Kommentar zur Entwicklung der Graph Query Language GQL – die ganze Tragweite des neuen ISO-Standards

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Die Datenbankindustrie hat mit der Graph Query Language, kurz GQL, eine neue ISO-Standardsprache. Michael Hunger von Neo4j wirft einen Blick auf den Ursprung des neuen Standards, den Einfluss von Cypher bei der Erstellung und den zu erwartenden Effekt auf den Markt für Graphdatenbanken.

GQL ist die erste ISO-zertifizierte Datenbanksprache seit der Einführung der Structured Query Language (SQL) im Jahr 1987 und für das Property Graph Modell konzipiert. Um die neue Abfragesprache zu verstehen, lohnt sich ein Blick auf die Abfragesprachen, die den neuen Standard inspiriert haben – allen voran Cypher.

Neo4j entwickelte Cypher 2010/11, da sich SQL, die Standardsprache für die Arbeit mit relationalen Datenbanken, nicht für Graph-Abfragen eignet. Ziel war es, eine nutzerfreundliche, besser lesbare und wartbare Sprache zu entwickeln. Cypher nutzte dabei als Inspiration viele Quellen – darunter SQL, SparQL, Python, GraphQL und Datalog. Die neue Abfragesprache setzte jedoch auch zahlreiche eigene Konzepte um, die es so in anderen Sprachen bis dahin nicht gab.

Die Spezifikationen von Cypher wurde 2015 im Rahmen des openCypher-Projekts veröffentlicht. Spätestens seit diesem Zeitpunkt ist Cypher die de facto Abfragesprache für Graphen. Als die ISO im Jahr 2019 damit begann, einen Standard für das Property Graph Modell zu erstellen, hatte Cypher bereits fast ein Jahrzehnt der Reifung in der realen Welt hinter sich.

Das Team hinter Cypher und openCypher war intensiv an der Entwicklung des GQL-Standards beteiligt. Neben einer langen Liste anderer Datenbank- und Branchenexperten hat etwa ein halbes Dutzend Neo4j-Ingenieure in den letzten fünf Jahren an der Entwicklung des Standards gearbeitet und sich als Mitglieder im Standardisierungsausschuss engagiert. Infolgedessen sind sich Cypher und GQL recht ähnlich.

Zwei Fragen auf Anwenderseite

Wer sich mit Graphdatenbanken beschäftigt, dem werden wahrscheinlich zunächst zwei Fragen in den Sinn kommen: Ist GQL das gleiche wie GraphQL? Und was bedeutet der Standard für Graph-Entwickler?

Nein, GQL hat nichts mit GraphQL zu tun. GraphQL ist eine Open-Source-API-Sprache, die von Facebook intern entwickelt wurde und sich mittlerweile unter der Obhut der GraphQL Foundation befindet. Mit Graphen hat GraphQL insoweit zu tun, dass die meisten Datenmodelle von Anwendungen komplexe Beziehungen von Entitäten abbilden.

Die zweite Frage erfordert eine längere Antwort. Die gute Nachricht: Nein, Entwickler müssen nicht eine neue Abfragesprache lernen. Da sich Cypher und GQL auf einem natürlichen und absichtlichen Konvergenzkurs befinden, besteht der beste Weg zu GQL darin, Cypher einfach weiter zu verwenden.

Cypher & GQL auf Konvergenzkurs

Viele Aspekte von GQL sind mit Cypher identisch. Vor allem teilt GQL mit Cypher das auf linearer Komposition basierende Abfrageausführungsmodell. Auch die Syntax zur Graph-Musterdarstellung (Patterns), die das Herzstück von Cypher ist, sowie viele der Cypher-Schlüsselwörter sind identisch. Zwischen den Anweisungen werden Variablenbindungen übergeben, um die Verkettung mehrerer Datenabruf- und Aktualisierungsoperationen zu ermöglichen. Und da die meisten Anweisungen identisch sind, sind viele Cypher-Abfragen auch heute schon GQL-Abfragen. Die folgende Abfrage in Cypher entspricht demnach auch der neuen GQL:

Der GQL-Standard, wie auch der SQL-Standard, verhindert nicht die Erweiterung der Sprache. Alles, was nicht durch den Standard abgedeckt ist, kann vom Anwender frei implementiert werden. Man sollte nicht vergessen: Es handelt sich hier um die erste Version des GQL-Standards, der versucht, auf Anhieb einen Großteil der Anforderungen abzudecken.

Obwohl der Standard mehr als 600 Seiten umfasst und über 430 technische Dokumente referiert, konnte längst nicht jedes gewünschte Sprachmerkmal berücksichtigt werden. Zum Vergleich: Der GQL:2024-Standard hat ungefähr die gleiche Seitenzahl wie der SQL:92-Standard. Große Standards sind schwer zu implementieren und die breite Verfügbarkeit guter Implementierungen ist ein wesentlicher Gradmesser für den Erfolg.

Cypher und GQL gleichen sich so sehr, dass Neo4j zum Beispiel keine separate alternative Abfragesprache zu Cypher anbieten wird. Cypher wird vielmehr zu einer GQL-kompatiblen Implementierung. Zwar gibt es Funktionen in Cypher, die es noch nicht in den Standard geschafft haben. Diese bleiben aber für Neo4j-Anwender weiterhin verfügbar und erhalten vollständigen Support. Ihre Nutzung hat keinen negativen Einfluss auf die GQL-Konformität.

Ohnehin sind in den nächsten Jahren weitere Cypher-Erweiterungen und Änderungen zu erwarten. Schreiben zukünftige Versionen des GQL-Standards neue Funktionen vor, die in Cypher nicht implementiert sind, wird Neo4j auch diese Funktionen auf der Grundlage von Kundenprioritäten hinzufügen.

Der GQL-Standard enthält sowohl obligatorische als auch optionale Merkmale. Damit eine Implementierung als konform gilt, muss sie alle obligatorischen Merkmale unterstützen. Auf lange Sicht werden die meisten GQL-Implementierungen jedoch mit hoher Wahrscheinlichkeit nicht nur die obligatorischen, sondern auch die meisten der optionalen Merkmale unterstützen. Zusammenfassend lässt sich sagen: Niemand muss „zu GQL wechseln“. Vielmehr werden sich Cypher und GQL weiter annähern.

Signalwirkung auf den Markt von Graphdatenbanken

Während der Übergang zur GQL-Abfragesprache nahtlos erfolgt, ist der Effekt des GQL-Standards für den Markt im Allgemeinen wohl deutlich disruptiver. SQL sorgte vor knapp vierzig Jahren zu einem dramatischen Wachstum bei relationalen Datenbanken. Eine ähnliche Entwicklung ist auch bei GQL und Graphdatenbanken zu erwarten.

Eine internationale Norm für Graphdatenbanken ist in einer Landschaft mit dynamischen und vernetzten Daten von großem Wert. Dass die ISO mehr als fünf Jahre in die Entwicklung dieser Norm investiert hat, sagt einiges über die Bedeutung von Graphtechnologie aus. Vor allem aber zeigt es: Graphdatenbanken sind keine Nischenlösungen. Die Hoffnung ist, dass der Standard die Tür für Graphen weiter öffnet und ihnen zu einer breiteren Akzeptanz verhilft.

Betroffen sind damit nicht nur Entwickler und Anwender, sondern das gesamte Ökosystem. Für CIOs ist ein Standard das beste Mittel, um den gefürchteten Vendor Lock-in zu vermeiden. Gleichzeitig ist damit der Zugang zu umfangreichem und externen Know-how, Erfahrung und Ressourcen gesichert. Entwickler müssen sich nicht mehr in neue Technologien einarbeiten, wenn sie zwischen Projekten und Lösungen hin- und herpendeln. Als Standard hat GQL gute Chancen, in den Lehrplan von Universitäten und anderen Ausbildungseinrichtungen aufgenommen zu werden, was den Talentpool an Entwicklern, Data Scientists und Informatikern vergrößert.

In bestimmten Märkten und Branchen, in denen Standards fester Bestandteil von RFPs bzw. Angebotsanfragen sind, rücken Graphdatenbanken wohl zum ersten Mal in die engere Auswahl auf der Suche nach Datenbanken. Deutschland, aber auch Indien, sind hierfür Paradebeispiele. Für den Rest bietet die Norm klare Integrationsmuster, die den Wert und die Reichweite von Technologieinvestitionen erhöhen.

Was für viele außerhalb der Graph-Community wahrscheinlich nicht so offensichtlich ist: Der Standard hätte kaum zu einer besseren Zeit kommen können. GenAI befindet sich nach wie vor im Steilflug. Knowledge Graphen haben sich in den letzten Monaten zunehmend zu einem kritischen Baustein in KI-Stack etabliert (Stichwort: Retrieval Augmented Generation / GraphRAG). Eine ISO-zertifizierte Graph-Abfragesprache ist da das i-Tüpfelchen.

Large Language Models (LLMs) werden GQL in Zukunft noch besser nutzen können. Schließlich wurden LLMs bereits an über zehn Jahren Cypher-Beispielen trainiert, die im Internet verteilt zu finden sind. Und da GQL und Cypher sich so ähneln, werden die Modelle mit der Zeit beide Abfragesprachen problemlos verstehen. Die Einführung des GQL-Standards kann – meiner Meinung nach – zu Recht als Meilenstein betrachtet werden, deren Auswirkungen wir wohl noch in den nächsten Jahren und Jahrzehnten spüren werden.

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