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          漫談數據倉庫之維度建模

          共 3889字,需瀏覽 8分鐘

           ·

          2021-08-13 23:09



          -     前言    -


          下面的內容,是筆者在學習和工作中的一些總結,其中概念性的內容大多來自書中,實踐性的內容大多來自自己的工作和個人理解。由于資歷尚淺,難免會有很多錯誤,望批評指正!


          -     概述    -


          數據倉庫包含的內容很多,它可以包括架構、建模和方法論。對應到具體工作中的話,它可以包含下面的這些內容:
          • 以Hadoop、Spark、Hive等組建為中心的數據架構體系。
          • 各種數據建模方法,如維度建模。
          • 調度系統(tǒng)、元數據系統(tǒng)、ETL系統(tǒng)、可視化系統(tǒng)這類輔助系統(tǒng)。

          我們暫且不管數據倉庫的范圍到底有多大,在數據倉庫體系中,數據模型的核心地位是不可替代的。

          因此,下面的將詳細地闡述數據建模中的典型代表:維度建模,對它的的相關理論以及實際使用做深入的分析。


          -     目錄    -


          本文將按照下面的順序進行闡述:

          1. 先介紹比較經典和常用的數據倉庫模型,并分析其優(yōu)缺點。
          2. 詳細介紹維度建模的基本概念以及相關理論。
          3. 為了能更真切地理解什么是維度建模,我將模擬一個大家都十分熟悉的電商場景,運用前面講到的理論進行建模。
          4. 理論和現實的工作場景畢竟會有所差距,這一塊,我會分享一下企業(yè)在實際的應用中所做出的取舍。


          -     經典數據倉庫模型    -


          下面將分別介紹四種數據倉庫模型,其中前三種模型分別對應了三本書:《數據倉庫》、《數據倉庫工具箱》和《數據架構 大數據 數據倉庫以及Data Vault》,這三本書都有中文版,非常巧的是,我只有三本數據倉庫的書,正好對應了這三種理論。


          Anchor模型我并不是特別熟悉,放在這里以供參考。

          一、實體關系(ER)模型


          數據倉庫之父Immon的方法從全企業(yè)的高度設計一個3NF模型,用實體加關系描述的數據模型描述企業(yè)業(yè)務架構,在范式理論上符合3NF,它與OLTP系統(tǒng)中的3NF的區(qū)別,在于數據倉庫中的3NF上站在企業(yè)角度面向主題的抽象,而不是針對某個具體業(yè)務流程的實體對象關系抽象,它更多的是面向數據的整合和一致性治理,正如Immon所希望達到的:“single version of the truth”。

          但是要采用此方法進行構建,也有其挑戰(zhàn):

          1. 需要全面了解企業(yè)業(yè)務和數據;
          2. 實施周期非常長;
          3. 對建模人員的能力要求也非常高。


          二、維度模型


          維度模型是數據倉庫領域另一位大師Ralph Kimall所倡導,他的《The DataWarehouse Toolkit-The Complete Guide to Dimensona Modeling,中文名《數據倉庫工具箱》,是數據倉庫工程領域最流行的數倉建模經典。

          維度建模以分析決策的需求出發(fā)構建模型,構建的數據模型為分析需求服務,因此它重點解決用戶如何更快速完成分析需求,同時還有較好的大規(guī)模復雜查詢的響應性能。典型的代表是我們比較熟知的星形模型,以及在一些特殊場景下適用的雪花模型。

          三、DataVault


          DataVault是Dan Linstedt發(fā)起創(chuàng)建的一種模型方法論,它是在ER關系模型上的衍生,同時設計的出發(fā)點也是為了實現數據的整合,并非為數據決策分析直接使用。它強調建立一個可審計的基礎數據層,也就是強調數據的歷史性可追溯性和原子性,而不要求對數據進行過度的一致性處理和整合;同時也基于主題概念將企業(yè)數據進行結構化組織,并引入了更進一步的范式處理來優(yōu)化模型應對源系統(tǒng)變更的擴展性。

          它主要由:Hub(關鍵核心業(yè)務實體)、Link(關系)、Satellite(實體屬性) 三部分組成 。

          四、Anchor模型


          Anchor模型是由Lars. R?nnb?ck設計的,初衷是設計一個高度可擴展的模型,核心思想:所有的擴展只是添加而不是修改,因此它將模型規(guī)范到6NF,基本變成了K-V結構模型。

          Anchor模型由:Anchors 、Attributes 、Ties 、Knots 組成,相關細節(jié)可以參考《AnchorModeling-Agile Information Modeling in Evolving Data Environments》。


          -     維度建模    -


          一、什么是維度建模


          維度模型是數據倉庫領域大師Ralph Kimall所倡導,他的《數據倉庫工具箱》,是數據倉庫工程領域最流行的數倉建模經典。維度建模以分析決策的需求出發(fā)構建模型,構建的數據模型為分析需求服務,因此它重點解決用戶如何更快速完成分析需求,同時還有較好的大規(guī)模復雜查詢的響應性能。

          我們換一種方式來解釋什么是維度建模。學過數據庫的童鞋應該都知道星型模型,星型模型就是我們一種典型的維度模型。我們在進行維度建模的時候會建一張事實表,這個事實表就是星型模型的中心,然后會有一堆維度表,這些維度表就是向外發(fā)散的星星。那么什么是事實表、什么又是維度表嗎,下面會專門來解釋。

          二、維度建模的基本要素


          維度建模中有一些比較重要的概念,理解了這些概念,基本也就理解了什么是維度建模。

          1. 事實表
          發(fā)生在現實世界中的操作型事件,其所產生的可度量數值,存儲在事實表中。從最低的粒度級別來看,事實表行對應一個度量事件,反之亦然。

          額,看了這一句,其實是不太容易理解到底什么是事實表的。

          比如一次購買行為我們就可以理解為是一個事實,下面我們上示例。


          圖中的訂單表就是一個事實表,你可以理解他就是在現實中發(fā)生的一次操作型事件,我們每完成一個訂單,就會在訂單中增加一條記錄。

          我們可以回過頭再看一下事實表的特征,在維度表里沒有存放實際的內容,他是一堆主鍵的集合,這些ID分別能對應到維度表中的一條記錄。

          2. 維度表
          每個維度表都包含單一的主鍵列。維度表的主鍵可以作為與之關聯的任何事實表的外鍵,當然,維度表行的描述環(huán)境應與事實表行完全對應。維度表通常比較寬,是扁平型非規(guī)范表,包含大量的低粒度的文本屬性。

          我們的圖中的用戶表、商家表、時間表這些都屬于維度表,這些表都有一個唯一的主鍵,然后在表中存放了詳細的數據信息。


          -     實踐    -


          下面我們將以電商為例,詳細講一下維度建模的建模方式,并舉例如果使用這個模型(這點還是很重要的)。


          一、業(yè)務場景


          假設我們在一家電商網站工作,比如某寶、某東。我們需要對這里業(yè)務進行建模。

          下面我們分析幾點業(yè)務場景:

          1. 電商網站中最典型的場景就是用戶的購買行為。
          2. 一次購買行為的發(fā)起需要有這幾個個體的參與:購買者、商家、商品、購買時間、訂單金額。
          3. 一個用戶可以發(fā)起很多次購買的動作。

          好,基于這幾點,我們來設計我們的模型。


          -     模型設計    -


          下面就是我們設計出來的數據模型,和之前的基本一樣,只不過是換成了英文,主要是為了后面寫sql的時候來用。


          我就不再解釋每個表的作用了,現在只說一下為什么要這樣設計。

          首先,我們想一下,如果我們不這樣設計的話,我們一般會怎么做?

          如果是我,我會設計下面這張表。你信不信,我能列出來50個字段!其實我個人認為怎么設計這種表都有其合理性,我們不論對錯,單說一下兩者的優(yōu)缺點。


          先說我們的維度模型:
          1. 數據冗余小(因為很多具體的信息都存在相應的維度表中了,比如用戶信息就只有一份);
          2. 結構清晰(表結構一目了然);
          3. 便于做OLAP分析(數據分析用起來會很開心);
          4. 增加使用成本,比如查詢時要關聯多張表;
          5. 數據不一致,比如用戶發(fā)起購買行為的時候的數據,和我們維度表里面存放的數據不一致。

          再說我們這張大款表的優(yōu)缺點:
          1. 業(yè)務直觀,在做業(yè)務的時候,這種表特別方便,直接能對到業(yè)務中;
          2. 使用方便,寫sql的時候很方便;
          3. 數據冗余巨大,真的很大,在幾億的用戶規(guī)模下,他的訂單行為會很恐怖;
          4. 粒度僵硬,什么都寫死了,這張表的可復用性太低。



          -     使用示例    -


          數據模型的建立必須要為更好的應用來服務,下面我先舉一個例子,來切實地感受一下來怎么用我們的模型。

          需求:求出2016年在帝都的男性用戶購買的LV品牌商品的總價格。

          實現:

            SELECT
          SUM(order.money)
          FROM
          order,
          product,
          date,
          address,
          user,
          WHERE
          date.year = '2016'
          AND user.sex = 'male'
          AND address.province = '帝都'
          AND product.name = 'LV'



          -     總結    -


          維度建模是一種十分優(yōu)秀的建模方式,他有很多的優(yōu)點,但是我們在實際工作中也很難完全按照它的方式來實現,都會有所取舍,比如說為了業(yè)務我們還是會需要一些寬表,有時候還會有很多的數據冗余。


          作者:dantezhao

          來源:https://segmentfault.com/a/1190000009025573

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