CN111314440B - 图结构数据上的环检测方法及系统 - Google Patents

图结构数据上的环检测方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种图结构数据上的环检测方法及系统，包括：代理服务器接收来自多个客户端的环检测请求；代理服务器根据环检测请求的时间戳，将接收的环检测请求进行批次划分；代理服务器向各服务器发送当前批次的图更新信息；服务器将接收到的当前批次的图更新信息按时间戳以日志结构保存在本地；代理服务器将当前批次的环检测请求分发给各服务器；服务器根据环检测请求进行环检测，在环检测过程中同时读取图存储以及日志结构中的图更新信息；服务器执行完当前批的所有环检测请求，按照日志结构中的图更新信息更新本地图数据。本发明能够进行高并发的批量处理，显著地提升了环检测系统的整体性能。

Description

图结构数据上的环检测方法及系统
技术领域
本发明涉及图查询领域，具体地，涉及一种图结构数据上的高效环检测方法及系统
背景技术
随着信息技术的飞速发展，各类海量数据的产生使我们急需合适的系统来存储和使用它们。目前，传统的关系型数据库早已满足不了我们的需求，而图结构作为一种可以表示实体间复杂关系的数据结构正在逐渐进入人们的视野。一个典型的图数据库中含有上千万个点以及上亿条边。于此同时，在很多的应用场景下，图数据又会因数据的流入而不断地被更新。比如说在电子交易平台上，一个新的商品，一个新的用户乃至一个新的订单都会使得图数据的结构发生变化。
从另一方面来说，不同场景下的实时数据更新又会对图结构系统在流数据的处理上提出不同的要求，而在这之中最为常见也是最为重要的一个要求就是实时的环检测。在大批量的流数据对图数据进行更新的过程中，对于每一条数据更新，环检测都要去判断这一更新是否会在图数据上产生环。这一检测行为的现实意义之一在于可以对潜在的欺诈行为进行检测，从而及时地应对它们。例如在电子交易平台上，刷单一直是一个普遍且令人头疼的欺诈行为。刷单时，店主往往会向某个虚假账户转入资金，并使用这些转入的资金以虚假账户的名义购买自己店铺的商品以获得虚假的销量。更进一步的，为了掩人耳目，店主可能会注册多个虚假账户将资金进行多次的周转后才进行刷单操作。然而不管如何进行操作，刷单行为最终伴随着资金流从店主手中流出并最终回到店主手中而在图数据上形成一个回路，而只要定位到这最终生成环的资金流动，我们就可以及时的定位并处理这一欺诈行为。
环检测相对于其他的流数据应用来说，最为显著的一个特征就是它对一致性的要求特别高：时间戳在后面的请求必须要等待时间戳在前面的请求完成对图数据的更新后才能开始被处理。否则，检测过程中会因为读取到较陈旧版本的图数据信息而遗漏某一些环的存在。
当前虽然存在一些经过优化的环检测算法，这些算法的存在可以使得单个环检测行为在较低的延迟内完成。但是实时的环检测行为由于其自身的一致性要求而难以被批量处理。因此当前的环检测系统都只能在前一条请求检测完成后才能对下一条请求进行检测。然而仅仅通过降低延迟来提升吞吐所达到的收益是远远不够的。
因此如何发明一种图结构数据上的高效环检测方法，在保证环检测一致性的同时，进行高并发的批量环检测，从而提升环检测的整体性能，已成为当前图领域的一个技术难题。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种图结构数据上的环检测方法及系统。
根据本发明提供的一种图结构数据上的环检测方法，包括：
请求获取步骤：代理服务器接收来自多个客户端的环检测请求；
分批步骤：代理服务器根据环检测请求的时间戳，将接收的环检测请求进行批次划分；
信息发送步骤：代理服务器向各服务器发送当前批次的图更新信息；
信息保存步骤：服务器将接收到的当前批次的图更新信息按时间戳以日志结构保存在本地；
请求分发步骤：代理服务器将当前批次的环检测请求分发给各服务器；
环检测步骤：服务器根据环检测请求进行环检测，在环检测过程中同时读取图存储以及日志结构中的图更新信息；
更新步骤：服务器执行完当前批的所有环检测请求，按照日志结构中的图更新信息更新本地图数据。
优选地，所述服务器在提供服务前将图数据集加载到内存中，代理服务器能够与客户端与服务器分别建立网络通信。
优选地，所述请求获取步骤还包括：
代理服务器从多个客户端获取环检测请求，直至接收到的环检测请求数量达到第一给定阈值或者接收时间达到第二给定阈值。
优选地，代理服务器将所述接收时间在同一阈值时间内的环检测请求划分在同一批次。
优选地，所述信息发送步骤包括：
代理服务器向所有正在提供服务的服务器发送当前批次的图更新信息。
优选地，所述信息保存步骤包括：
服务器将接收到的当前批次的图更新信息按时间戳顺序以日志结构保存在本地内存中，同时保留时间戳信息，供接下来的查询以及图数据更新使用；
服务器等待从代理服务器发来的当前批次的环检测请求。
优选地，所述请求分发步骤包括：
代理服务器将当前批次内的环检测请求以轮询的方式均匀地分发给各台服务器。
优选地，所述环检测步骤包括：
服务器根据环检测请求中的边更新信息生成相应的SPARQL查询，该SPARQL查询能在图数据上找到限定步数内的以边的终点为起点，以边的起点为终点的路径，该路径表明，当环检测请求中的边被更新至图数据中时，图数据会产生一个新的环；
服务器执行生成的SPARQL查询，在服务器执行SPARQL查询时，不仅读取本地的图数据，还读取在日志结构中存储的等待更新的数据中时间戳小于自身的数据；
服务器得到SPARQL查询的结果，并在查询得到的路径上加入请求中的边，得到完整的环；
服务器将环检测结果发送给代理服务器；
代理服务器将环检测结果发送给目标客户端。
优选地，所述更新步骤包括：
服务器接收到从代理服务器发送来的下一批次的图更新信息，表明当前批次所有环检测请求均已完成，服务器将当前批次的图更新信息更新入本地图数据，进入信息保存步骤；否则，表明当前批次请求还未完成，返回环检测步骤。
根据本发明提供的一种图结构数据上的环检测系统，包括：
请求获取模块：代理服务器接收来自多个客户端的环检测请求；
分批模块：代理服务器根据环检测请求的时间戳，将接收的环检测请求进行批次划分；
信息发送模块：代理服务器向各服务器发送当前批次的图更新信息；
信息保存模块：服务器将接收到的当前批次的图更新信息按时间戳以日志结构保存在本地；
请求分发模块：代理服务器将当前批次的环检测请求分发给各服务器；
环检测模块：服务器根据环检测请求进行环检测，在环检测过程中同时读取图存储以及日志结构中的图更新信息；
更新模块：服务器执行完当前批的所有环检测请求，按照日志结构中的图更新信息更新本地图数据。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明提出的一种图结构数据上的高效环检测方法及系统，通过使用代理服务器统一收集从客户端发来的环检测请求，然后平均分发给服务器的方法。保证了服务器间请求数量的平衡，解决了服务器间负载不均衡的问题。
本发明提出的一种图结构数据上的高效环检测方法及系统，通过使用代理服务器分配多个环检测请求到同一个小批中，并令小批内的环检测请求同时在多台服务器上并发处理。极大地提升了环检测行为的效率。
本发明提出的一种图结构数据上的高效环检测方法及系统，通过使用代理服务器对环检测请求进行预处理，提取当前小批的图更新信息与对应的时间戳信息并分发给各台服务器。解决了不同服务器之间需要相互通信得知全局更新的问题，降低了服务器间通信的开销。
本发明提出的一种图结构数据上的高效环检测方法及系统，通过使用日志结构存储当前小批请求的图更新信息以及时间戳信息，并在查询时同时读取图存储以及带时间戳的日志结构图更新信息，保证了每一个请求都读取到自己应该读取的正确版本信息，从而在高并发的条件下继续保证了环检测行为的一致性。
本发明提出的一种图结构数据上的高效环检测方法及系统，通过在查询前事先将该小批的图更新以及它的时间戳一起写入日志结构而非直接写入图存储，并等待该小批查询全部完成后移除时间戳信息并更新入图存储。避免了图存储为了保证环检测一致性而需要存储时间戳的问题，降低了图存储的内存占用开销。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明的工作流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1所示，本发明提供的一种图结构数据上的高效环检测方法，包括如下步骤：
步骤1：多个客户端向代理服务器发送环检测请求(该请求会为图数据增加一条边并要求服务器检测该边的加入是否会引发图数据产生环)，代理服务器接受环检测请求。
步骤2:代理服务器根据请求的时间戳将收到的请求动态地分为一个个小批。
步骤3:代理服务器向各台服务器发送当前小批的图更新信息，服务器接收图更新信息。
步骤4:服务器将当前小批的图更新信息按时间戳顺序以日志结构保存在本地，并等待当前小批的环检测请求。
步骤5:代理服务器将该小批内的环检测请求均匀地分发给各台服务器，服务器接收环检测请求。
步骤6:服务器对请求进行环检测，在环检测过程中同时读取图存储以及日志结构中的图更新信息。
步骤7:服务器执行完当前小批的所有环检测请求，按照日志结构中的图更新信息更新本地图数据。
所述步骤1包括：
步骤1.1：服务器在提供服务之前会将图数据集加载到内存中，在我们的场景下，会有多台服务器同时被启动并提供服务。一般的，数据将被划分并分配给每一台服务器。数据的划分是按照哈希的方法进行的，因此划分的结果并不完全平均。
步骤1.2：在服务器能够处理请求之前，代理服务器也将会被启动。代理服务器会充当客户端与服务器之间通信的桥梁。因此代理服务器需要能够同时与客户端以及服务器建立网络通信，包括但不限于TCP和RDMA网络连接。客户端的环检测请求会经由代理服务器进一步包装处理后发送给服务器。而服务器得到的环检测结果也会经由代理服务器发送至目标客户端。
所述步骤2包括：代理服务器会不断地从各个客户端收取环检测请求，直至接收到的请求数量达到事先给定的阈值或者当前时间与上一个小批的形成时间之间的间隔达到给定阈值。在这之后服务器会将这段时间所接收到的所有请求全部划分入一个小批中，并按他们的时间戳进行排序。需要注意的是，在这期间，代理服务器不会停止从客户端接收环检测请求，也不会停止从服务器端接收环检测请求的检测结果。
所述步骤3包括：代理服务器会向所有正在提供服务的服务器发送当前小批请求的图更新信息。正如之前所提到的，每一条环检测请求所表达的请求含义是向图数据库中加入一条边并检测该边的加入是否会使得图数据库中出现新的环。因此所发送的图更新信息即为每一个环检测请求中包含的一条边的更新与它所对应的时间戳信息的集合。服务器在代理服务器发送该信息后会接收到该更新信息。
所述步骤4包括:服务器接收到从代理服务器发送来的当前小批的图更新信息后。为了接下来环检测的查询性能，会首先将这些图更新信息按时间戳进行排序，然后保存在本地，供接下来的环检测查询读取以及最后更新图存储时使用。
所述步骤5包括:代理服务器将该小批内的请求按照轮询的方式均匀地分发给各台服务器。其中，代理服务器并不会将小批内的所有请求一次性地发送给服务器，而是一直维持有一定数量的请求正在被处理。即事先发送一定数量的请求出去，当接收到一条服务器返回的结果后，再发送一条新的请求出去。
所述步骤6包括:
步骤6.1:服务器接收到从代理服务器发来的环检测请求后，根据环检测请求所涉及到的边生成相应的SPARQL查询。我们只需要对SPARQL查询引擎进行一定的修改就可以令SPARQL查询引擎达到期望的环检测的效果。其中，因为过于长的环在实际场景下没有意义且它的检测会占用过长的检测时间，在环检测应用中，对于环的长度都会做出相应的限制。因此只要生成一条从该边的终点出发，查找给定跳数路径的SPARQL查询即可。在SPARQL查询的每一个pattern group结束时，我们令SPARQL查询引擎检测此时是否出现终点为该边起点的路径。一条这样的路径的存在即可表明当环检测请求中的边被更新至图数据中时，图数据上会产生一个新的环。当查询引擎找到这样一条路径后，可以选择继续进行查询，找到其他潜在的环，也可以直接停止查询，返回结果。
步骤6.2:服务器执行生成的SPARQL查询。其中，为了保证环检测的一致性，在服务器执行SPARQL查询时，读取的必须是这条环检测请求发生之前最新的图数据版本。也就是说，它必须要读取到所有时间戳小于它的更新且不能读取到任何时间戳大于它的更新。因此在查询的进行中，我们不仅需要自己读取本地的图数据，还要读取在日志结构中存储的等待更新的数据中时间戳小于自己的那部分数据。
步骤6.3:服务器查询完成后，在得到的查询路径上加入环检测请求中的那条边，即可得到完整的环信息。
步骤6.4:服务器将环检测结果发送给代理服务器，代理服务器接收环检测结果。
步骤6.5:代理服务器将环检测结果发送给目标客户端，目标客户端接收环检测结果。
所述步骤7包括:
步骤7.1:服务器检测当前小批环检测请求完成状态，若当前小批所有环检测请求均已完成，进入步骤7.2。否则，表明当前小批请求还未完成，进入步骤6。
步骤7.2:服务器将去除当前小批的图更新信息中的时间戳信息，将具体的更新写入本地数据后删去在本地存储的当前小批的日志结构信息。然后进入步骤4，进行下一小批的环检测工作。
综上所述，本发明提提出的图结构数据上的高效的环检测方法，通过聚合环检测请求，以日志结构暂存图更新，查询时读取混合图存储等技术在保证环检测请求一致性的同时使其能够进行高并发的批量处理，显著地提升了环检测系统的整体性能。
在上述一种图结构数据上的环检测方法的基础上，本发明还提供一种图结构数据上的环检测系统，包括：
请求获取模块：代理服务器接收来自多个客户端的环检测请求。
分批模块：代理服务器根据环检测请求的时间戳，将接收的环检测请求进行批次划分。
信息发送模块：代理服务器向各服务器发送当前批次的图更新信息。
信息保存模块：服务器将接收到的当前批次的图更新信息按时间戳以日志结构保存在本地。
请求分发模块：代理服务器将当前批次的环检测请求分发给各服务器。
环检测模块：服务器根据环检测请求进行环检测，在环检测过程中同时读取图存储以及日志结构中的图更新信息。
更新模块：服务器执行完当前批的所有环检测请求，按照日志结构中的图更新信息更新本地图数据。
本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同功能。所以，本发明提供的系统及其各项装置、模块、单元可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置、模块、单元也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的装置、模块、单元视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种图结构数据上的环检测方法，其特征在于，包括：
请求获取步骤：代理服务器接收来自多个客户端的环检测请求；
分批步骤：代理服务器根据环检测请求的时间戳，将接收的环检测请求进行批次划分；
信息发送步骤：代理服务器向各服务器发送当前批次的图更新信息；
信息保存步骤：服务器将接收到的当前批次的图更新信息按时间戳以日志结构保存在本地；
请求分发步骤：代理服务器将当前批次的环检测请求分发给各服务器；
环检测步骤：服务器根据环检测请求进行环检测，在环检测过程中同时读取图存储以及日志结构中的图更新信息；
更新步骤：服务器执行完当前批次的所有环检测请求，按照日志结构中的图更新信息更新本地图数据。
2.根据权利要求1所述的图结构数据上的环检测方法，其特征在于，所述服务器在提供服务前将图数据集加载到内存中，代理服务器能够与客户端与服务器分别建立网络通信。
3.根据权利要求1所述的图结构数据上的环检测方法，其特征在于，所述请求获取步骤还包括：
代理服务器从多个客户端获取环检测请求，直至接收到的环检测请求数量达到第一给定阈值或者接收时间达到第二给定阈值。
4.根据权利要求1所述的图结构数据上的环检测方法，其特征在于，代理服务器将接收时间在同一阈值时间内的环检测请求划分在同一批次。
5.根据权利要求1所述的图结构数据上的环检测方法，其特征在于，所述信息发送步骤包括：
代理服务器向所有正在提供服务的服务器发送当前批次的图更新信息。
6.根据权利要求1所述的图结构数据上的环检测方法，其特征在于，所述信息保存步骤包括：
服务器将接收到的当前批次的图更新信息按时间戳顺序以日志结构保存在本地内存中，同时保留时间戳信息，供接下来的查询以及图数据更新使用；
服务器等待从代理服务器发来的当前批次的环检测请求。
7.根据权利要求1所述的图结构数据上的环检测方法，其特征在于，所述请求分发步骤包括：
代理服务器将当前批次内的环检测请求以轮询的方式均匀地分发给各台服务器。
8.根据权利要求1所述的图结构数据上的环检测方法，其特征在于，所述环检测步骤包括：
服务器根据环检测请求中的边更新信息生成相应的SPARQL查询，该SPARQL查询能在图数据上找到限定步数内的以边的终点为起点，以边的起点为终点的路径，该路径表明，当环检测请求中的边被更新至图数据中时，图数据会产生一个新的环；
服务器执行生成的SPARQL查询，在服务器执行SPARQL查询时，不仅读取本地的图数据，还读取在日志结构中存储的等待更新的数据中时间戳小于自身的数据；
服务器得到SPARQL查询的结果，并在查询得到的路径上加入请求中的边，得到完整的环；
服务器将环检测结果发送给代理服务器；
代理服务器将环检测结果发送给目标客户端。
9.根据权利要求1所述的图结构数据上的环检测方法，其特征在于，所述更新步骤包括：
服务器接收到从代理服务器发送来的下一批次的图更新信息，表明当前批次所有环检测请求均已完成，服务器去除当前批次的图更新信息中的时间戳信息，将具体的更新写入本地数据后删去在本地存储的当前批次的日志结构，进入信息保存步骤；否则，表明当前批次请求还未完成，返回环检测步骤。
10.一种图结构数据上的环检测系统，其特征在于，包括：
请求获取模块：代理服务器接收来自多个客户端的环检测请求；
分批模块：代理服务器根据环检测请求的时间戳，将接收的环检测请求进行批次划分；
信息发送模块：代理服务器向各服务器发送当前批次的图更新信息；
信息保存模块：服务器将接收到的当前批次的图更新信息按时间戳以日志结构保存在本地；
请求分发模块：代理服务器将当前批次的环检测请求分发给各服务器；
环检测模块：服务器根据环检测请求进行环检测，在环检测过程中同时读取图存储以及日志结构中的图更新信息；
更新模块：服务器执行完当前批次的所有环检测请求，按照日志结构中的图更新信息更新本地图数据。
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