architecture_multi_model

ThemisDB: Integrierte Multi-Model Architektur

Stand: 5. Dezember 2025
Version: 1.0.0
Kategorie: Architecture

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Übersicht

ThemisDB verwendet einen vollständig integrierten Ansatz für Multi-Model-Abfragen. Anstatt separate Sprachelemente für Graph, Vektor, Geo und Prozesse einzuführen, werden alle Datentypen als Collections behandelt und über den bestehenden AQL-Wortschatz abgefragt.

Design-Prinzipien

1. Einheitliche Collection-Abstraktion

Alle Datentypen werden als Collections modelliert:

┌─────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                     ThemisDB Collection                          │
├─────────────────────────────────────────────────────────────────┤
│  Dokument (Relational)  │  Felder, Indizes, Constraints         │
│  Graph (Knoten/Kanten)  │  _from, _to, _type, Adjazenzlisten    │
│  Vektor (Embeddings)    │  _embedding, Dimensionen, Index       │
│  Geo (Geometrie)        │  _geometry, SRID, Spatial-Index       │
│  Temporal (Zeit)        │  _valid_from, _valid_to               │
│  Prozess (Workflow)     │  _state, _tokens, _variables          │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────┘

2. Reservierte Felder für Multi-Model

Feld	Typ	Beschreibung
_from	string	Graph: Quellknoten-ID
_to	string	Graph: Zielknoten-ID
_type	string	Graph: Kantentyp / Prozess: Knotentyp
_embedding	float[]	Vektor: Embedding-Array
_geometry	string/object	Geo: WKT oder GeoJSON
_valid_from	int64	Temporal: Gültig ab (ms)
_valid_to	int64	Temporal: Gültig bis (ms)
_state	string	Prozess: Ausführungszustand
_parent	string	Prozess: Eltern-Instanz

3. Bestehende AQL-Syntax für alle Modelle

FOR ... IN Collection

-- Dokumente (Relational)
FOR doc IN customers
  FILTER doc.country == "DE"
  RETURN doc

-- Graph-Knoten
FOR node IN process_nodes
  FILTER node._type == "USER_TASK"
  RETURN node

-- Graph-Kanten
FOR edge IN process_edges
  FILTER edge._type == "SEQUENCE_FLOW"
  RETURN edge

-- Prozess-Instanzen (sind auch Dokumente)
FOR instance IN process_instances
  FILTER instance._state == "RUNNING"
  RETURN instance

Graph-Traversierung (bestehende Syntax)

-- Prozess-Fluss traversieren
FOR v, e, p IN 1..10 OUTBOUND "start_event" process_edges
  FILTER e._type == "SEQUENCE_FLOW"
  RETURN { node: v, edge: e, path: p }

-- Kürzester Prozess-Pfad
FOR v IN SHORTEST_PATH "start" TO "end" process_edges
  RETURN v

Vektor-Suche (SIMILARITY)

-- Ähnliche Prozesse finden
FOR process IN process_definitions
  LET sim = SIMILARITY(process._embedding, [0.1, 0.2, ...], 10)
  FILTER sim > 0.8
  RETURN { process, similarity: sim }

Geo-Abfragen (PROXIMITY, GEO_*)

-- Aufgaben in der Nähe
FOR task IN active_tasks
  FILTER GEO_DISTANCE(task._geometry, [8.68, 50.11]) < 10000
  RETURN task

Prozess-Collections

Systemdefinierte Collections

Collection	Beschreibung
_process_definitions	Prozess-Modelle (BPMN/EPK)
_process_nodes	Knoten im Prozess-Modell
_process_edges	Kanten/Flüsse im Prozess-Modell
_process_instances	Laufende Prozess-Instanzen
_process_tokens	Token (Ausführungsposition)
_process_history	Audit-Log der Ausführung
_process_variables	Prozess-Variablen

Beispiel-Abfragen

1. Alle laufenden Bestellprozesse

FOR instance IN _process_instances
  FILTER instance.process_id == "order-process"
  FILTER instance._state == "RUNNING"
  RETURN instance

2. Aktive Benutzeraufgaben für einen Benutzer

FOR token IN _process_tokens
  FOR node IN _process_nodes
    FILTER token.current_node == node.id
    FILTER node._type == "USER_TASK"
    FILTER node.assignee == "john.doe"
    RETURN { task: node, token: token }

3. Prozess-Fluss-Analyse

FOR v, e IN 1..20 OUTBOUND "start_event" _process_edges
  COLLECT type = e._type WITH COUNT INTO count
  RETURN { edgeType: type, count: count }

4. Cross-Instance Korrelation

FOR order IN _process_instances
  FILTER order.process_id == "order-process"
  FOR shipping IN _process_instances
    FILTER shipping.process_id == "shipping-process"
    FILTER order.variables.orderId == shipping.variables.orderId
    RETURN { order, shipping }

Integrierte Multi-Model-Abfragen

Kombination aller Modelle in einer Abfrage

-- Finde überfällige Aufgaben in der Nähe des Kunden
-- mit ähnlichen historischen Fällen

FOR task IN _process_tokens
  -- Relational: Join mit Prozess-Knoten
  FOR node IN _process_nodes
    FILTER task.current_node == node.id
    FILTER node._type == "USER_TASK"
    
  -- Relational: Join mit Kunden-Daten
  LET customer = DOCUMENT("customers", task.variables.customerId)
  
  -- Temporal: Überfällige Aufgaben (> 24h)
  FILTER DATE_DIFF(task.created_at, DATE_NOW(), "hour") > 24
  
  -- Geo: Aufgaben in der Nähe des Kunden
  FILTER GEO_DISTANCE(node._geometry, customer._geometry) < 50000
  
  -- Vektor: Ähnliche historische Fälle
  LET similar = (
    FOR hist IN _process_history
      FILTER SIMILARITY(hist._embedding, task._embedding) > 0.85
      LIMIT 5
      RETURN hist
  )
  
  RETURN {
    task: task,
    node: node,
    customer: customer,
    waitingHours: DATE_DIFF(task.created_at, DATE_NOW(), "hour"),
    distanceKm: GEO_DISTANCE(node._geometry, customer._geometry) / 1000,
    similarCases: similar
  }

Prozess-Funktionen (als reguläre AQL-Funktionen)

Ausführungsfunktionen

Funktion	Beschreibung
PROCESS_START(processId, vars)	Startet neue Instanz
PROCESS_SIGNAL(instanceId, event, payload)	Sendet Signal
PROCESS_SUSPEND(instanceId)	Pausiert Instanz
PROCESS_RESUME(instanceId)	Setzt Instanz fort
PROCESS_TERMINATE(instanceId, reason)	Beendet Instanz

Aufgaben-Funktionen

Funktion	Beschreibung
TASK_COMPLETE(instanceId, nodeId, output)	Schließt Aufgabe ab
TASK_CLAIM(instanceId, nodeId, user)	Übernimmt Aufgabe
TASK_DELEGATE(instanceId, nodeId, newUser)	Delegiert Aufgabe

Analyse-Funktionen

Funktion	Beschreibung
PROCESS_DURATION(instanceId)	Laufzeit in ms
TASK_DURATION(instanceId, nodeId)	Aufgaben-Dauer in ms
PROCESS_PATH(instanceId)	Durchlaufener Pfad
PROCESS_VARIABLES(instanceId)	Alle Variablen

Beispiel mit Funktionen

-- Starte Prozess und erhalte Instanz-ID
LET instanceId = PROCESS_START("order-process", { orderId: "ORD-123", amount: 500 })

-- Gib Instanz-Details zurück
FOR instance IN _process_instances
  FILTER instance.id == instanceId
  RETURN {
    id: instance.id,
    state: instance._state,
    variables: PROCESS_VARIABLES(instance.id),
    path: PROCESS_PATH(instance.id)
  }

Implementierungs-Hinweise

1. Collection-Registry

Die Collection-Registry erkennt automatisch den Datentyp basierend auf:

• Präfix _process_* → Prozess-Collection
• Feld _from/_to vorhanden → Graph-Edge
• Feld _embedding vorhanden → Vektor-fähig
• Feld _geometry vorhanden → Geo-fähig

2. Query-Optimizer

Der Query-Optimizer wählt automatisch den optimalen Ausführungsplan:

• Graph-Traversierung → GraphIndexManager
• Vektor-Suche → VectorIndex (HNSW/FAISS)
• Geo-Abfragen → SpatialIndex (R-Tree)
• Relationale Filter → SecondaryIndex

3. Einheitlicher Executor

Ein einziger QueryExecutor verarbeitet alle Abfragetypen:

class QueryExecutor {
    // Dispatch basierend auf Collection-Typ und Operationen
    Result execute(const Query& query) {
        for (const auto& forNode : query.for_nodes) {
            auto collType = registry_.getCollectionType(forNode.collection);
            
            switch (collType) {
                case CollectionType::Document:
                    return executeRelational(forNode);
                case CollectionType::Graph:
                    return executeGraphTraversal(forNode);
                case CollectionType::Process:
                    return executeProcess(forNode);
            }
        }
    }
};

Fazit

Durch die vollständige Integration:

1. Keine neuen Sprachelemente - Bestehender AQL-Wortschatz reicht
2. Einheitliche Semantik - FOR, FILTER, RETURN für alles
3. Transparente Optimierung - System wählt besten Index
4. Kombinierbare Abfragen - Multi-Model in einer Query
5. Einfache Lernkurve - Ein Sprachkonzept für alle Modelle