TriviumDB

向量 × 图谱 × 文档 —— 三位一体的 AI 原生嵌入式数据库

Battle-tested in mission-critical, air-gapped environments.

Trivium：拉丁语，意为"三条道路的交汇"。

“TriviumDB 定位是 AI 应用领域的嵌入式数据库，旨在解决单机环境下 Agent 复杂上下文和多模态记忆编织的痛点。如果是需要支撑千万并发的高可用分布式后端，请依然选择大型集群化组件！”

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一句话介绍

TriviumDB 是一个用纯 Rust 编写的嵌入式单文件数据库引擎，将向量检索（Vector）、**属性图谱（Graph）和文档型元数据（Document）**原生融合在同一个存储内核中。

我们的目标是成为 AI 应用领域的 SQLite：

• 🗃️ Rom/Mmap 双引擎切换 —— 既支持单文件 *.tdb 复制走人，也支持分离 .vec 向量文件按需 mmap 零拷贝加载
• 🔗 节点即一切 —— 每个节点天然同时拥有限定长度的稠密向量、稀疏文本倒排词频、元数据和图关系，ID 全局唯一，绝不错位
• 🧠 为 AI 而生 —— 可选启用“AC自动机+BM25稀疏文本”与“Dense Vector稠密向量”的多路召回来触发图谱扩散检索，并内置多层认知管线（FISTA / DPP / PPR）
• 🛡️ 四层数据安全保障 —— 原子替换 + WAL日志 + 事务干跑验证（Dry-Run）+ Mmap COW 隔离，断电断存不毁库
• 🐍 Python / Node.js 原生 —— pip install 或 npm install 后直接使用，类 MongoDB 查询语法
• ⚡ 高性能检索 —— rayon 并行暴力搜索（小规模 100% 精确）+ 自研 SOTA 级 ANN 索引 QuIVer（1 万节点以上自动激活），无需手动配置
• 💾 SSD 友好 —— Append-Only WAL + 后台 Compaction 线程 + QuIVer 索引独立持久化，杜绝随机写入磨损
• 🔒 共享只读打开 —— 多进程 Reader 共享锁并发查询已完成代际，Writer 继续保持排他锁与 WAL 安全边界
• 🧩 类型化访问能力 —— Rust DatabaseReader 在编译期隐藏写 API，DatabaseWriter 保留完整嵌入式写能力
• 🔄 不可变代际切换 —— GenerationStore 原子发布 current，跨进程 Reader 租约保护旧代安全回收，且不写入只读制品目录

为什么需要 TriviumDB？

当前 AI 应用的「三库割裂」困境

几乎所有的 AI 应用（Agent / RAG / 推荐系统）都同时需要三种数据能力，但市面上没有一个引擎能同时原生支持它们：

flowchart TD
    classDef old fill:#ffebee,stroke:#ff5252,stroke-width:2px,color:#000;
    classDef new fill:#e8f5e9,stroke:#4caf50,stroke-width:2px,color:#000;
    classDef app fill:#e3f2fd,stroke:#2196f3,stroke-width:2px,color:#000;
    classDef warning fill:#fff3e0,stroke:#ff9800,stroke-width:2px,color:#000;

    subgraph 现状 ["❌ 现状：三库系统缝合"]
        direction TB
        App1((Agent App)):::app
        DB1[(SQL DB<br/>文本/属性)]:::old
        DB2[(Vector DB<br/>稠密向量)]:::old
        DB3[(Graph DB<br/>知识图谱)]:::old

        App1 <-.网路 / 跨库 JOIN.-> DB1
        App1 <-.RPC / 独立服务.-> DB2
        App1 <-.另一套重运行时.-> DB3
    end

    subgraph 痛点 ["⚠️ 核心痛点"]
        direction TB
        P1[1. 三组独立的 ID 空间，需手写胶水代码同步]:::warning
        P2[2. 删一条记录要操作三个库，极易数据不一致]:::warning
        P3[3. 先向量检索再图扩散需跨库聚合，延迟爆炸]:::warning
        P4[4. 部署笨重，分享模型状态需打包三份独立文件]:::warning
    end

    现状 --> 痛点

    subgraph 解决 ["✨ TriviumDB：一库横扫"]
        direction TB
        App2((Agent App)):::app
        TV[(TriviumDB<br/>单一引擎 / 单一文件 / 单一 ID 空间)]:::new

        App2 ==`insert()` 向量+文本+元数据+图关系原子写入==> TV
        TV ==`search_hybrid()` 双路混合归一锚定+图谱扩散一次返回==> App2
        TV -.`flush()` Mmap零拷贝极速热启动.-> TV
    end

    痛点 --> 解决

一个具体的例子

假设你在做一个 AI 对话记忆系统，用户说了一句「我昨天和小红去了咖啡馆」：

适用场景

快速上手

安装

💡 TriviumDB 核心使用 Rust 编写，但我们已经在云端为您提前交叉编译了所有平台的二进制，无需在本地安装任何编译环境即可秒速安装！

Linux ARM64 / 鲲鹏支持： TriviumDB 支持 Linux AArch64，包含 ARM NEON 优化、ARM64 CI、Python manylinux ARM64 wheel 和 Node.js ARM64 addon 构建链路，可运行于基于 Linux AArch64 的鲲鹏服务器系统。

🐍 Python 用户

推荐使用超快的 uv （只需毫秒级）：

uv pip install triviumdb

或者使用传统 pip：

pip install triviumdb

🌐 Node.js / 前端用户

跨平台包已自带 *.node 预编译拓展，并含有完整的 TypeScript 补全：

npm install triviumdb
# 或者
pnpm add triviumdb

🦀 Rust 原生用户

直接把我们当成 Library 依赖：

cargo add triviumdb

30 秒入门

import triviumdb

with triviumdb.TriviumDB("memory.tdb", dim=3) as db:
    id1 = db.insert([0.12, -0.45, 0.78], {"text": "小明喜欢吃苹果"})
    id2 = db.insert([0.08, -0.52, 0.81], {"text": "小红送了小明一箱苹果"})
    db.link(id1, id2, label="caused_by", weight=0.95)

    results = db.search([0.10, -0.48, 0.80], top_k=5, expand_depth=2, min_score=0.6)
    for hit in results:
        print(f"[{hit.id}] score={hit.score:.3f} | {hit.payload}")

批量 ANN 查询由 Rust 共享线程池并行执行；Python 整批释放 GIL，Node.js 返回 Promise 且不阻塞事件循环。同一路径只需打开一个数据库实例：

batch_results = db.search_batch(
    [[0.10, -0.48, 0.80], [0.72, 0.11, -0.35]],
    top_k=10,
    parallelism=0,
)

const batchResults = await db.searchBatch(queryVectors, 10, 0, 0.0)

parallelism=0 表示自动选择并发度，最大允许值为 64；结果外层顺序严格对应输入查询。批量 API 仅支持无状态查询，不允许 fatigue 语义。

📖 完整 API 参考、高级用法和 Rust 示例请查看 API 参考文档。

一次存储，多种查询

TriviumDB 中的一个节点可以同时拥有向量、JSON 文档、稀疏文本和图关系。这些数据共享同一个 NodeId、事务、WAL 与生命周期，因此无需在向量库、文档库和图库之间同步副本。同一份数据写入一次，即可按业务问题选择不同的查询路径。

TQL：统一查询语言

TQL（Trivium Query Language） 将文档过滤、图模式匹配、向量检索和 GraphFirst 约束排名统一在一套轻量 DSL 中：

-- 文档查询：按 JSON 字段过滤
FIND {type: "paper", year: {$gte: 2024}} RETURN * LIMIT 10

-- 图查询：匹配结构关系
MATCH (author)-[:wrote]->(paper)
WHERE author.name == "Alice"
RETURN paper

-- 向量锚定后，沿入边与出边做确定性结构扩展
SEARCH VECTOR [0.12, -0.45, 0.78] TOP 5
EXPAND BOTH [:cites|related*1..2]
RETURN *

-- GraphFirst：先由图模式限定合法候选，再在候选集内精确向量排名
MATCH (paper)-[:belongs_to]->(topic)
WHERE topic.name == "Database"
RANK paper BY VECTOR [0.12, -0.45, 0.78] TOP 10
RETURN paper

TQL 同时支持 WHERE、RETURN、ORDER BY、LIMIT/OFFSET、聚合、OPTIONAL MATCH 和 DML。详细语法参见 TQL 查询语言参考。

多种图谱与混合查询

这些能力不是互相替代的查询模式：Reachability 回答“结构上能否到达”，GraphFirst 回答“结构约束内谁最相似”，SA-PPR 回答“哪些关联节点应获得更高相关性”。应用可以在同一份 .tdb 数据上按场景自由选择，也可以通过 TQL 将文档、图和向量条件组合在一次查询中。

核心特性

📖 深入了解架构设计和技术细节请查看 支持特性详解。

向量索引策略：QuIVer

QuIVer（Quantized Indexed Vector Retrieval）是 TriviumDB 自研的 SOTA 级近似最近邻（ANN）图索引，融合 BQ 二进制量化与 Vamana 图导航，在保持极高召回率的同时实现数量级的检索加速。

📄 学术论文: QuIVer: Rethinking ANN Graph Topology via Training-Free Binary Quantization

🔬 实验复现: 完整的数据集准备、基准测试和复现指南请参阅 README_QUIVER.md

在 12 个百万级数据集（384-d 至 3072-d）上验证，QuIVer 以 <1.3 GB 热内存实现 ≥88% Recall@10 @ 13-41K QPS，多线程吞吐量超 DiskANN Rust 2.5-3.3×、hnswlib 3.6-4.7×、FAISS HNSW 3.8-4.9×。

⚠️ 维度建议：强烈建议数据库向量维度不超过 3072。 TriviumDB 的通用存储与精确 BruteForce 检索允许更高维度，但 QuIVer 的 BQ 签名安全上限是 3072 维。超过该维度时引擎不会自动构建 QuIVer，检索会稳定回退到 BruteForce；手动构建 QuIVer 会返回明确错误。高维数据库仍可使用，但无法获得 QuIVer ANN 加速，内存和计算开销也会显著增加。

TriviumDB 采用智能自适应双引擎向量索引，全程自动路由，无需手动配置：

QuIVer 的核心创新

冷热分离架构：QuIVer 内部仅存储 BQ 签名（hot）和图拓扑，f32 原始向量留在 MemTable 中（cold），精排时按需读取，内存占用减半。

Mmap 消除的是全量载入和重复拷贝，并不会消除磁盘 I/O。冷向量页未驻留时仍会产生 Major Page Fault；当随机查询工作集超过物理内存时，吞吐和尾延迟取决于 PageCache 命中率、存储设备随机读能力及系统回收压力。QuIVer 热索引位于匿名堆内存，并非文件 PageCache；当前内存预算统计也不包含 OS PageCache。

增量图维护：与传统 HNSW 不同，QuIVer 支持真正的增量操作：

• ✅ 增量 Insert：新节点实时插入图中，无需全量重建
• ✅ 增量 Delete：Tombstone 软删除，25% 退化阈值触发重建
• ✅ 增量 Update：soft_delete + incremental_insert，原子替换
• ✅ 事务安全：分离时间线架构，事务 commit 不可失败，QuIVer 同步无需回滚

独立持久化：QuIVer 索引以 .tdb.quiver 独立文件存储，POD 数据 memcpy 极速序列化，重启后零开销恢复。

# 启用 Python 绑定
maturin develop --features python

项目结构

TriviumDB/
├── src/
│   ├── lib.rs              # 库入口 + 公开 API
│   ├── database/           # 数据库核心模块（v0.7.0 模块化重构）
│   │   ├── mod.rs          # Database 结构体、CRUD、生命周期管理
│   │   ├── config.rs       # StorageMode / Config / SearchConfig 配置
│   │   ├── pipeline.rs     # 混合检索管线（L0-L9 + 6 个 Hook 注入点）
│   │   └── transaction.rs  # 事务系统（TxOp / Transaction / WAL 回放 + QuIVer 分离时间线）
│   ├── hook.rs             # 🔌 Hook 扩展系统（SearchHook trait + FFI 动态库加载）
│   ├── cognitive.rs        # 认知算子（FISTA / DPP / NMF）
│   ├── node.rs             # Node / Edge / SearchHit 数据结构
│   ├── vector.rs           # VectorType Trait（f32 / f16 / u64）
│   ├── filter.rs           # 高级过滤引擎 ($gt/$lt/$in/$and/$or)
│   ├── error.rs            # 统一错误类型
│   ├── storage/
│   │   ├── memtable.rs     # 内存工作区 (SoA 向量池 + HashMap + QuIVer 集成)
│   │   ├── wal.rs          # Write-Ahead Log（崩溃恢复）
│   │   ├── file_format.rs  # .tdb 单文件读写（含 BQ Metadata + QuIVer 持久化）
│   │   ├── vec_pool.rs     # 分层向量池（mmap 基础层 + delta 增量层）
│   │   └── compaction.rs   # 后台 Compaction 守护线程（含 BQ 自动重建）
│   ├── index/
│   │   ├── brute_force.rs  # rayon 并行暴力精确搜索
│   │   ├── bq.rs           # BQ 二进制量化签名（QuIVer 基础层）
│   │   └── quiver.rs       # 🚀 QuIVer ANN 索引（BQ + Vamana 图导航 + 冷热分离）
│   ├── graph/
│   │   ├── traversal.rs    # SA-PPR 有限深度图扩散
│   │   └── leiden.rs       # Leiden 社区发现算法
│   └── bindings/           # FFI 绑定层（公共逻辑已提取至核心模块）
│       ├── mod.rs          # 统一入口（feature-gated）
│       ├── python.rs       # PyO3 绑定（含 Hook 管理接口）
│       └── nodejs.rs       # napi-rs 绑定（含 Hook 管理接口）
├── cli/                    # 🖥️ CLI & TUI 工具（triviumdb-cli，命令 `tdb`）
│   ├── Cargo.toml
│   ├── README.md
│   └── src/
│       ├── main.rs             # clap 参数解析 + 模式分发
│       ├── db_handle.rs        # DbHandle dtype 动态分发（dispatch! 宏）
│       ├── formatter.rs        # table / json / csv 输出格式化
│       ├── tql_highlight.rs    # TQL 语法高亮（REPL ANSI + TUI Span）
│       ├── config.rs           # ~/.triviumdb.toml 配置加载
│       ├── commands/           # 非交互子命令（info/exec/export/import/repair/compact）
│       ├── repl/               # REPL 模式（rustyline + Tab 补全 + 多行输入）
│       └── tui/                # TUI 模式（ratatui + crossterm 全屏可视化）
├── benches/
│   └── benchmark.rs        # Criterion 性能基准测试套件
├── tests/
│   ├── unit/               # 单元测试（集中管理，~268 用例）
│   ├── proptest_core.rs    # 属性测试（~2450 随机用例）
│   ├── proptest_query.rs   # TQL 模糊测试
│   └── ...                 # 集成测试（并发/恢复/安全/压力等）
├── docs/
│   ├── api-reference.md    # 完整 API 参考文档
│   ├── features.md         # 支持特性详解
│   ├── best-practices.md   # 最佳实践指南
│   ├── hook-guide.md       # Hook 开发指南（C++ FFI / Rust Hook）
│   ├── tql-reference.md    # TQL 查询语言参考
│   ├── testing.md          # 测试实践说明
│   └── security.md         # 安全设计说明
├── Cargo.toml
├── pyproject.toml          # Maturin 构建配置
└── README.md

路线图

v0.1 — 核心引擎 MVP ✅

• Node / Edge 数据结构 + 内存 MemTable + BruteForce 向量检索
• 单文件 .tdb 序列化 + insert / link / search / delete API

v0.2 — 持久化与生态 ✅

• WAL 崩溃恢复 + 后台 Compaction + mmap 零拷贝
• PyO3 Python 绑定 + rayon 并行扫描 + 高级 Payload 过滤

v0.3 — 性能与跨平台 ✅

• Node.js 绑定 (napi-rs)
• AVX2 + FMA SIMD 加速余弦相似度

v0.4 — 认知管线 + BQ 索引 ✅

• Mmap / Rom 双引擎 + 验证前置事务 (Dry-Run)
• 认知检索管线（FISTA / PPR / DPP）
• BQ 二进制量化索引（自动激活 + 自动重建）

v0.5 — 千万级架构 + Hook 系统 ✅

• Parallel Bit-Tag Array 硬件级布隆过滤 + Zero-Ghost 墓碑复用
• O(1) Reverse Hash Net 反向边查找
• 检索管线 6 阶段 Hook 注入 + FFI 动态库插件
• CI/CD 管线 + ASan + LibFuzzer 模糊测试

v0.6 — TQL 查询语言 + 跨架构适配 ✅

• TQL 统一查询语言（MATCH 图遍历 / FIND 文档过滤 / SEARCH 向量检索）
• TQL DML 写操作（CREATE / SET / DELETE / DETACH DELETE）
• 属性二级索引（O(1) 倒排查找 + TQL 自动加速）
• ARM NEON SIMD 适配 + 跨平台 CI（Apple Silicon / Linux ARM64 via QEMU）
• Python / Node.js 绑定 API 补全（tql_mut / create_index / get_payload 等）

v0.7 — QuIVer SOTA ANN 索引 ✅ (当前)

• 自研 QuIVer 近似最近邻图索引（BQ 签名 + Vamana 图导航 + 冷热分离）
• 增量图维护：Insert / Delete(Tombstone) / Update 全部增量，无需全量重建
• QuIVer 独立持久化（.tdb.quiver 文件，POD memcpy 极速序列化）
• 事务安全的分离时间线架构（Phase 5 QuIVer Sync）
• CLI 工具 triviumdb-cli（命令 tdb）：非交互命令 + REPL（Tab 补全 / 语法高亮 / 多行输入）+ 配置文件
• 数据库可视化工具：终端 TUI（tdb ui，图谱力导向布局 / k-hop 展开 / 向量搜索 Playground）

与现有方案对比

设计哲学

1. 三合一原子性：一个 u64 ID 同时映射到向量、Payload、边表。插入原子、删除原子，永不出现 ID 不一致。
2. 嵌入式优先：没有 Server、没有端口、没有配置文件。import triviumdb 就是全部。
3. 全自动性能路由：数据量不足 1 万时走 100% 精确 BruteForce，超过后引擎自动构建 QuIVer 索引并无缝切换，开发者无感知。
4. 可预测的性能：顺序 I/O only（WAL 追加写 + Compaction 顺序重写），SSD 寿命安全。
5. 索引即加速层：QuIVer 是可丢弃的派生数据（.tdb.quiver 独立文件），丢失后首次查询时自动重建，不依赖也不污染 WAL 真相源。
6. Rust 安全边界：所有公开 API 均为安全代码。内部仅存在少量经过严格审计的 unsafe（主要分布在 mmap 零拷贝与 SIMD 硬件加速），且附有明确的 SAFETY 安全契约注释。
7. 安全至上：全引擎零 panic! / 零 unreachable!() 策略。3300+ 测试用例覆盖 94% 以上代码行，涵盖 EMI 比特翻转、WAL 截断恢复、事务预检失败等极端场景，确保在断网、断电、内存污染等恶劣条件下数据库引擎绝不崩溃。

📖 文档

学术引用说明

TriviumDB 的认知检索管线借鉴并实现了以下学术成果（均为本项目基于原始论文的独立 Rust 实现，非调用第三方库）：

1. FISTA (Fast Iterative Shrinkage-Thresholding Algorithm)：Beck & Teboulle, 2009, "A Fast Iterative Shrinkage-Thresholding Algorithm for Linear Inverse Problems", SIAM J. Imaging Sciences
2. DPP (Determinantal Point Process)：Kulesza & Taskar, 2012, "Determinantal Point Processes for Machine Learning", Foundations and Trends in Machine Learning
3. SA-PPR（有限深度 Spreading Activation with Personalized Restart）：结合个性化重启思想与扩散激活；本实现不迭代至 PageRank 收敛
4. Spreading Activation：灵感来源于 Anderson, 1983, "The Architecture of Cognition" 中的扩散激活理论
5. BM25：Robertson & Zaragoza, 2009, "The Probabilistic Relevance Framework: BM25 and Beyond"
6. Vamana Graph：Subramanya et al., 2019, "DiskANN: Fast Accurate Billion-point Nearest Neighbor Search on a Single Node", NeurIPS 2019（QuIVer 的图导航层基于 Vamana 剪枝策略的独立 Rust 实现）
7. Binary Quantization：Gong et al., 2012, "Iterative Quantization: A Procrustean Approach to Learning Binary Codes", CVPR（QuIVer 的 BQ 签名层基于符号位量化思想）

以下为本项目自研的数据结构与算法命名：

• QuIVer（Quantized Indexed Vector Retrieval）：自研 SOTA 级 ANN 图索引，融合 BQ 二进制量化与 Vamana 图导航，冷热分离架构
• Parallel Bit-Tag Array（行级布隆特征阵列）：基于布隆过滤器思想的 JSON 快速过滤机制
• Reverse Hash Net（双向哈希边表）：O(1) 反向边查找的哈希索引结构
• Zero-Ghost Node：基于 FreeList 的墓碑复用策略，消除删除节点的幽灵引用
• 边特异性强化 / 不应期机制：自研的图扩散能量调控策略
• 分离时间线架构（Separated Timeline）：QuIVer 事务安全策略，利用 Infallible Apply 特性避免图索引回滚

📝 引用 QuIVer

如果您在研究中使用了 QuIVer 或 TriviumDB，请引用我们的论文：

@article{quiver2026,
  title   = {QuIVer: Rethinking ANN Graph Topology via Training-Free Binary Quantization},
  author  = {Xiao, Wenxuan and Wang, Zhiyou and Li, Chengcheng},
  journal = {arXiv preprint arXiv:2605.02171},
  year    = {2026},
  url     = {https://arxiv.org/abs/2605.02171}
}

许可证

Apache-2.0

创造者: YoKONCy

社区

本项目已链接并认可 LINUX DO 社区。

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