Files
de-roadmap/dwh-modeling/dwh-modeling-plan3.md
T

571 lines
22 KiB
Markdown

# Модели данных и слои DWH (для менти)
**Цель и аудитория:** эта статья для начинающих аналитиков/инженеров данных, которые уже умеют базовый SQL (SELECT/JOIN/GROUP BY/WHERE) и переходят к моделированию данных и архитектуре хранилища (Data Warehouse, DWH). Здесь даём общее представление: **зачем слои**, **что такое модели**, **чем они отличаются**, где обычно живут **факты/измерения/SCD**. **Выбор модели** в продакшен за вас делать не будем — на этом этапе важно понять, *зачем разные модели существуют* и *какие задачи они решают*.
---
## ЧАСТЬ A. Исходный черновик статьи (переделан в чистовик с лёгкой правкой опечаток)
Ниже — аккуратно отредактированная версия вашего плана с диаграммами Mermaid. Сохранили исходную структуру и формулировки, поправили опечатки и выровняли стиль именования.
---
# **Структура статьи про хранилище данных**
1. Введение. Проблема аналитики в OLTP
2. Учебный пример. Интернет-магазин
3. Архитектура. Зачем слои?
4. Путешествие данных. STG → ODS → DDS → DM
5. Базовые понятия. Факты, Измерения, SCD
6. Модели данных. 3NF, Data Vault, Звезда
7. Практикум. Собираем витрину
8. Зачем разные модели (демо-«дерево решений»)
9. Эксплуатация. Качество и эволюция
10. Заключение
> Примечание про Mermaid: диаграммы `mindmap` и `quadrantChart` поддерживаются не всеми рендерами. Если планируете публикацию на площадке со строгим Markdown (например, Habr), оставьте текстовую альтернативу.
---
## **1. Введение: аналитика — это не оперативный учёт**
**OLTP (оперативный учёт)**: CRM, заказы, склад.
**DWH (аналитическое хранилище)**: единая модель для анализа.
Проблема: в OLTP для исторической аналитики — сложные JOIN, тяжёлые агрегации, нестабильная производительность.
**Особенности DWH**:
* Слоистая архитектура
* Оптимизированные под аналитику модели
**Ключевые тезисы**:
* OLTP vs OLAP: транзакции против анализа
* Почему «одна большая таблица» не работает на истории
* 3 преимущества слоёв: управляемость, производительность, прозрачность
---
## **2. Учебный пример: интернет-магазин**
ER-диаграмма сущностей источника (упрощённо):
```mermaid
erDiagram
CUSTOMER ||--o{ ORDER : places
ORDER ||--|{ ORDER_ITEM : contains
PRODUCT ||--o{ ORDER_ITEM : referenced
PRODUCT ||--o{ PRICE : has
PROMO ||--o{ ORDER_ITEM : applied
CUSTOMER {
int customer_id PK
string email
string phone
}
PRODUCT {
int product_id PK
string name
}
ORDER {
int order_id PK
date order_date
int customer_id FK
}
ORDER_ITEM {
int order_item_id PK
int order_id FK
int product_id FK
int qty
numeric price_at_sale
}
PRICE {
int product_id FK
date valid_from
date valid_to
numeric price
}
PROMO {
int promo_id PK
string code
}
```
---
## **3. Архитектура хранилища: зачем делить на слои?**
```mermaid
flowchart TD
subgraph Sources[Источники OLTP]
A[CRM]
B[Заказы]
C[Склад]
end
A --> STG
B --> STG
C --> STG
subgraph STG[STG (Bronze) — сырые данные]
D[Таблицы-клоны \n неизменяемые/переигрузка]
end
STG --> ODS
subgraph ODS[ODS (Silver) — очищенные]
E[Типизация, валидация, \n стандартизация кодов]
end
ODS --> DDS
subgraph DDS[DDS — интегрированная модель]
F[Бизнес-сущности, SK/BK, SCD]
end
DDS --> DM
subgraph DM[DM (Gold) — витрины]
G[Звезда/Снежинка, агрегаты]
end
DM --> BI[BI/Отчёты]
```
---
## **4. Путешествие данных по слоям**
```mermaid
flowchart LR
subgraph STG[STG — сырьё]
A[raw_orders.json]
B[raw_customers.csv]
C[Формат как в источнике]
end
subgraph ODS[ODS — очистка]
D[stg_orders]
E[stg_customers]
F[Типизация, валидация]
end
subgraph DDS[DDS — интеграция]
G[dim_customer — SCD2]
H[fact_orders — с суррогатными ключами]
end
subgraph DM[DM — готовые решения]
I[mart_sales — агрегаты]
J[mart_customer_360]
end
STG --> ODS
ODS --> DDS
DDS --> DM
```
### 4.1 STG (Staging/Bronze)
Коротко: «как пришло». Идемпотентность, дедупликация, неизменяемость/переигрузка.
### 4.2 ODS (Operational Data Store/Silver)
Коротко: чистка и выравнивание типов, базовая унификация кодов, ещё без тяжёлой бизнес-логики.
### 4.3 DDS (Integrated/Conformed)
Коротко: интеграция источников, общие справочники, SK/BK, SCD. Здесь живут модели данных (3NF/DV/Anchor/Star).
### 4.4 DM (Data Marts/Gold)
Коротко: модели под задачи BI (звезда/снежинка). Агрегаты, материализации.
---
## **5. Базовые понятия: факты, измерения, ключи**
```mermaid
erDiagram
dim_date ||--o{ fact_sales : "дата"
dim_customer ||--o{ fact_sales : "клиент"
dim_product ||--o{ fact_sales : "товар"
dim_customer {
bigint customer_sk PK
varchar customer_bk
varchar customer_name
varchar email
date valid_from
date valid_to
boolean is_current
}
fact_sales {
bigint sale_id PK
bigint customer_sk FK
bigint product_sk FK
int date_sk FK
int quantity
decimal amount
}
```
**SCD Type 2 — визуализация истории:**
```mermaid
gantt
title SCD Type 2: История изменений клиента (ID = 123)
dateFormat YYYY-MM-DD
axisFormat %Y-%m
section Москва, premium@email.com
Версия 1 :active, 2023-01-01, 2023-05-15
section Москва, new_premium@email.com
Версия 2 :active, 2023-05-16, 2023-09-30
section Санкт-Петербург, new_premium@email.com
Версия 3 :active, 2023-10-01, 2024-12-31
```
---
## **6. Модели данных для DDS**
### 3NF (третья нормальная форма)
Классическая нормализованная модель, сильная целостность и интеграция, но SQL для аналитики сложнее.
### Снежинка (Snowflake)
Нормализованные измерения поверх звезды — компромисс между читаемостью и дублированием.
### Звезда (Star Schema)
Факт + денормализованные измерения — просто и быстро для BI/SQL.
### **Data Vault 2.0**
```mermaid
erDiagram
HUB_CUSTOMER ||--o{ SAT_CUSTOMER : has_history
HUB_ORDER ||--o{ SAT_ORDER : has_history
HUB_PRODUCT ||--o{ SAT_PRODUCT : has_history
HUB_CUSTOMER ||--o{ LNK_ORDER_CUSTOMER : participates
HUB_ORDER ||--o{ LNK_ORDER_CUSTOMER : includes
HUB_ORDER ||--o{ LNK_ORDER_PRODUCT : contains
HUB_PRODUCT ||--o{ LNK_ORDER_PRODUCT : involved
HUB_CUSTOMER {
string customer_hk PK
string customer_bk
datetime load_dts
string src
}
LNK_ORDER_PRODUCT {
string order_product_hk PK
string order_hk FK
string product_hk FK
datetime load_dts
string src
}
SAT_CUSTOMER {
string customer_hk PK,FK
datetime load_dts PK
string email
string phone
string city
hashdiff hash
}
```
Коротко: хабы (BK), линки (связи), сателлиты (история атрибутов). Этот раздел обзорный.
### Anchor Modeling (анкерное моделирование)
Атомарная декомпозиция сущностей и атрибутов, гибкая эволюция схемы; высокая гранулярность усложняет чтение.
> **Сравнение (интуитивно):** Звезда — проще/быстрее для BI; 3NF — целостность и интеграция; DV/Anchor — масштабируемая интеграция из многих источников и «история по умолчанию», но сложнее читать и писать.
---
## **7. Практикум: собираем витрину**
```mermaid
flowchart TD
A[Источники] --> STG
STG[STG: сырые заказы, товары] --> ODS
ODS[ODS: очищенные данные] --> DDS
subgraph DDS[DDS: интегрированная модель]
B[dim_customer (SCD2)]
C[dim_product]
D[dim_date]
E[fact_sales]
end
DDS --> F{Сборка витрины}
F --> G[mart_daily_sales]
F --> H[mart_customer_lifetime]
G --> I[Дашборд продаж]
H --> J[Отчёт по клиентам]
```
**Пример SQL для витрины:**
```sql
-- Витрина ежедневных продаж (пример)
CREATE TABLE mart_daily_sales AS
SELECT
d.date,
p.product_name,
c.customer_segment,
SUM(f.quantity) AS total_quantity,
SUM(f.amount) AS total_amount
FROM fact_sales f
JOIN dim_date d ON f.date_sk = d.date_sk
JOIN dim_product p ON f.product_sk = p.product_sk
JOIN dim_customer c ON f.customer_sk = c.customer_sk AND c.is_current = TRUE
GROUP BY d.date, p.product_name, c.customer_segment;
```
---
## **9. Эксплуатация: качество и эволюция**
```mermaid
graph TB
A[Данные] --> B{Контроль качества}
B --> C[Проверка уникальности]
B --> D[Проверка полноты]
B --> E[Валидация форматов]
B --> F[Свежесть данных]
C --> G[✅ Успех]
D --> G
E --> G
F --> G
C --> H[❌ Ошибка]
D --> H
E --> H
F --> H
G --> I[Загрузка в слой]
H --> J[Оповещение и остановка]
```
---
## **10. Заключение: главное — понимать «почему»**
Ключевые идеи: разделение на слои (STG → ODS → DDS → DM), разные модели для разных задач (3NF, Star, DV, Anchor), факты/измерения/SCD, итеративная сборка витрин под конкретные вопросы бизнеса.
---
## ЧАСТЬ B. Наши предложения к статье (что усилено и что добавить)
Ниже — блоки, которые можно встроить в соответствующие разделы или вынести в отдельные боксы/врезки.
### 1) Рамочный ввод «что вы знаете / что узнаете / чего не будет»
* **Уже умеете:** SQL-основы (SELECT/JOIN/GROUP BY), простые агрегаты.
* **Узнаете:** слои (STG/ODS/DDS/DM), модели (3NF/Star/DV/Anchor), SCD и суррогатные ключи.
* **Не рассматриваем здесь:** физический дизайн, производительность, партиционирование, распределённые кластеры — это отдельная тема.
### 2) Мини-глоссарий RU/EN (по 1–2 строки)
* **Слой (Layer)** — логический уровень в DWH: STG/ODS/DDS/DM.
* **Витрина (Data Mart)** — предметно-ориентированный набор таблиц/представлений для конкретной аналитики.
* **Факт (Fact)** — таблица событий/измерений величин (кол-во, сумма).
* **Измерение (Dimension)** — справочник контекста фактов (клиенты, товары, даты).
* **Суррогатный ключ (Surrogate Key, SK)** — искусственный технический ключ (int/bigint).
* **Бизнес-ключ (Business Key, BK)** — естественный ключ из источника (например, `customer_id`).
* **SCD (Slowly Changing Dimension)** — подход к хранению истории атрибутов измерения.
* **CDC (Change Data Capture)** — техника инкрементальной загрузки изменений.
* **Conformed Dimension** — «конформное» измерение, общее для нескольких витрин.
### 3) Отображение синонимов слоёв
* **STG (Bronze)** → **ODS (Silver)****DDS (Conformed/Core)****DM (Gold)**.
### 4) «Правила слоя» — короткие чек-листы
* **STG (Bronze):** как пришло; неизменяемо/переигрузка; идемпотентность; дедуп по `(BK, load_ts)`; только тех. обогащения (например, `_ingest_id`).
* **ODS (Silver):** типизация; базовая очистка и стандартные коды; **без** тяжёлой бизнес-логики; стабильные схемы/имена.
* **DDS (Conformed/Core):** интеграция источников; единая терминология; SK/BK; SCD; здесь живут модели (3NF/Star/DV/Anchor).
* **DM (Gold):** под конкретные вопросы BI/продукта; агрегаты/материализации; доступные метрики и измерения.
### 5) Антипаттерны (короткий бокс)
* «Одна огромная историческая таблица» → медленные запросы, нет истории атрибутов.
* «Смешали STG и ODS» → потеря трассировки ошибок и инцидентов качества.
* «Факт с текстовыми атрибутами без причин» → раздутая таблица и неявные бизнес-правила.
* «SCD без BK» → история «плывёт», не привязана к бизнес-идентификатору.
### 6) SCD2: рецепт джойна «по интервалу» (шпаргалка)
```sql
-- Привязка факта к актуальной версии измерения (Type 2)
SELECT f.*, d.customer_sk
FROM fact_sales f
JOIN dim_customer d
ON d.customer_bk = f.customer_bk -- совпадение BK
AND f.event_date >= d.valid_from
AND f.event_date < COALESCE(d.valid_to, DATE '2999-12-31');
```
### 7) Мини-практикум (сквозной, короткий)
1. Показать джойн факта к SCD2-измерению (по примеру выше).
2. Собрать `mart_daily_sales` (у вас уже есть SQL).
3. Пара проверок качества (см. ниже).
### 8) Качество данных: минимальные метрики + однострочники
* **Freshness (свежесть):** `MAX(event_time)` против «сейчас».
* **Completeness (полнота):** доля NULL по важным столбцам.
* **Consistency (согласованность):** факт без соответствия в измерении (нарушение покрытии ссылок).
* **Uniqueness (уникальность):** уникальность BK в справочнике.
```sql
-- Примеры «однострочников»
-- Freshness
SELECT NOW() - MAX(event_time) AS lag FROM ods.order;
-- Uniqueness BK
SELECT customer_bk, COUNT(*)
FROM dds.dim_customer
GROUP BY customer_bk
HAVING COUNT(*) > 1;
-- Orphan facts (без покрытия измерения)
SELECT COUNT(*)
FROM dds.fact_sales f
LEFT JOIN dds.dim_customer d ON f.customer_sk = d.customer_sk
WHERE d.customer_sk IS NULL;
```
### 9) Нейминг-гайд (пример)
* `stg.*` — как в источнике, добавочные тех. поля: `_ingest_id`, `_load_ts`.
* `ods.*` — очищенные «плоские» таблицы, стаб. схемы.
* `dds.dim_*`, `dds.fact_*` — интегрированная модель.
* `dm.mart_*` — витрины/представления.
### 10) «Зачем разные модели» (без выбора)
* **Star (звезда):** быстро писать отчёты, учим новичков на ней.
* **3NF:** лучшая консистентность/интеграция понятий, тяжелее для BI.
* **Data Vault:** масштабируемая интеграция множества источников + «история по умолчанию».
* **Anchor:** гибкая эволюция схемы, максимальная атомарность, цена — сложность.
### 11) Что почитать дальше
* **Kimball, The Data Warehouse Toolkit** — модели «звезды», SCD.
* **Inmon, Building the Data Warehouse** — корпоративный DWH и нормализация.
* **Linstedt & Olschimke, The Data Vault 2.0** — практический DV.
* **Anchor Modeling** — официальный сайт/документация по Anchor.
---
## ЧАСТЬ C. Мини-датасет (для примеров в статье)
> Опционально приложить к репозиторию/приложению статьи.
**customers.csv**
```
customer_id,email,phone,city
101,a@ex.com,700,Москва
101,b@ex.com,700,Москва
102,c@ex.com,701,СПб
```
**orders.csv**
```
order_id,order_date,customer_id
5001,2024-01-10,101
5002,2024-02-05,102
```
**order_items.csv**
```
order_item_id,order_id,product_id,qty,price_at_sale
1,5001,9001,2,100.00
2,5001,9002,1,50.00
3,5002,9001,1,100.00
```
**products.csv**
```
product_id,name
9001,Phone
9002,Case
```
**prices.csv**
```
product_id,valid_from,valid_to,price
9001,2023-12-01,2024-01-31,100
9001,2024-02-01,2999-12-31,110
```
---
## ЧАСТЬ D. DDL-скелеты (минимально)
```sql
-- DDS: измерение клиента (Type 2)
CREATE TABLE dds.dim_customer (
customer_sk BIGINT GENERATED ALWAYS AS IDENTITY PRIMARY KEY,
customer_bk VARCHAR NOT NULL,
email VARCHAR,
phone VARCHAR,
city VARCHAR,
valid_from DATE NOT NULL,
valid_to DATE,
is_current BOOLEAN NOT NULL DEFAULT TRUE
);
-- DDS: факт продаж (гранулярность: строка заказа)
CREATE TABLE dds.fact_sales (
sale_id BIGINT GENERATED ALWAYS AS IDENTITY PRIMARY KEY,
customer_sk BIGINT NOT NULL,
product_sk BIGINT NOT NULL,
date_sk INT NOT NULL,
quantity INT NOT NULL,
amount DECIMAL(18,2) NOT NULL
);
```
---
## ЧАСТЬ E. Текстовые альтернативы для «капризных» диаграмм
Если `mindmap`/`quadrantChart` не поддерживаются местом публикации, используйте пункты:
* **Сводка:**
* Архитектура: слои STG→ODS→DDS→DM, разделение ответственности, управляемость изменений.
* Модели: 3NF (целостность), Data Vault (масштабируемость), Звезда (производительность), Anchor (гибкая эволюция).
* Понятия: факты, измерения, SCD2, SK/BK.
* Практика: понимать бизнес-задачу, выбирать подход под контекст, строить итеративно.
* **Интуитивное сравнение моделей (простыми словами):**
Звезда — «быстро стартануть BI»; 3NF — «собрать единый словарь сущностей»; DV/Anchor — «надёжно интегрировать десятки источников и хранить всю историю», но читать сложнее.
---
## Итог
Статья даёт общий словарь и картинку мира: что за слои в DWH, какие модели бывают и зачем они нужны. Задача менти — почувствовать интуицию различий, научиться видеть место фактов/измерений/SCD и уверенно собрать простую витрину из DDS. Дальше — углубляться по нужной модели в отдельном материале (звезда/DV/Anchor/3NF).