数仓理论基础

引用：尚硅谷电商数仓

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什么是数仓？

存储数据、具备管理 分析能力，为企业做决策提供数据依据。

数据仓库的主体 hive

两种建模方式： ER和维度

ER模型

实体关系模型： 将复杂的数据抽象为 实体和关系。实体表示一个对象，关系指的是两个实体之间的关系，比如学生和班级之间的从属关系。

举例：学生管理系统 管理学生和班级的信息

1.抽取实体： 学生、班级

2.实体关系模型 一对多 画图 ER图

3.建表，通常一个实体对应一张表，通过外键进行关联，通常在多的一侧加外键，比如在学生一侧加上班级信息

多对多关系模型，比如说又加了一个学生选课信息

学生表和选课表是多对多的关系，一个学生可以选多门课，一门课可以被多个学生选。

处理多对多的表一般需要加一个中间表。 学生id 和选课id

数据库规范化

范式：normal form 有6种

函数：一个x对应一个y

• 完全函数依赖：f(x,y)=z 必须通过x，y得到一个z，z完全依赖于x y
• 部分函数依赖 f(x,y)=z z部分函数依赖于 x y k
• 传递函数依赖

第一范式

属性不可切割，指的是实体的属性。（也就是列不可再分）

比如5台电脑 可以被拆成数量5 和电脑

第二范式

不能存在 非主键字段 部分函数依赖于主键字段

比如上面这张表中 联合主键字段是 学号+课名，分数完全依赖于学号+课名，但是姓名部分依赖于学号，所以不满足第二范式。解决方案是把表拆成两个。能够部分减少函数冗余。

但也存在冗余 比如说 经济系和王强存储了两份数据了。

第三范式

不能存在非主键字段传递函数依赖于主键字段

学号能够推出系名—系名能够推出系主任

这种数据建模的主要目的主要是减少数据冗余，保证数据的一致性并不适合用于分析统计。

维度模型

通过事实和维度进行呈现。

事实通常对应业务过程，例如下单、支付、加入购物车等

维度：业务过程发生时所处的环境，客观的事物（时间、地点等）、用户信息

如上图所示，中间的是事实表，旁边的一圈是维度表

事实表

事实表：包含两个维度外键和度量值

维度外键：和其他表关联的外键id

度量：（量化业务过程 比如下单金额 下单数量）

事实表的特点是细长，因为记录了一些事实信息，会有很多，行的增速会比较快。

事实表分类：事务型事实表、周期型快照事实表、累积型快照事实表

事务型事实表

• 事务型事实表：对应一个过程，保存最细粒度操作时间

最细粒度，能满足更多的需求。如何理解呢？ 如果订单事实表中只有支付金额，没有具体购买数量，那么就无法满足统计购买总量的需求。

设计流程

遵循以下4个步骤

选择业务过程→声明粒度→确认维度→确认事实

1.选择业务过程

根据业务需求，比如下单、付款、退单等

2.声明粒度

粒度要尽可能细，即每行数据表示什么。比如订单表中最细粒度要到一行数据表示一个sku

3.确定维度

确定每张事务型事实表相关的维度有哪些。即时间、地点、人物等信息

维度的丰富程度决定了指标的丰富程度，比如按时间统计、按地点统计等

4.确认事实

事实就是每个业务过程的度量值，比如金额、个数、次数等可累加的值

不足

• 存量型指标的统计效率较低

  如何理解？ 什么是存量型指标，比如说京东的京豆，主要包括获取京豆和消费京豆，设计到两张事实表。A表示获取京豆的事实表，B表示消费京豆的事实表。

  需求：统计截止当日所有用户的剩余京豆的数量。

  思路：需要关联两张事实表A.B，做一个聚合操作，事实表通常是比较大的，所以效率比较低。

• 多事务关联统计

  需求：统计近30天用户从下单到支付的平均时间间隔。

  思路：关联下单事实表和支付事实表，按照订单id进行join，支付时间减去下单时间，再求平均值。需要大表join大表，效率也会比较低。

周期快照事实表

周期性打快照，保存某一个表（mysql 中的表）的当前状态，通常是一个分区表，一天一个分区。直接同步现有的结果，从结果中拿数据。

典型指标：

• 存量型：如账户余额 商品库存等。业务系统中会有对应的此表，直接同步过来即可，以满足存量型指标的统计。
• 状态型：温度、形式速度等。变化的值通常是连续的，无法捕获原子事务操作，只能定期采样。

设计流程

确定粒度→确认事实

1.确定粒度

采样周期和维度确定粒度。

采样周期一般是天

维度是要统计的指标，例：统计每个仓库每种商品的库存。

这样就能确定粒度：每天的每个仓库的商品库存

2.确认事实

根据统计指标确定，如商品、仓库

事实类型

可加事实：可按照维度表进行累加。

半可加事实：只能按照一部分维度累加是有意义的，周期快照事实表都是半可加事实。 日期+仓库+商品维度 放的是存量信息 按照日期累加是没有意义的。

不可加事实：比率型事实。比率相加会超过1，但是比率不可能会超过1，一般要避免这种表的出现。可以把比率转换成分子和分母。

累积型快照事实表

基于一个业务流程的多个业务过程。

通常具有多个日期字段。数据不是一次性写完的，如下表

订单id	用户id	下单日期	支付日期	发货日期	确认收货日期	订单金额	支付金额
1001	1234	2020-06-14	2020-06-15	2020-06-16	2020-06-17	1000	1000

发货、收获日期等都是后来才写入的。主要是用户满足时间间隔需求，比如前文提到的平均时间。

设计流程

选择业务过程→ 确认粒度 →确认维度 → 确认事实

1.选择业务过程

对应了多个业务过程，例如上表中的下单-支付-发货-确认收货

2.确认粒度

事实表的一行的数据表示粒度

3.确认维度

与业务过程相关的维度，这里每个业务过程都有一个日期维度

4.确认事实

各业务过程的度量值，比如上表中的订单金额、支付金额。

维度表

事实表周围得一圈就是维度表，一个维度表得基本组成就是一个主键字段和各种维度字段。

设计步骤

确定维度表->确定主维表和相关维表->确定维度属性

1. 确定维度表

与事实相关得维度都要确定。某些维度比较少，可以直接在事实表中增加字段。比如支付方式 只有微信、支付宝、银联等 可以在事实表中增加响应得字段。这个操作叫做维度退化

为什么要维度退化？找到如下的解释

因为简单的模式比复杂的更容易理解，也有更好的查询性能。

应该就是减少了join操作吧。

2. 确定主维表和相关维表

主维表：

3. 确定维度属性

就是确定维度表字段，维度属性就是主维表和相关维表的一些字段。

需要遵循以下需求：

• 尽可能多的维度属性
• 尽量不适用编码，使用文字说明，比如支付方式1表示支付宝，一般存储支付宝
• 某个经常用的维度属性可以提前拼接

设计要点

• 规范化 与反规范化

星型模型和雪花模型：区别就是对于维度表是否进行规范化设计

规范化设计得到的是雪花模型。比较接近范式建模，维度表会被拆分的比较细。

反规范化设计得到的是星型模型。

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• 维度变化

  维度会改变的，我们需要保存历史维度数据或者说是状态，有两种方法。全量快照表和拉链表

  • 全量快照表

    每天全量同步，保存一份维度数据。浪费点存储空间

  • 拉链表

    记录生命周期，状态改变了，就新增一条记录。如下表

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    节省了存储空间，比较适合与变化不大的维度表。如下表，手机号码变化不大，每天全量快照会浪费比较多的存储

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    缺点就是制作起来比较麻烦，在存储成本较低的今天，更多的是采用全量快照表的方式。

• 多值维度

  一条记录对应多种维度，如一个订单对应多种商品，如何解决呢？

  • 降低事实表的粒度，让一个订单对应一个商品项
  • 事实表中增加字段，前提是维度个数固定

• 多值属性

  维度表的某个属性有多个值，比如一个手机可以有 品牌、内存、CPU等属性

  解决办法

  • 将多值属性放到一个字段，用key value表示 “k1:v1,k2:v2”
  • 将多值放到多个字段，前提是属性个数固定

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