《Greenplum企业应用实战》一第3章 Greenplum实战3.1　历史拉链表

发表于 2020-2-29 15:31:34

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本帖最后由 168主编于 2020-2-29 15:39 编辑

本节书摘来自华章出版社《Greenplum企业应用实战》一书中的第3章，第3.1节，作者何勇陈晓峰，更多章节内容可以访问云栖社区“华章计算机”公众号查看

第3章 Greenplum实战

从本章开始我们结合实际需求，阐述一下日常项目开发中如何结合Greenplum的特性进行高效的开发，展现出Greenplum在海量数据分析中的优势。
本章将介绍两个完整的例子:数据仓库拉链记历史和网页浏览日志分析。在这两个例子中，会结合Greenplum的一些特性加以描述，之后会介绍使用Greenplum中要注意的一些特性，以及这些特性对性能的影响。

3.1　历史拉链表

数据仓库是一个面向主题的、集成的、相对稳定的、反映历史变化的数据集合，用于支持管理决策。由于需要反映历史变化，数据仓库中的数据通常包含历史信息，系统记录了企业从过去某一时点（如开始应用数据仓库的时点）到目前的各个阶段的信息，通过这些信息，可以对企业的发展历程和未来趋势做出定量分析和预测。
历史拉链表是一种数据模型，主要是针对数据仓库设计中表存储数据的方式而定义的。顾名思义，所谓历史拉链表，就是记录一个事物从开始一直到当前状态的所有变化的信息。拉链表可以避免按每一天存储所有记录造成的海量存储问题，同时也是处理缓慢变化数据的一种常见方式。

3.1.1　应用场景描述

现假设有如下场景：一个企业拥有5000万会员信息，每天有20万会员资料变更，我们需要在Greenplum中记录会员表的历史变化以备数据挖掘分析等使用，即每天都要保留一个快照供查询，反映历史数据的情况。在此场景中，需要反映5000万会员的历史变化，如果保留快照，存储两年就需要2×365×5000W条数据存储空间，数据量为365亿，如果存储更长时间，则无法估计需要的存储空间。而用拉链算法存储，每日只向历史表中添加新增和变化的数据量，每日不过20万条，存储4年也只需要3亿存储空间。
接下来我们将概要讲述整个分析实施过程。

3.1.2　原理及步骤

在拉链表中，每一条数据都有一个生效日期（dw_beg_date）和失效日期（dw_end_date）。假设在一个用户表中，在2011年12月1日新增了两个用户，如表3-1所示，则这两条记录的生效时间为当天，由于到2011年12月1日为止，这两条记录还没有被修改过，所以失效时间为无穷大，这里设置为数据库中的最大值（3000-12-31）。

第二天（2011-12-02），用户10001被删除了，用户10002的电话号码被修改成13600000002。为了保留历史状态，用户10001的失效时间被修改为2011-12-02，用户10002则变成两条记录，如表3-2所示。

第三天（2011-12-03），又新增了用户10003，则用户表数据如表3-3所示。

如果要查询最新的数据，那么只要查询失效时间为3000-12-31的数据即可，如果要查询12月1号的历史数据，则筛选生效时间≤2011-12-01并且失效时间>2011-12-01的数据即可。如果查询的是12月2号的数据，那么筛选条件则是生效时间≤2011-12-02 并且失效时间>2011-12-02。读者可对表3-3的数据进行筛选，以检验结果是否正确。
在Greenplum中，则可以利用分区表按照dw_end_date保存时间，这样在查询的时候可以利用Greenplum的分区裁剪，从而减少IO消耗。下面通过图3-1讲解拉链表刷新的步骤，连线代表数据流向，线上的编号就是步骤编号。

首先介绍每个表的用途。
member_fatdt0：表示member的事实表，其中P30001231保存的是最新数据，每个分区保留的都是历史已失效的数据。
member_delta：当天的数据库变更数据，action字段表示该数据为新增（I）、更新（U）、删除（D）。
member_tmp0：刷新过程中的临时表，这个表有两个分区，分别记录历史数据，即当天失效数据，另一个分区记录的是当前数据。
member_tmp1：同样是刷新过程中的临时表，主要是在交换分区的时候使用。
刷新过程简单来说，就是将前一天的全量数据（分区P30001231）与当天的增量数据进行关联，并对不同的变更类型（action）进行相应的处理，最终生成最新数据，以及当天发生变更的历史数据。后续数据刷新实战中会介绍具体的步骤，下面先从表结构开始介绍。

3.1.3　表结构

拉链表（member_fatdt0）结构
member_fatdt0使用member_id作为分布键，使数据尽量打散在每个机器上（参考3.3节数据分布），通过with（appendonly=true,compresslevel=5）指定该表为压缩表，可以减少IO操作（参考3.4节数据压缩），将dw_end_date作为分区字段。建表语句如下：

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Create table public.member_fatdt0
(
    Member_id    varchar(64)    --会员ID
    ,phoneno    varchar(20)    --电话号码
    ,dw_beg_date    date        --生效日期
    ,dw_end_date    date        --失效日期
    ,dtype        char(1)        --类型(历史数据、当前数据)
    ,dw_status    char(1)        --数据操作类型(I,D,U)
    ,dw_ins_date    date        --数据仓库插入日期
) with(appendonly=true,compresslevel=5) 
distributed by(member_id)
PARTITION BY RANGE (dw_end_date)
(
PARTITION p20111201 START (date '2011-12-01') INCLUSIVE ,
PARTITION p20111202 START (date '2011-12-02') INCLUSIVE ,
PARTITION p20111203 START (date '2011-12-03') INCLUSIVE ,
PARTITION p20111204 START (date '2011-12-04') INCLUSIVE ,
PARTITION p20111205 START (date '2011-12-05') INCLUSIVE ,
PARTITION p20111206 START (date '2011-12-06') INCLUSIVE ,
PARTITION p20111207 START (date '2011-12-07') INCLUSIVE ,
PARTITION p30001231 START (date '3000-12-31') INCLUSIVE 
END (date '3001-01-01') EXCLUSIVE 
);

2.增量表（member_delta）结构
建表语句如下：

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Create table public.member_delta
(
    Member_id    varchar(64)    --会员ID
    ,phoneno    varchar(20)    --电话号码
    ,action    char(1)        --类型 (新增,删除,更新) 
    ,dw_ins_date    date        --数据仓库插入日期
) with(appendonly=true,compresslevel=5) 
distributed by(member_id);

3.临时表0（member_tmp0）结构

dtype为分区字段，H表示历史数据，C表示当前数据，建表语句如下：

[AppleScript] 纯文本查看 复制代码

Create table public.member_tmp0
(
    Member_id    varchar(64)    --会员ID
    ,phoneno    varchar(20)    --电话号码
    ,dw_beg_date    date        -生效日期
    ,dw_end_date    date        --失效日期
    ,dtype        char(1)        --类型 (历史数据、当前数据)
    ,dw_status    char(1)        --数据操作类型(I,D,U)
    ,dw_ins_date    date        --数据仓库插入日期
) with(appendonly=true,compresslevel=5) 
distributed by(member_id)
PARTITION BY LIST (dtype)
( PARTITION PHIS VALUES ('H'),
PARTITION PCUR VALUES ('C'),
DEFAULT PARTITION other );

4.临时表1（member_tmp1）结构

表结构与member_tmp1、member_fatdt0一模一样，建表语句如下：

[AppleScript] 纯文本查看 复制代码
Create table public.member_tmp1 ( Member_id varchar(64) --会员ID ,phoneno varchar(20) --电话号码 ,dw_beg_date date --生效日期 ,dw_end_date date --失效日期 ,dtype char(1) --类型 (历史数据、当前数据) ,dw_status char(1) --数据操作类型(I,D,U) ,dw_ins_date date --数据仓库插入日期 ) with(appendonly=true,compresslevel=5) distributed by(member_id);

3.1.4　Demo数据准备

在这里为了清晰展示整个逻辑，仅以少量demo数据为例。
（1）增量表数据
12月2号增量数据，新增、删除、更新各有一条记录，如表3-4所示。
表3-4　12月2号增量数据

12月3号增量数据，新增、删除、更新各有一条记录，如表3-5所示。

（2）历史表初始数据
初始数据为12月1号，失效日期为3000年12月31号，如表3-6所示。

3.1.5　数据加载

Greenplum数据加载主要包括标准SQL的insert、copy、外部表、gpload、web external table几种方式，通过这个例子，将这几种方式一起来向读者介绍一下。

1. insert
这种数据加载方式效率最差，只适合加载极少量数据。这里向12月2号会员增量表中插入数据：

[AppleScript] 纯文本查看 复制代码

insert into public.member_delta values('mem006','13100000006','I',date'2011-12-03');
insert into public.member_delta values('mem002','13100000002','D',date'2011-12-03');
insert into public.member_delta values('mem003','13800000003','U',date'2011-12-03');

2. copy
copy这种数据加载方式源于PostgreSQL，较SQL的 insert方式效率大大提升，但是数据仍然需通过Master节点，无法实现并行高效数据加载。这里向会员历史表加载12月1号开始的初始数据。

我们将数据以逗号分隔，存放在member_his_init.dat文件中，内容如下：

[AppleScript] 纯文本查看 复制代码

mem001,13100000001,2011-12-01,3000-12-31,C,I,2011-12-01
mem002,13100000002,2011-12-01,3000-12-31,C,I,2011-12-01
mem003,13100000003,2011-12-01,3000-12-31,C,I,2011-12-01
mem004,13100000004,2011-12-01,3000-12-31,C,I,2011-12-01
mem005,13100000005,2011-12-01,3000-12-31,C,I,2011-12-01

copy命令如下，指定分隔符还有数据文件。

[AppleScript] 纯文本查看 复制代码

testDB=# copy public.member_fatdt0_1_prt_p30001231 from '/home/gpadmin/member_his_init.dat' with delimiter ',';
COPY 5

外部表
外部表在2.3.8节中已经简单介绍过了，首先，启动gpfdist服务：

$nohup gpfdist -d /home/gpadmin/data/ -p 8888 -l /home/gpadmin/data/gpfdist.log &

其次，创建外部表：

[AppleScript] 纯文本查看 复制代码

drop external table if exists public.member_ext;
create external table public.member_ext
(
    Member_id    varchar(64)
    ,phoneno    varchar(20)
    ,action    char(1)
    ,dw_ins_date    date
)
location ('gpfdist://localhost:8888/member_delta.dat')
format 'text'
(delimiter ',' null as '' escape 'off')
encoding 'gb18030'
log errors into member_err segment reject limit 2 rows;

最后，执行数据装载：

[AppleScript] 纯文本查看 复制代码

testDB=# Insert into public.member_delta select * from public.member_ext;
INSERT 0 3

gpload
gpload是对外部表的一层封装，详细可参考用户手册，这里直接介绍使用语法，首先，编写gpload控制文件member.yml，代码如下：

[AppleScript] 纯文本查看 复制代码

---
VERSION: 1.0.0.1
DATABASE: testDB
USER: gpadmin
HOST: localhost
PORT: 5432
GPLOAD:
    INPUT:
        - SOURCE:
            LOCAL_HOSTNAME:
                - mdw
            PORT: 8081
            FILE:
                - /home/gpadmin/data/member_delta.dat
        - COLUMNS:
            - Member_id: varchar(64)
            - phoneno: varchar(20)
            - action: char(1)
            - dw_ins_date: date
        - FORMAT: text
        - DELIMITER: ','
        - ERROR_LIMIT: 2
        - ERROR_TABLE: public.member_err
    OUTPUT:
        - TABLE: public.member_delta
        - MODE: INSERT
    SQL:
        - BEFORE: "truncate table public.member_delta"
        - AFTER: "analyze public.member_delta"

其次，执行数据加载：

[AppleScript] 纯文本查看 复制代码

$gpload -f member.yml 
2012-01-08 14:30:01|INFO|gpload session started 2012-01-08 14:30:01
2012-01-08 14:30:01|INFO|started gpfdist -p 8081 -P 8082 -f "/home/gpadmin/data/member_delta.dat" -t 30
2012-01-08 14:30:09|INFO|running time: 7.85 seconds
2012-01-08 14:30:09|INFO|rows Inserted          = 3
2012-01-08 14:30:09|INFO|rows Updated           = 0
2012-01-08 14:30:09|INFO|data formatting errors = 0
2012-01-08 14:30:09|INFO|gpload succeeded

最后，验证数据：

[AppleScript] 纯文本查看 复制代码

testDB=# select * from public.member_delta;
 member_id |   phoneno   | action | dw_ins_date 
-----------+-------------+--------+-------------
 mem006    | 13100000006 | I      | 2011-12-02
 mem002    | 13100000002 | D      | 2011-12-02
 mem003    | 13100000003 | U      | 2011-12-02
(3 rows)

可执行外部表
可执行外部表会在6.3.4节中介绍，其中基于操作系统命令读取数据文件的方式如下，用法跟普通外部表类似，不过不用启动gpfdist服务，下面的外部表只在Master上执行：

[AppleScript] 纯文本查看 复制代码

drop external web table if exists public.member_ext;
create  external web table public.member_ext
(
    Member_id    varchar(64)
    ,phoneno    varchar(20)
    ,action    char(1)
    ,dw_ins_date    date
)
EXECUTE 'cat /home/gpadmin/data/member_delta.dat' ON master
format 'text'
(delimiter ',' null as '' escape 'off')
encoding 'gb18030'
;

清空member_delta表并插入数据：

[AppleScript] 纯文本查看 复制代码

testDB=# truncate table public.member_delta ;
TRUNCATE TABLE
testDB=# Insert into public.member_delta select * from public.member_ext;
INSERT 0 3

3.1.6　数据刷新

拉链表刷新
Step1：对事实表中最新数据（分区P30001231）与member_delta表中的更新、删除数据进行左外连接，关联上则说明该数据已发生过变更，需要将该数据的失效时间更新为当天，并插入到member_tmp0表中的历史数据分区中，关联不上则说明没有发生过变更，需要将该数据插入到member_tmp0表的当前数据分区中。Greenplum会根据dtype的数据自动选择对应的分区。

初始全量数据为2011-12-01号，在12月3号刷新12月2号增量数据，代码如下：

truncate table public.member_tmp0;

[AppleScript] 纯文本查看 复制代码

--清理临时表
INSERT INTO public.member_tmp0
(
 Member_id                          
,phoneno    
,dw_beg_date  
,dw_end_date  
,dtype    
,dw_status                                 
,dw_ins_date                                            
)
SELECT   a.Member_id                          
        ,a.phoneno                                         
        ,a.dw_beg_date   
        ,CASE WHEN b.Member_id IS NULL THEN a.dw_end_date
         ELSE date'2011-12-02' 
         END AS dw_end_date   
        ,CASE WHEN b.Member_id IS NULL THEN 'C' 
         ELSE 'H'
         END AS dtype              
        ,CASE WHEN b.Member_id IS NULL THEN a.dw_status
         ELSE b.action 
         END AS dw_status               
        ,date'2011-12-03'                    
FROM    public.member_fatdt0           a
left join public.member_delta   b
ON      a.Member_id=b.Member_id
AND     b.action IN('D','U')
WHERE   a.dw_beg_date<=cast('2011-12-02' as date)-1
AND     a.dw_end_date>cast('2011-12-02' as date)-1;

Step2：将member_delta的新增、更新数据插入到member_tmp0表的当前数据分区中。

[AppleScript] 纯文本查看 复制代码

INSERT INTO public.member_tmp0
(
 Member_id                          
,phoneno    
,dw_beg_date  
,dw_end_date  
,dtype    
,dw_status                                 
,dw_ins_date  
)
SELECT  Member_id                          
        ,phoneno                                                         
        ,cast('2011-12-02' as date)  
        ,cast('3000-12-31' as date)    
        ,'C'                
        ,action                                                      
        ,cast('2011-12-03' as date)
FROM    public.member_delta
WHERE   action IN('I','U');

Step3：将member_fatdt0表中的对应分区（P20121201）与member_tmp0表的历史数据分区交换。

[AppleScript] 纯文本查看 复制代码

Truncate table public.member_tmp1;
alter table public.member_tmp0 exchange partition for('H') with table public.member_tmp1;
alter table public.member_fatdt0 exchange partition for('2011-12-02') with table public.member_tmp1;

Step4：将member_fatdt0表中对应的当前数据分区（p30001231）与member_tmp0表的当前数据分区交换。

[AppleScript] 纯文本查看 复制代码

alter table public.member_tmp0 exchange partition for('C') with table public.member_tmp1;
alter table public.member_fatdt0 exchange partition for('3000-12-31') with table public.member_tmp1;

至此，拉链表数据刷新完成，数据验证如图3-2所示。

同样，更新对应的日期，可以刷新3号的增量数据。

历史数据查询
基于拉链表，我们可以回溯到历史上任意一天的数据状态。

3.1.7　分区裁剪

下面通过查看执行计划（第5章讲详细介绍执行计划）来介绍Greenplum的分区表的功能。
全表扫描的执行计划如下：

[AppleScript] 纯文本查看 复制代码

testDB=# explain select * from public.member_fatdt0;
                                            QUERY PLAN                                               
-----------------------------------------------------------------------------
 Gather Motion 6:1  (slice1; segments: 6)  (cost=0.00..108.40 rows=1708 width=36)
   ->  Append  (cost=0.00..108.40 rows=1708 width=36)
         ->  Append-only Scan on member_fatdt0_1_prt_p20111201 member_fatdt0  (cost=0.00..0.00 rows=1 width=232)
         ->  Append-only Scan on member_fatdt0_1_prt_p20111202 member_fatdt0  (cost=0.00..0.00 rows=1 width=232)
         ->  Append-only Scan on member_fatdt0_1_prt_p20111203 member_fatdt0  (cost=0.00..0.00 rows=1 width=232)
       …
         ->  Append-only Scan on member_fatdt0_1_prt_p30001231 member_fatdt0  (cost=0.00..108.40 rows=1707 width=3
5)
[/color][/size][align=left][size=2][color=#000000](10 rows)

通过执行计划可以看出，Greenplum扫描了所有的分区。当加入筛选条件dw_end_date='3000-12-31'时，执行计划如下：

[AppleScript] 纯文本查看 复制代码

testDB=# explain select * from public.member_fatdt0 where dw_end_date='3000-12-31';
                                             QUERY PLAN                                                   
---------------------------------------------------------------
 Gather Motion 6:1  (slice1; segments: 6)  (cost=0.00..134.00 rows=1707 width=35)
   ->  Append  (cost=0.00..134.00 rows=1707 width=35)
         ->  Append-only Scan on member_fatdt0_1_prt_p30001231 member_fatdt0  (cost=0.00..134.00 rows=1707 width=35)
               Filter: dw_end_date = '3000-12-31'::date
(4 rows)

这时，分区裁剪发生了作用，只扫描了P30001231这个分区。

3.1.8　数据导出

Greenplum在处理大数据量数据导出时常用的方式主要有并行导出（可写外部表）和非并行导出（COPY），copy命令比较简单，就不细说了。下面我们分别简单介绍下可写外部表数据导出方式，通过gpfdist可写外部表将数据导出至文件服务器。
1）创建可写外部表：

[AppleScript] 纯文本查看 复制代码

testDB=# CREATE WRITABLE EXTERNAL TABLE member_tmp1_unload
testDB-# ( LIKE member_tmp1 )
testDB-# LOCATION ('gpfdist://localhost:8080/member_tmp1.dat')
testDB-# FORMAT 'TEXT' (DELIMITER ',')
testDB-# DISTRIBUTED BY (member_id);
CREATE EXTERNAL TABLE

WRITABLE关键字表示该外部表是可写外部表；Like语句表示创建的外部表的表结构与member_tmp1表结构一样；LOCATION指定gpfdist的机器名跟端口，还有保存的文件名；FORMAT为导出文件格式定义。
2）执行数据导出：

[AppleScript] 纯文本查看 复制代码

testDB=# insert into member_tmp1_unload select * from member_tmp1;
INSERT 0 5

跟普通insert语句一样，只需要将数据插入外部表即可。
3）验证生成的文件：

[AppleScript] 纯文本查看 复制代码

$less member_tmp1.dat 
mem004,13100000004,2011-12-01,3000-12-31,C,I,2011-12-03
mem006,13100000006,2011-12-02,3000-12-31,C,I,2011-12-03
mem001,13100000001,2011-12-01,3000-12-31,C,I,2011-12-03
mem005,13100000005,2011-12-01,3000-12-31,C,I,2011-12-03
mem003,13800000003,2011-12-02,3000-12-31,C,U,2011-12-03
$

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《Greenplum企业应用实战》一第3章 Greenplum实战3.1 历史拉链表

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