittoja. Tutkimusmenetelmänä on systemaattinen kirjallisuuskatsaus, jossa tunnistettiin 111 kriteerit täyttävää artikkelia vuosilta 2017–2021. Artikkeleja analysoitiin sisällönanalyysin keinoin. Graafitietokantojen sovellusaloja tunnistettiin 25. Sovellusaloilla tieto on tyypillisesti mallinnettavissa kompleksisina verkkoina. Yleisimpiä aloja olivat bioinformatiikka, sosiaaliset verkostot, tietoverkot ja geografinen tieto. Yksittäisistä graafitietokannoista ylivoimaisesti käytetyin oli Neo4j: se oli käytössä valtaosassa artikkelien sovelluksista. Muut graafitietokannat olivat edustettuna vähäisessä määrin aineistossa. Graafitietokantojen käytölle tunnistettiin kymmenen hyötyä. Yleisimmin mainitut hyödyt olivat graafikyselyiden ja algoritmien hyödyntäminen sekä graafitietokantojen soveltuvuus verkottuneelle datalle. Näiden jälkeen yleisimpinä hyötyinä tulivat selitysvoima erilaisissa analyyseissa, suorituskyky, visualisointiominaisuudet, tietokantakaavion joustavuus ja graafitietomallin ymmärrettävyys. Eri haittoja puolestaan tunnistettiin yhdeksän: haittoja mainittiin kuitenkin ylipäänsä huomattavasti hyötyjä harvemmin. Yleisimmin mainitut haitat olivat suorituskyky ja graafitietokantojen opettelu: molemmat oli mainittu kohtalaisen usein myös hyötynä. Tätä voi selittää sillä, että graafitietokantojen suorituskyvyssä on eroja eri sovellusten välillä: graafitietokantojen ja -kyselykielten koettu vaikeustaso taas riippuu tutkijoiden näkemyksistä. Lisäksi harvemmin mainittuja haittoja olivat muun muassa graafitietokantojen soveltumattomuus tietynlaiselle datalle ja alempi kypsyysaste verrattuna relaatiotietokantoihin