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  • 数仓建模之维度表设计

    什么是维度

    维度是维度建模的基础和灵魂。在维度建模中,将度量称为“事实” ,将环境描述为“维度”,维度是用于分析事实所需要的多样环境。

    例如,在分析交易过程时,可以通过买家、卖家、商品和时间等维度描述交易发生的环境。

    什么是维度属性

    维度所包含的表示维度的列,称为维度属性。维度属性是查询约束条件、分组和报表标签生成的基本来源,是数据易用性的关键。

    例如,在查询请求中,获取某类目的商品、正常状态的商品等,是通过约束商品类目属性和商品状态属性来实现的;统计淘宝不同商品类目的每日成交金额,是通过商品维度的类目属性进行分组的;我们在报表中看到的类目、BC 类型( B 指天猫, C 指集市)等,都是维度属性。

    维度属性的作用一般是查询约束、分类汇总以及排序等。

    维度的基本设计方法

    维度的设计过程就是确定维度属性的过程,如何生成维度属性,以及所生成的维度属性的优劣,决定了维度使用的方便性,成为数据仓库
    易用性的关键。

    以淘宝的商品维度为例对维度设计方法进行详细说明

    第一步:选择维度或新建维度

    作为维度建模的核心,在企业级数据仓库中必须保证维度的唯一性。

    以淘宝商品维度为例,有且只允许有一个维度定义。

    第二步:确定主维表

    此处的主维表一般是 ODS 表,直接与业务系统同步。

    以淘宝商品维度为例, s_a uction_ auctions 是与前台商品中心系统同步的商品表,此表即是主维表。

    第三步:确定相关维表

    数据仓库是业务源系统的数据整合,不同业务系统或者同一业务系统中的表之间存在关联性。根据对业务的梳理,确定哪些表和主维表存在关联关系,并选择其中的某些表用于生成维度属性。

    以淘宝商品维度为例,根据对业务逻辑的梳理,可以得到商品与类目、SPU 、卖家、店铺等维度存在关联关系。

    第四步:确定维度属性

    确定维度属性主要包括两个阶段:

    • 第一个阶段:是从主维表中选择维度属性或生成新的维度属性

    • 第二个阶段是从相关维表中选择维度属性或生成新的维度属性

      以淘宝商品维度为例,从主维表( s_auction_auctions )和类目、SPU 、卖家、店铺等相关维表中选择维度属性或生成新的维度属性。

    确定维度属性的几点提示:

    • 尽可能生成丰富的维度属性

      比如淘宝商品维度有近百个维度属性,为下游的数据统计、分析、探查提供了良好的基础。

    • 尽可能多地给出包括一些富有意义的文字性描述

      属性不应该是编码,而应该是真正的文字。

      在淘宝维度建模中,一般是编码和文字同时存在,比如商品维度中的商品ID 和商品标题、类目ID 和类目名称等。ID 一般用于不同表之间的关联,而名称一般用于报表标签。

    • 区分数值型属性和事实

      数值型宇段是作为事实还是维度属性,可以参考字段的一般用途。如果通常用于查询约束条件或分组统计,则是作为维度属性;如果通常用于参与度量的计算, 则是作为事实。

      比如商品价格,可以用于查询约束条件或统计价格区间的商品数量,此时是作为维度属性使用的;也可以用于统计某类目下商品的平均价格,此时是作为事实使用的。

      另外,如果数值型字段是离散值,则作为维度属性存在的可能性较大;如果数值型宇段是连续值,则作为度量存在的可能性较大,但并不绝对,需要同时参考宇段的具体用途。

    • 尽量沉淀出通用的维度属性

      有些维度属性获取需要进行比较复杂的逻辑处理,有些需要通过多表关联得到,或者通过单表的不同字段混合处理得到,或者通过对单表的某个字段进行解析得到。

      此时,需要将尽可能多的通用的维度属性进行沉淀。一方面,可以提高下游使用的方便性,减少复杂度;另一方面,可以避免下游使用解析时由于各自逻辑不同而导致口径不一致。

      例如,淘宝商品的 property 字段,使用 key:value 方式存储多个商品属性。商品品牌就存存储在此字段中,而商品品牌是重要的分组统计和查询约束的条件,所以需要将品牌解析出来,作为品牌属性存在。例如,商品是否在线,即在淘宝网站是否可以查看到此商品,是重要的查询约束的条件,但是无法直接获取,需要进行加工,加工逻辑是:商品状态为 0 和 l 且商品上架时间小于或等于当前时间,则是在线商品g 否则是非在线商品。

      所以需要封装商品是否在线的逻辑作为一个单独的属性字段

    维度的层次结构

    维度中的一些描述属性以层次方式或一对多的方式相互关联,可以被理解为包含连续主从关系的属性层次。

    层次的最底层代表维度中描述最低级别的详细信息,最高层代表最高级别的概要信息。维度常常有多个这样的嵌入式层次结构。

    比如淘宝商品维度,有卖家、类目、品牌等。商品属于类目,类目属于行业,其中类目的最低级别是叶子类目,叶子类目属于二级类目,二级类目属于一级类目。

    在属性的层次结构中进行钻取是数据钻取的方法之一,下面通过具体的例子,看看如何在层次结构中进行钻取。

    假设己有一个淘宝交易订单,创建事实表。现在统计2015 年“双 11 ”的下单 GMV , 得到一行记录;沿着层次向下钻取,添加行业,得
    到行业实例个数的记录数;继续沿着层次向下钻取,添加一级类目,得到一级类目实例个数的记录数。可以看到,通过向报表中添加连续的维度细节级别,实现在层次结构中进行钻取。

    • 最高层次的统计

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    • 钻取至行业层次

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    • 钻取至一级类目层次

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    雪花模型(规范化)

    当属性层次被实例化为一系列维度,而不是单一的维度时,被称为雪花模式。

    大多数联机事务处理系统( OLTP )的底层数据结构在设计时采用此种规范化技术,通过规范化处理将重复属性移至其自身所属的
    表中,删除冗余数据。这种方法用在 OLTP 系统中可以有效避免数据冗余导致的不一致性。

    比如在 OLTP 系统中,存在商品表和类目表,且商品表中有冗余的类目表的属性字段,假设对某类目进行更新,则必须更新商品表和类目
    表,且由于商品和类目是一对多的关系,商品表可能每次需要更新几十万甚至上百万条记录,这是不合理的。而对于联机分析处理系统( OLAP)来说,数据是稳定的,不存在OLTP 系统中所存在的问题。

    对于淘系商品维度,如果采用雪花模式进行规范化处理,将表现为如下形式:

    image-20210609202736996

    星型模型(反规范化)

    将维度的属性层次合并到单个维度中的操作称为反规范化。

    分析系统的主要目的是用于数据分析和统计,如何更方便用户进行统计分析决定了分析系统的优劣。采用雪花模式,用户在统计分析的过程中需要大量的关联操作,使用复杂度高,同时查询性能很差;而采用反规范化处理,则方便、易用且性能好。

    对于淘宝商品维度,如果采用反规范化处理,将表现为如下形式:

    image-20210609202906920

    从用户角度来看简化了模型,并且使数据库查询优化器的连接路径比完全规范化的模型简化许多。反规范化的维度仍包含与规
    范化模型同样的信息和关系,从分析角度来看,没有丢失任何信息,但复杂性降低了。

    采用雪花模式,除了可以节约一部分存储外,对于OLAP 系统来说没有其他效用。而现阶段存储的成本非常低。出于易用性和性能的考虑,维表一般是很不规范化的。在实际应用中,几乎总是使用维表的空间来换取简明性和查询性能。

    作者:Binge
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