大数据项目 星型模型 雪花模型 星座模型 大部分公司更偏向哪种模型

这是一个非常好的问题,因为它触及了数据仓库建模的核心设计决策。简单直接的回答是:

绝大多数公司在大数据项目中更偏向于使用“星座模型”(Galaxy Schema),因为它本质上是多个星型模型的组合,兼具灵活性和性能,是构建企业级数据仓库(EDW)和数据平台最常用、最实用的模型。

下面我将详细解释为什么,并对比这三种模型的优缺点和适用场景。


1. 三种模型的核心概念

  • 星型模型(Star Schema)

    • 结构:一个中心的事实表(Fact Table),周围环绕着多个维度表(Dimension Table)。维度表直接与事实表相连,没有进一步的规范化。
    • 特点非规范化(Denormalized),结构简单,像一颗星星。
  • 雪花模型(Snowflake Schema)

    • 结构:是星型模型的规范化版本。维度表被拆分成多个相关的子维度表,形成树状分支结构。
    • 特点规范化(Normalized),减少了数据冗余,但结构更复杂。
  • 星座模型(Galaxy Schema / Fact Constellation)

    • 结构多个事实表共享多个维度表。你可以把它理解为多个星型模型通过共享的维度表(称为“一致维度”)连接在一起,形成了一个星座网络。
    • 特点是星型和雪花的结合与扩展,支持更复杂的业务分析需求。

2. 为什么星座模型成为主流选择?

星座模型之所以受到大多数公司的青睐,并非因为它完美无缺,而是因为它在性能、灵活性和可维护性之间取得了最佳平衡,完美契合了企业复杂的分析需求。

  1. 支持复杂的业务逻辑和跨主题分析

    • 现代企业需要分析的不是单一业务过程。例如,电商公司需要同时分析“销售”、“库存”、“物流”、“用户行为”等多个主题域。
    • 星座模型允许为“销售”创建一个星型模型(事实表:销售记录),为“库存”创建另一个星型模型(事实表:库存快照)。这两个模型可以共享“日期”、“产品”、“仓库”等维度表。这使得跨主题分析(如“分析畅销品与库存周转率的关系”)变得非常高效和直接。
  2. 重用一致维度,保证数据一致性

    • 这是星座模型的核心优势。共享的维度被称为“一致维度”(Conformed Dimension)。
    • 这意味着在整个企业数据仓库中,“产品”的定义、ID和属性在所有事实表中都是一致的。这解决了数据孤岛问题,确保了“单一事实来源”,使得不同团队的分析结果可以相互比对和集成。
  3. 在性能和复杂度之间取得平衡

    • 性能:针对单个业务过程的查询,其性能与星型模型无异(因为每个子模型本身就是一个星型)。针对跨事实表的联合查询,性能也优于完全规范化的雪花模型,因为不需要连接多层表。
    • 复杂度:虽然比单一的星型模型复杂,但远优于全局性的雪花模型。它的复杂度是模块化的,更容易管理和扩展。
  4. 易于理解和扩展

    • 对于数据分析师和业务人员来说,理解单个星型模型非常简单。星座模型只是将多个简单的星型模型组合起来,逻辑依然清晰。
    • 当业务增加新的分析需求时,只需要增加新的事实表或扩展现有的维度表即可,而无需推翻重来,扩展性极佳。

3. 对比总结与公司选择倾向

模型优点缺点适用场景公司倾向
星型模型查询简单、性能极高、易于理解和构建数据冗余、灵活性差,难以支持复杂业务部门级数据集市(Data Mart),特定的、简单的分析场景较少作为企业级核心模型,常作为星座的一部分
雪花模型减少数据冗余、节省存储、符合范式理论查询复杂、性能较低(需要多表连接)、难以理解对数据存储空间极其敏感的场景;某些OLTP系统过渡到数据仓库的中间形态使用较少。在大数据领域,存储成本远低于计算成本,牺牲性能省存储不划算
星座模型灵活性高、支持复杂分析、保证数据一致性、性能和扩展性俱佳设计难度最大、需要良好的全局规划和维度管理企业级数据仓库(EDW)、大数据平台、数据湖库(Lakehouse)的核心模型绝对的主流和首选,尤其是中大型公司

4. 补充说明:现代大数据技术的影响

现代大数据技术(如Hadoop, Spark, Presto/Trino, Hive, ClickHouse等)进一步强化了星座模型的地位:

  • 存储成本低廉:使得星型模型的“数据冗余”缺点变得无关紧要。
  • 计算能力强大:但即便如此,减少不必要的连接仍然是提升性能的关键原则。星座模型通过共享维度表,最大限度地减少了跨模型分析时所需的连接次数。
  • 维度建模理论成熟:Kimball的维度建模方法论(其核心产出就是星座模型)经历了数十年考验,被证明是面向分析的最佳实践。

结论

对于大多数公司,尤其是业务复杂的中大型企业,在大数据项目中通常会遵循以下路径:

  1. 采用星座模型作为整个数据仓库的顶层逻辑模型。
  2. 其中的每个业务主题或数据域内部采用星型模型进行构建。
  3. 通过设计和管理一致维度(如日期、客户、产品等),将这些星型模型整合成一个大星座。

因此,虽然你问的是三种模型,但公司的选择并不是非此即彼。星座模型实际上是星型模型在企业级应用中的必然演进结果,它吸收了星型的性能优势,并通过共享维度解决了企业级集成问题,从而成为了业界事实上的标准。

### 星型模型雪花模型和事实星座模型的概念及区别 #### 星型模式 (Star Schema) 星型模式是最简单的数据仓库建模技术之一。这种结构由一个位于中心的事实表和多个维度表组成,这些维度表直接连接到事实表上,形成星星形状的图示[^1]。 - **优点** - 查询性能高:由于其简单性和较少的联接操作,查询速度较快。 - 设计容易理解:对于业务分析师来说直观易懂。 - **缺点** - 数据冗余度较高:为了简化查询而牺牲了一定程度上的规范化设计原则。 ```sql SELECT d.date_name, p.product_name, SUM(f.sales_amount) FROM sales_fact f JOIN date_dim d ON f.date_key = d.date_key JOIN product_dim p ON f.product_key = p.product_key; ``` #### 雪花模式 (Snowflake Schema) 相较于星型模式而言,雪花模式进一步对各个维度进行了分解,使得每个子维度都独立存储在一个单独的表格里,从而形成了加复杂的树状结构。 - **优点** - 减少了数据重复率:通过增加额外层次来减少冗余字段的数量。 - 好的维护性:当某个特定领域发生变化时只需新相应的分支部分即可。 - **缺点** - 查询效率较低:因为涉及到多的外键关联,在执行复杂查询时可能会变慢。 - 增加了系统的复杂度:需要管理多数量的小规模表单。 ```sql SELECT d.date_name, pc.category_name, ps.subcategory_name, SUM(f.sales_amount) FROM sales_fact f JOIN date_dim d ON f.date_key = d.date_key JOIN product_subcategory_dim ps ON f.product_subcategory_key = ps.product_subcategory_key JOIN product_category_dim pc ON ps.product_category_key = pc.product_category_key; ``` #### 事实星座模式 (Fact Constellation Schema) 事实星座模式也被称为多维簇群或多主题区域架构,它允许存在多个相互之间有关联但又各自独立的事实表共享一组共同的核心维度表。 - **优点** - 支持广泛的数据分析需求:可以处理跨不同业务流程之间的关系。 - 提供高的灵活性:能够轻松扩展新的实体而不影响现有结构。 - **缺点** - 复杂性的提升:随着加入越来越多的不同类型的事件记录,整体逻辑会变得加难以掌握。 - 维护成本上升:保持各组成部分同步一致的工作量较大。 ```sql SELECT c.customer_name, o.order_date, i.invoice_total FROM customer_dim c JOIN order_fact o ON c.customer_key = o.customer_key JOIN invoice_fact i ON o.order_key = i.order_key; ```
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