作者 | 傅一平

來源 | 與數(shù)據(jù)同行

今天跟著我來學(xué)學(xué)數(shù)據(jù)倉庫的基礎(chǔ)知識，希望你結(jié)合案例可以把它吃透。

一、數(shù)據(jù)倉庫建模的意義

如果把數(shù)據(jù)看作圖書館里的書，我們希望看到它們在書架上分門別類地放置；如果把數(shù)據(jù)看作城市的建筑，我們希望城市規(guī)劃布局合理；如果把數(shù)據(jù)看作電腦文件和文件夾，我們希望按照自己的習(xí)慣有很好的文件夾組織方式，而不是糟糕混亂的桌面，經(jīng)常為找一個文件而不知所措。

數(shù)據(jù)模型就是數(shù)據(jù)組織和存儲方法，它強調(diào)從業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)存取和使用角度合理存儲數(shù)據(jù)。Linux的創(chuàng)始人Torvalds有一段關(guān)于“什么才是優(yōu)秀程序員”的話：“爛程序員關(guān)心的是代碼，好程序員關(guān)心的是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和它們之間的關(guān)系”，最能夠說明數(shù)據(jù)模型的重要性。

只有數(shù)據(jù)模型將數(shù)據(jù)有序的組織和存儲起來之后，大數(shù)據(jù)才能得到高性能、低成本、高效率、高質(zhì)量的使用。

性能：幫助我們快速查詢所需要的數(shù)據(jù)，減少數(shù)據(jù)的I/O吞吐，提高使用數(shù)據(jù)的效率，如寬表。

成本：極大地減少不必要的數(shù)據(jù)冗余，也能實現(xiàn)計算結(jié)果復(fù)用，極大地降低存儲和計算成本。

效率：在業(yè)務(wù)或系統(tǒng)發(fā)生變化時，可以保持穩(wěn)定或很容易擴展，提高數(shù)據(jù)穩(wěn)定性和連續(xù)性。

質(zhì)量：良好的數(shù)據(jù)模型能改善數(shù)據(jù)統(tǒng)計口徑的不一致性，減少數(shù)據(jù)計算錯誤的可能性。數(shù)據(jù)模型能夠促進業(yè)務(wù)與技術(shù)進行有效溝通，形成對主要業(yè)務(wù)定義和術(shù)語的統(tǒng)一認識，具有跨部門、中性的特征，可以表達和涵蓋所有的業(yè)務(wù)。

大數(shù)據(jù)系統(tǒng)需要數(shù)據(jù)模型方法來幫助更好地組織和存儲數(shù)據(jù)，以便在性能、成本、效率和質(zhì)量之間取得最佳平衡！

下圖是個示例，通過統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型，屏蔽數(shù)據(jù)源變化對業(yè)務(wù)的影響，保證業(yè)務(wù)的穩(wěn)定，表述了數(shù)據(jù)倉庫模型的一種價值：

二、數(shù)據(jù)倉庫分層的設(shè)計

為了實現(xiàn)以上的目的，數(shù)據(jù)倉庫一般要進行分層的設(shè)計，其能帶來五大好處：

清晰數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：每一個數(shù)據(jù)分層都有它的作用域，這樣我們在使用表的時候能更方便地定位和理解。

數(shù)據(jù)血緣追蹤：能夠快速準(zhǔn)確地定位到問題，并清楚它的危害范圍。

減少重復(fù)開發(fā)：規(guī)范數(shù)據(jù)分層，開發(fā)一些通用的中間層數(shù)據(jù)，能夠減少極大的重復(fù)計算。

把復(fù)雜問題簡單化：將復(fù)雜的任務(wù)分解成多個步驟來完成，每一層只處理單一的步驟，比較簡單和容易理解。當(dāng)數(shù)據(jù)出現(xiàn)問題之后，不用修復(fù)所有的數(shù)據(jù)，只需要從有問題的步驟開始修復(fù)。

屏蔽原始數(shù)據(jù)的異常：不必改一次業(yè)務(wù)就需要重新接入數(shù)據(jù)。

以下是我們的一種分層設(shè)計方法，數(shù)據(jù)緩沖區(qū)（ODS）的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與源系統(tǒng)完全一致?；A(chǔ)數(shù)據(jù)模型(DWD)和融合數(shù)據(jù)模型（DWI與DWA）是大數(shù)據(jù)平臺重點建設(shè)的數(shù)據(jù)模型。應(yīng)用層模型由各應(yīng)用按需自行建設(shè)，其中基礎(chǔ)數(shù)據(jù)模型一般采用ER模型，融合數(shù)據(jù)模型采用維度建模思路。

三、兩種經(jīng)典的數(shù)據(jù)倉庫建模方法

前面的分層設(shè)計中你會發(fā)現(xiàn)有兩種設(shè)計方法，關(guān)系建模和維度建模，下面分別簡單介紹其特點和適用場景。

1、維度建模

（1）定義

維度模型是數(shù)據(jù)倉庫領(lǐng)域另一位大師Ralph Kimball 所倡導(dǎo)的。維度建模以分析決策的需求出發(fā)構(gòu)建模型，構(gòu)建的數(shù)據(jù)模型為分析需求服務(wù)，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(fù)雜查詢的響應(yīng)性能，更直接面向業(yè)務(wù)。

典型的代表是我們比較熟知的星形模型：

維度退化

星型模型由一個事實表和一組維表組成。每個維表都有一個維作為主鍵，所有這些維的主鍵組合成事實表的主鍵。強調(diào)的是對維度進行預(yù)處理，將多個維度集合到一個事實表，形成一個寬表。

這也是我們在使用hive時，經(jīng)常會看到一些大寬表的原因，大寬表一般都是事實表，包含了維度關(guān)聯(lián)的主鍵和一些度量信息，而維度表則是事實表里面維度的具體信息，使用時候一般通過join來組合數(shù)據(jù)，相對來說對OLAP的分析比較方便。

（2）建模方法

通常需要選擇某個業(yè)務(wù)過程，然后圍繞該過程建立模型，其一般采用自底向上的方法，從明確關(guān)鍵業(yè)務(wù)過程開始，再到明確粒度，再到明確維度，最后明確事實，非常簡單易懂。

以下是阿里的OneData的建模工作流，可以參考。

（3）優(yōu)缺點

優(yōu)點：技術(shù)要求不高，快速上手，敏捷迭代，快速交付；更快速完成分析需求，較好的大規(guī)模復(fù)雜查詢的響應(yīng)性能

缺點：維度表的冗余會較多，視野狹窄

2、關(guān)系建模

（1）定義

是數(shù)據(jù)倉庫之父Inmon推崇的、從全企業(yè)的高度設(shè)計一個3NF模型的方法，用實體加關(guān)系描述的數(shù)據(jù)模型描述企業(yè)業(yè)務(wù)架構(gòu)，在范式理論上符合3NF，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(wù)流程的實體對象關(guān)系抽象。

它更多是面向數(shù)據(jù)的整合和一致性治理，正如Inmon所希望達到的“single version of the truth”。

當(dāng)有一個或多個維表沒有直接連接到事實表上，而是通過其他維表連接到事實表上時，其圖解就像多個雪花連接在一起，故稱雪花模型。

雪花模型是對星型模型的擴展。它對星型模型的維表進一步層次化，原有的各維表可能被擴展為小的事實表，形成一些局部的 "層次 " 區(qū)域，這些被分解的表都連接到主維度表而不是事實表。

雪花模型更加符合數(shù)據(jù)庫范式，減少數(shù)據(jù)冗余，但是在分析數(shù)據(jù)的時候，操作比較復(fù)雜，需要join的表比較多所以其性能并不一定比星型模型高。

（2）建模方法

關(guān)系建模常常需要全局考慮，要對上游業(yè)務(wù)系統(tǒng)的進行信息調(diào)研，以做到對其業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)的基本了解，要做到主題劃分，讓模型有清晰合理的實體關(guān)系體系，以下是方法的示意：

以下是中國移動的概念模型的一種示例，如果沒有自頂向下的視野，基本是總結(jié)不出來的：

（3）優(yōu)缺點

優(yōu)點：規(guī)范性較好，冗余小，數(shù)據(jù)集成和數(shù)據(jù)一致性方面得到重視，比如運營商可以參考國際電信運營業(yè)務(wù)流程規(guī)范（ETOM），有所謂的最佳實踐。

缺點：需要全面了解企業(yè)業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)和關(guān)系；實施周期非常長，成本昂貴；對建模人員的能力要求也非常高，容易爛尾。

3、建模方法比較

一般來講，維度模型簡單直觀，適合業(yè)務(wù)模式快速變化的行業(yè)，關(guān)系模型實現(xiàn)復(fù)雜，適合業(yè)務(wù)模式比較成熟的行業(yè)，阿里原來用關(guān)系建模，現(xiàn)在基本都是維度建模的方式了。

運營商以前都是關(guān)系建模，現(xiàn)在其實邊界越來越模糊，很多大數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)變化很快，采用維度建模也比較方便，不需要頂層設(shè)計。

四、企業(yè)建模的三點經(jīng)驗

維度建模就不說了，只要能理解業(yè)務(wù)過程和其中涉及的相關(guān)數(shù)據(jù)、維度就可以，但自頂向下的關(guān)系建模難度很大，以下是關(guān)系建模的三個建設(shè)要點。

1、業(yè)務(wù)的理解：找到企業(yè)內(nèi)最理解業(yè)務(wù)和源系統(tǒng)的人，梳理出現(xiàn)狀，比如運營商就要深刻理解三域（O/B/M），概念建模的挑戰(zhàn)就很大，現(xiàn)在做到B域的概念建模已經(jīng)很不容易。

2、數(shù)據(jù)及關(guān)系的理解：各個域的系統(tǒng)建設(shè)的時候沒有統(tǒng)一文檔和規(guī)范，要梳理出邏輯模型不容易，比如運營商的事件主題下的邏輯模型就非常復(fù)雜。

3、標(biāo)準(zhǔn)化的推進：數(shù)據(jù)倉庫建模的任何實體都需要標(biāo)準(zhǔn)化命名，否則未來的管理成本巨大，也是后續(xù)數(shù)據(jù)有效治理的基礎(chǔ)，以下是我們的一個命名規(guī)范示例：

五、推薦三本書

總而言之，你可以把我的文章當(dāng)成一個指引，具體還是要結(jié)合企業(yè)的實際去推進，但做事的時候要不忘建模的初心：即數(shù)據(jù)如何擺布才能提高支撐應(yīng)用的效率，手段上不用區(qū)分什么先進不先進，好用就成。