探索ETL的本质(1)

做数据仓库系统，ETL是关键的一环。说大了，ETL是数据整合解决方案，说小了，就是倒数据的工具。回忆一下工作这么些年来，处理数据迁移、转换的工作倒还真的不少。但是那些工作基本上是一次性工作或者很小数据量，使用access、DTS或是自己编个小程序搞定。可是在数据仓库系统中，ETL上升到了一定的理论高度，和原来小打小闹的工具使用不同了。究竟什么不同，从名字上就可以看到，人家已经将倒数据的过程分成3个步骤，E、T、L分别代表抽取、转换和装载。

其实ETL过程就是数据流动的过程，从不同的数据源流向不同的目标数据。但在数据仓库中，ETL有几个特点，一是数据同步，它不是一次性倒完数据就拉到，它是经常性的活动，按照固定周期运行的，甚至现在还有人提出了实时ETL的概念。二是数据量，一般都是巨大的，值得你将数据流动的过程拆分成E、T和L。

现在有很多成熟的工具提供ETL功能，例如datastage、powermart等，且不说他们的好坏。从应用角度来说，ETL的过程其实不是非常复杂，这些工具给数据仓库工程带来和很大的便利性，特别是开发的便利和维护的便利。但另一方面，开发人员容易迷失在这些工具中。举个例子，VB是一种非常简单的语言并且也是非常易用的编程工具，上手特别快，但是真正VB的高手有多少？微软设计的产品通常有个原则是“将使用者当作傻瓜”，在这个原则下，微软的东西确实非常好用，但是对于开发者，如果你自己也将自己当作傻瓜，那就真的傻了。ETL工具也是一样，这些工具为我们提供图形化界面，让我们将主要的精力放在规则上，以期提高开发效率。从使用效果来说，确实使用这些工具能够非常快速地构建一个job来处理某个数据，不过从整体来看，并不见得他的整体效率会高多少。问题主要不是出在工具上，而是在设计、开发人员上。他们迷失在工具中，没有去探求ETL的本质。

可以说这些工具应用了这么长时间，在这么多项目、环境中应用，它必然有它成功之处，它必定体现了ETL的本质。如果我们不透过表面这些工具的简单使用去看它背后蕴涵的思想，最终我们作出来的东西也就是一个个独立的job，将他们整合起来仍然有巨大的工作量。大家都知道“理论与实践相结合”，如果在一个领域有所超越，必须要在理论水平上达到一定的高度

探求ETL本质之一

ETL的过程就是数据流动的过程，从不同异构数据源流向统一的目标数据。其间，数据的抽取、清洗、转换和装载形成串行或并行的过程。ETL的核心还是在于T这个过程，也就是转换，而抽取和装载一般可以作为转换的输入和输出，或者，它们作为一个单独的部件，其复杂度没有转换部件高。和OLTP系统中不同，那里充满这单条记录的insert、update和select等操作，ETL过程一般都是批量操作，例如它的装载多采用批量装载工具，一般都是DBMS系统自身附带的工具，例如Oracle SQLLoader和DB2的autoloader等。

   ETL本身有一些特点，在一些工具中都有体现，下面以datastage和powermart举例来说。

1、静态的ETL单元和动态的ETL单元实例；一次转换指明了某种格式的数据如何格式化成另一种格式的数据，对于数据源的物理形式在设计时可以不用指定，它可以在运行时，当这个ETL单元创建一个实例时才指定。对于静态和动态的ETL单元，Datastage没有严格区分，它的一个Job就是实现这个功能，在早期版本，一个Job同时不能运行两次，所以一个Job相当于一个实例，在后期版本，它支持multiple instances，而且还不是默认选项。Powermart中将这两个概念加以区分，静态的叫做Mapping，动态运行时叫做Session。

2、ETL元数据；元数据是描述数据的数据，他的含义非常广泛，这里仅指ETL的元数据。主要包括每次转换前后的数据结构和转换的规则。ETL元数据还包括形式参数的管理，形式参数的ETL单元定义的参数，相对还有实参，它是运行时指定的参数，实参不在元数据管理范围之内。

3、数据流程的控制；要有可视化的流程编辑工具，提供流程定义和流程监控功能。流程调度的最小单位是ETL单元实例，ETL单元是不能在细分的ETL过程，当然这由开发者来控制，例如可以将抽取、转换放在一个ETL单元中，那样这个抽取和转换只能同时运行，而如果将他们分作两个单元，可以分别运行，这有利于错误恢复操作。当然，ETL单元究竟应该细分到什么程度应该依据具体应用来看，目前还没有找到很好的细分策略。比如，我们可以规定将装载一个表的功能作为一个ETL单元，但是不可否认，这样的ETL单元之间会有很多共同的操作，例如两个单元共用一个Hash表，要将这个Hash表装入内存两次。

4、转换规则的定义方法；提供函数集提供常用规则方法，提供规则定义语言描述规则

5、对数据的快速索引；一般都是利用Hash技术，将参照关系表提前装入内存，在转换时查找这个hash表。Datastage中有Hash文件技术，Powermart也有类似的Lookup功能。

探求ETL本质之二（分类）

昨在IT-Director上阅读一篇报告，关于ETL产品分类的。一般来说，我们眼中的ETL工具都是价格昂贵，能够处理海量数据的家伙，但是这是其中的一种。它可以分成4种，针对不同的需求，主要是从转换规则的复杂度和数据量大小来看。它们包括

1、交互式运行环境，你可以指定数据源、目标数据，指定规则，立马ETL。这种交互式的操作无疑非常方便，但是只能适合小数据量和复杂度不高的ETL过 程，因为一旦规则复杂了，可能需要语言级的描述，不能简简单单拖拖拽拽就可以的。还有数据量的问题，这种交互式必然建立在解释型语言基础上，另外他的灵活 性必然要牺牲一定的性能为代价。所以如果要处理海量数据的话，每次读取一条记录，每次对规则进行解释执行，每次在写入一条记录，这对性能影响是非常大的。

2、 专门编码型的，它提供了一个基于某种语言的程序框架，你可以不必将编程精力放在一些周边的功能上，例如读文件功能、写数据库的功能，而将精力主要放在规则 的实现上面。这种近似手工代码的性能肯定是没话说，除非你的编程技巧不过关（这也是不可忽视的因素之一）。对于处理大数据量，处理复杂转换逻辑，这种方式 的ETL实现是非常直观的。

3、代码生成器型的，它就像是一个ETL代码生成器，提供简单的图形化界面操作，让你拖拖拽拽将转换规则都设定好，其实他的后台都是生成基于某种语言的程序，要运行这个ETL过程，必须要编译才行。Datastage就是类似这样的产品，设计好的job必须要编译，这避免了每次转换的解释执行，但是不知道它生成的中间语言是什么。以前我设计的ETL工具大挪移其实也是归属于这一类，它提供了界面让用户编写规则，最后生成C++语言，编译后即可运行。这类工具的特点就是要在界面上下狠功夫，必须让用户轻松定义一个ETL过程，提供丰富的插件来完成读、写和转换函数。大挪移在这方面就太弱了，规则必须手写，而且要写成标准c++语法，这未免还是有点难为最终用户了，还不如做成一个专业编码型的产品呢。另外一点，这类工具必须提供面向专家应用的功能，因为它不可能考虑到所有的转换规则和所有的读写，一方面提供插件接口来让第三方编写特定的插件，另一方面还有提供特定语言来实现高级功能。例如Datastage提供一种类Basic的语言，不过他的Job的脚本化实现好像就做的不太好，只能手工绘制job，而不能编程实现Job。

4、最后还有一种类型叫做数据集线器，顾名思义，他就是像Hub一样地工作。将这种类型分出来和上面几种分类在标准上有所差异，上面三种更多指ETL实现的方法，此类主要从数据处理角度。目前有一些产品属于EAI（Enterprise Application Integration），它的数据集成主要是一种准实时性。所以这类产品就像Hub一样，不断接收各种异构数据源来的数据，经过处理，在实施发送到不同的目标数据中去。

虽然，这些类看似各又千秋，特别在BI项目中，面对海量数据的ETL时，中间两种的选择就开始了，在选择过程中，必须要考虑到开发效率、维护方面、性能、学习曲线、人员技能等各方面因素，当然还有最重要也是最现实的因素就是客户的意象。

探求ETL本质之三（转换）

ETL探求之一中提到，ETL过程最复杂的部分就是T，这个转换过程，T过程究竟有哪些类型呢？

一、宏观输入输出

从对数据源的整个宏观处理分，看看一个ETL过程的输入输出，可以分成下面几类：

1、大小交，这种处理在数据清洗过程是常见了，例如从数据源到ODS阶段，如果数据仓库采用维度建模，而且维度基本采用代理键的话，必然存在代码到此键值的转换。如果用SQL实现，必然需要将一个大表和一堆小表都Join起来，当然如果使用ETL工具的话，一般都是先将小表读入内存中再处理。这种情况，输出数据的粒度和大表一样。

2、大大交，大表和大表之间关联也是一个重要的课题，当然其中要有一个主表，在逻辑上，应当是主表Left Join辅 表。大表之间的关联存在最大的问题就是性能和稳定性，对于海量数据来说，必须有优化的方法来处理他们的关联，另外，对于大数据的处理无疑会占用太多的系统 资源，出错的几率非常大，如何做到有效错误恢复也是个问题。对于这种情况，我们建议还是尽量将大表拆分成适度的稍小一点的表，形成大小交的类型。这类情况 的输出数据粒度和主表一样。

3、站着进来，躺着出去。事务系统中为了提高系统灵活性和扩展性，很多信息放在代码表中维护，所以它的“事实表”就是一种窄表，而在数据仓库中，通常要进行宽化，从行变成列，所以称这种处理情况叫做“站着进来，躺着出去”。大家对Decode肯定不陌生，这是进行宽表化常见的手段之一。窄表变宽表的过程主要体现在对窄表中那个代码字段的操作。这种情况，窄表是输入，宽表是输出，宽表的粒度必定要比窄表粗一些，就粗在那个代码字段上。

4、聚集。数据仓库中重要的任务就是沉淀数据，聚集是必不可少的操作，它是粗化数据粒度的过程。聚集本身其实很简单，就是类似SQL中Group by的操作，选取特定字段（维度），对度量字段再使用某种聚集函数。但是对于大数据量情况下，聚集算法的优化仍是探究的一个课题。例如是直接使用SQL的Group by，还是先排序，在处理。

二、微观规则

从数据的转换的微观细节分，可以分成下面的几个基本类型，当然还有一些复杂的组合情况，例如先运算，在参照转换的规则，这种基于基本类型组合的情况就不在此列了。ETL的规则是依赖目标数据的，目标数据有多少字段，就有多少条规则。

1、直接映射，原来是什么就是什么，原封不动照搬过来，对这样的规则，如果数据源字段和目标字段长度或精度不符，需要特别注意看是否真的可以直接映射还是需要做一些简单运算。

2、字段运算，数据源的一个或多个字段进行数学运算得到的目标字段，这种规则一般对数值型字段而言。

3、参照转换，在转换中通常要用数据源的一个或多个字段作为Key

探求ETL本质之四（数据质量）

“不要绝对的数据准确，但要知道为什么不准确。”

这是我们在构建BI系统是对数据准确性的要求。确实，对绝对的数据准确谁也没有把握，不仅是系统集成商，包括客户也是无法确定。准确的东西需要一个标准，但首先要保证这个标准是准确的，至少现在还没有这样一个标准。客户会提出一个相对标准，例如将你的OLAP数据结果和报表结果对比。虽然这是一种不太公平的比较，你也只好认了吧。

首先在数据源那里，已经很难保证数据质量了，这一点也是事实。在这一层有哪些可能原因导致数据质量问题？可以分为下面几类：

1、 数据格式错误，例如缺失数据、数据值超出范围或是数据格式非法等。要知道对于同样处理大数据量的数据源系统，他们通常会舍弃一些数据库自身的检查机制，例 如字段约束等。他们尽可能将数据检查在入库前保证，但是这一点是很难确保的。这类情况诸如身份证号码、手机号、非日期类型的日期字段等。

2、数据一致性，同样，数据源系统为了性能的考虑，会在一定程度上舍弃外键约束，这通常会导致数据不一致。例如在帐务表中会出现一个用户表中没有的用户ID，在例如有些代码在代码表中找不到等。

3、业务逻辑的合理性，这一点很难说对与错。通常，数据源系统的设计并不是非常严谨，例如让用户开户日期晚于用户销户日期都是有可能发生的，一个用户表中存在多个用户ID也是有可能发生的。对这种情况，有什么办法吗？

构建一个BI系统，要做到完全理解数据源系统根本就是不可能的。特别是数据源系统在交付后，有更多维护人员的即兴发挥，那更是要花大量的时间去寻找原因。以前曾经争辩过设计人员对规则描述的问题，有人提出要在ETL开始之前务必将所有的规则弄得一清二楚。我并不同意这样的意见，倒是认为在ETL过程要有处理这些质量有问题数据的保证。一定要正面这些脏数据，是丢弃还是处理，无法逃避。如果没有质量保证，那么在这个过程中，错误会逐渐放大，抛开数据源质量问题，我们再来看看ETL过程中哪些因素对数据准确性产生重大影响。

1、 规则描述错误。上面提到对设计人员对数据源系统理解的不充分，导致规则理解错误，这是一方面。另一方面，是规则的描述，如果无二义性地描述规则也是要探求 的一个课题。规则是依附于目标字段的，在探求之三中，提到规则的分类。但是规则总不能总是用文字描述，必须有严格的数学表达方式。我甚至想过，如果设计人 员能够使用某种规则语言来描述，那么我们的ETL单元就可以自动生成、同步，省去很多手工操作了。

2、ETL开发错误。即时规则很明确，ETL开发的过程中也会发生一些错误，例如逻辑错误、书写错误等。例如对于一个分段值，开区间闭区间是需要指定的，但是常常开发人员没注意，一个大于等于号写成大于号就导致数据错误。

3、人为处理错误。在整体ETL流程没有完成之前，为了图省事，通常会手工运行ETL过程，这其中一个重大的问题就是你不会按照正常流程去运行了，而是按照自己的理解去运行，发生的错误可能是误删了数据、重复装载数据等。