图计算引擎Neo4j和Graphscope有啥区别？

Posted 2023-03-09

Neo4j是单机系统，主要做图数据库。GraphScope是由阿里巴巴达摩院智能计算实验室研发的图计算平台，是全球首个一站式超大规模分布式图计算平台，并且还入选了中 国科学技术协会“科创中 国”平台。Graphscope的代码在github.com/alibaba/graphscope上开源。SSSP算法上,GraphScope单机模式下平均要比Neo4j快176.38倍，最快在datagen-9.2_zf数据集上快了292.2倍。 参考技术A 
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GraphScope、Neo4j与TigerGraph单机环境下性能对比 原创
2021-09-03 18:09:04

6979阿强 

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目前工业界和学术界已经开发出了很多图分析系统，针对图分析的计算特性提出了各种各样的优化策略，在图分析任务上取得了优异的性能。近年来，各种各样的图数据库支持了各种查询语言（例如Cypher、GSQL和Gremlin），尝试为用户提供简单易用的图查询功能，利用这些查询语言，用户也可以表达出SSSP、PageRank等图分析算法的计算逻辑。为了对比图分析系统和图数据库在图分析任务上的性能，我们选取了典型的图分析系统GraphScope和图数据库系统Neo4j以及TigerGraph，在单机环境下进行了性能对比。

1、实验介绍

为了比较计算效率，我在阿里云拉起了配置为16核CPU，248GB内存的4台ECS，设计了三组比较实验，分别为Neo4j单机的计算性能，Tigergraph单机的计算性能和GraphScope单机的计算性能。

数据上，我选取了来自LDBC数据集的com-friendster,datagen-9.0_fb,datagen-9.1_fb,datagen-9.2_zf和graph500作为实验数据，以下为实验数据的基本信息：

com-friendster:65608366个点，1806067835条边

datagen-9.0_fb:12857671个点，1049527225条边

datagen-9.1_fb: 16087483个点，1342158397条边

datagen-9.2_zf: 434943376个点，1042340732条边

graph500: 32804978个点，1051922853条边

实验设计上选择常用的SSSP,Pagerank和Triangle Counting算法。以计算时间为指标，对三个系统进行性能上的比较。

2、实验结果

在计算时间上，GraphScope的计算效率远远超过Neo4j和Tigergraph。Tigergraph采用的SSSP算法为Bellman-ford算法，复杂度较高，因此在所有的数据集上都超过了我们设定的3600秒时限。

SSSP算法上,GraphScope单机模式下平均要比Neo4j快176.38倍，最快在datagen-9.2_zf数据集上快了292.2倍。 参考技术B 近年来，全球大数据进入加速发展时期，数据量呈现指数级爆发式增长，而这些大量数据中不同个体间交互产生的数据以图的形式表现，如何高效地处理这些图数据成为了业界及其关心的问题。很过用普通关系数据无法跑出来的结果，用图数据进行关联分析会显得异常高效。

提到处理图数据，我们首先想到NetworkX，这是网络计算上常用的Python包，可提供灵活的图构建、分析功能。但是我们使用NetworkX跑大规模图数据时，不仅经常碰到内存不足的问题，而且分析速度很慢，究其原因，是NetworkX只支持单机运行。通过网上搜索，新发现了一个名为GraphScope的系统不仅号称兼容NetworkX的API，而且支持分布式部署运行，性能更优。针对GraphScope和NetworkX的处理能力，我们参考图计算中常用的测试框架LDBC，通过一组实验来对比下二者的性能。

一、实验介绍

为了比较两者的计算效率，先用阿里云拉起了配置为8核CPU，32GB内存的四台ECS，设计了三组比较实验，分别是NetworkX单机下的计算性能，GraphScope单机多worker的计算性能以及GraphScope分布式多机多worer的计算性能。

数据上，我们选取了SNAP开源的图数据集twitter，来自 LDBC数据集的datagen-7_5-fb,datagen-7_7-zf和datagen-8_0-fb作为实验数据，以下是数据集的基本信息：

· Twitter: 81,307个顶点，1,768,135条边

· Datagen-7_5-fb： 633,432个顶点，34,185,747条边，稠密图

· Datagen-7_7-zf： 13,180,508个顶点，32,791,267条边，稀疏图

· Datagen-8_0-fb： 1,706,561个顶点，107,507,376条边，这个数据集主要测试两个系统可处理的图规模能力

实验设计上我选择常用的SSSP、BFS、PageRank、WCC算法，以及较高复杂度的All Pair shortest Path length算法，以载图时间，内存占用和计算时间这三个指标为依据，对两个系统进行计算性能的比较。

NetworkX是一个单机系统，在实验中只考虑NetworkX在单机环境下的运行时间；GraphScope支持分布式运行，故进行两个配置，一个是单机4worker，另外一个配置是4台机器，每台机器4个worker。

二、实验结果

首先，GraphScope的载图速度比NetworkX显著提升。

在前三个图数据集中，无论是GraphScope的单机多worker模式，还是GraphScope的分布式模式，载图速度都比NetworkX快：

GraphScope单机模式载图速度平均比NetworkX快5倍，最高纪录——在datagen-7_5-fb上比NetworkX快了6倍。

分布式模式下GraphScope的载图时间比NetworkX平均快了27倍，最高纪录——在datagen-7_7-zf数据集上比NetworkX快了63倍。

在datagen-8_0-fb数据集上，NetworkX因内存溢出无法载图，GraphScope单机多worker和GraphScope分布式载图时间分别为142秒和13.6秒。

表一：载图时间对比

载图时间

NetworkX

GraphScope单机

GraphScope分布式

twitter

11.2

3.1

1.8

datagen-7_5-fb

256

45.6

36.6

datagen-7_7-zf

316

71.3

50

datagen-8_0-fb

OOM

142

13.6

其次，GraphScope的内存使用效率比NetworkX显著提升。

在datagen-8_0-fb数据集上，NetworkX在32G的内存上无法载完图，而GraphScope仅需要24G的内存即可载入在datagen-8_0-fb数据集。

表二：内存占用对比

内存占用

NetworkX

GraphScope

datagen-7_5-fb

14G

6G

datagen-7_7-zf

28G

18G

datagen-8_0-fb

OOM

24G

再次，GraphScope的计算速度比NetworkX显著提升。

SSSP算法上，GraphScope单机多worker模式平均要比NetworkX快22倍，最快在datagen-7_7-zf数据集上快了32倍。GraphScope分布式模式下平均要比NetworkX快103倍，最快datagen-7_5-fb数据集上快了182倍。

表三： SSSP计算时间对比（单位：秒）

SSSP

NetworkX

GraphScope单机

GraphScope分布式

twitter

2.45

1.32

0.28

datagen-7_5-fb

37.9

1.21

0.31

datagen-7_7-zf

5.84

0.18

0.03

datagen-8_0-fb

OOM

2.76

0.82

BFS算法上，GraphScope单机多worker模式平均要比NetworkX快13倍，最快datagen-7_5-fb数据集上快了22倍。GraphScope分布式模式下平均要比NetworkX快16倍，最快在datagen-7_5-fb数据集上快了28倍。

表四： BFS计算时间对比（单位：秒）

BFS

NetworkX

GraphScope单机

GraphScope分布式

twitter

1.53

0.16

0.17

datagen-7_5-fb

44.68

2.52

1.56

datagen-7_7-zf

7.98

0.75

0.72

datagen-8_0-fb

OOM

11.02

5.73

PageRank算法上，GraphScope单机多worker模式平均要比NetworkX快62倍，最快twitter数据集上快了80倍。GraphScope分布式模式下平均要比NetworkX快65倍，最快在twitter数据集上快了71倍。

另外，PageRank计算过程中，NetworkX在datagen-7_7-zf上内存溢出，没有完成计算，GraphScope单机多worker模式和分布式模式计算时间分别为25秒和22秒；

表五：PageRank计算时间对比（单位：秒）

PageRank

NetworkX

GraphScope单机

GraphScope分布式

twitter

24.01

0.37

0.33

datagen-7_5-fb

300

6.73

5.17

datagen-7_7-zf

OOM

19.31

7.79

datagen-8_0-fb

OOM

24.96

21.88

WCC算法上，GraphScope单机多worker模式平均要比NetworkX快44倍，最快在datagen-7_7-zf数据集上快了104倍。GraphScope分布式模式下平均要比NetworkX快76倍，最快datagen-7_5-fb数据集上快了194倍。

表六： WCC计算时间对比（单位：秒）

WCC

NetworkX

GraphScope单机

GraphScope分布式

twitter

0.6392

0.0296

0.0233

datagen-7_5-fb

26.03

0.25

0.13

datagen-7_7-zf

83.19

14.57

12.98

datagen-8_0-fb

OOM

0.34

0.4991

在复杂度极高的All pair shortest path length算法上，NetworkX在twitter图上即内存溢出，无法计算。GraphScope在分布式模式下完成了twitter图的All pair shortest path length计算，耗时76分钟。

表七： All Pair Shortest Path Length（单位：秒）

APSP

NetworkX

GraphScope单机

GraphScope分布式

twitter

OOM

OOM

4575.87

三、总结

从实验结果可以看到，在同等条件下，无论在载图时间、内存占用和计算时间上，GraphScope都要大大优于NetworkX，性能优化可以达到几十倍甚至上百倍。

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