[Backend 개발자 면접 준비] 데이터베이스 정규화란?

정규화(Normalization)란?

데이터베이스 정규화는 관계형 데이터베이스 데이터 모델의 중복을 최소화하고 데이터의 일관성, 유연성을 확보하기 위한 목적으로 데이터를 분해하는 과정을 뜻한다. 정규화를 하는 목적은 데이터들을 조금 더 효율적으로 관리하는 것에 있다.

 

정규화의 장점

• 데이터베이스 변경 시 이상 현상(Anomaly)을 제거할 수 있다.
• 정규화된 데이터베이스 구조에서는 새로운 데이터 형의 추가로 인한 확장 시, 그 구조를 변경하지 않아도 되거나 일부만 변경해도 된다.
• 데이터베이스와 연동된 응용 프로그램에 최소한의 영향만을 미치게 되어 응용프로그램의 생명을 연장시킨다.

정규화의 단점

• 릴레이션의 분해로 인해 릴레이션 간의 JOIN연산이 많아진다.
• 질의에 대한 응답 시간이 느려질 수도 있다. 데이터의 중복 속성을 제거하고 결정자에 의해 동일한 의미의 일반 속성이 하나의 테이블로 집약되므로 한 테이블의 데이터 용량이 최소화되는 효과가 있다. 
• 따라서 데이터를 처리할 때 속도가 빨라질 수도 있고 느려질 수도 있다.
• 만약 조인이 많이 발생하여 성능 저하가 나타나면 반정규화(De-normalization)를 적용할 수도 있다.

정규화 절차

정규화 절차	설명
제1정규화	속성(Attribute)의 원자성을 확보하고 원자값이 아닌 도메인을 분해한다.
제2정규화	기본키가 2개 이상의 속성으로 이루어진 경우, 부분 함수 종속성을 제거(분해)한다.
제3정규화	기본키를 제외한 컬럼간의 종속성을 제거한다. 즉 이행 함수 종속성을 제거한다.
BCNF	기본키를 제외하고 후보키가 있는 경우 후보키가 기본키를 종속시키면 분해한다.
제4정규화	여러 컬럼들이 하나의 컬럼을 종속시키는 경우 분해하여 다중값 종속성을 제거한다.
제5정규화	조인에 의해서 종속성이 발생하는 경우 분해한다.

 

제 1정규화

1. 각 컬럼이 하나의 속성만을 가져야 한다.
2. 하나의 컬럼은 같은 종류나 타입(type)의 값을 가져야 한다.
3. 각 컬럼이 유일한(unique) 이름을 가져야 한다.
4. 칼럼의 순서가 상관없어야 한다.

제1 정규화란 테이블의 컬럼이 원자값(Atomic Value, 하나의 값)을 갖도록 테이블을 분해하는 것이다. 예를 들어 아래와 같은 좋아하는 과일 테이블이 존재한다고 하자. 

첫번째 테이블에서 김석진과 박지민은 여러 개의 과일을 좋아하고 있기 때문에 제1 정규형을 만족하지 못하고 있다. 그렇기 때문에 이를 제1 정규화하여 분해할 수 있다. 제1 정규화를 진행한 테이블은 오른쪽 테이블과 같다.

 

제2정규화

1. 1정규형을 만족해야 한다.
2. 모든 컬럼이 부분적 종속(Partial Dependency)이 없어야 한다. == 모든 칼럼이 완전 함수 종속을 만족해야 한다.

 

 

제2 정규화란 제1 정규화를 진행한 테이블에 대해 완전 함수 종속을 만족하도록 테이블을 분해하는 것이다. 여기서 완전 함수 종속이라는 것은 기본키의 부분집합이 결정자가 되어선 안된다는 것을 의미한다.

 

위 테이블에서 기본키는 (학생번호, 강좌이름)으로 복합키이다.

그리고 (학생번호, 강좌이름)인 기본키는 성적을 결정하고 있다. (학생번호, 강좌이름) --> (성적)

그런데 여기서 강의실이라는 컬럼은 기본키의 부분집합인 강좌이름에 의해 결정될 수 있다. (강좌이름) --> (강의실)

즉, 기본키(학생번호, 강좌이름)의 부분키인 강좌이름이 결정자이기 때문에 위의 테이블의 경우 다음과 같이 기존의 테이블에서 강의실을 분해하여 별도의 테이블로 관리하여 제2 정규형을 만족시킬 수 있다.

 

제3정규화

1. 2 정규형을 만족해야 한다.
2. 기본키를 제외한 속성들 간의 이행 종속성 (Transitive Dependency)이 없어야 한다.

 

 

기존의 테이블에서 학생 번호는 강좌 이름을 결정하고 있고, 강좌 이름은 수강료를 결정하고 있다. 

그렇기 때문에 이것을 (학생 번호, 강좌 이름) 테이블과 (강좌 이름, 수강료) 테이블로 분해해야 한다.

 

이행적 종속을 제거하는 이유는 비교적 간단하다. 예를 들어 101번 학생이 수강하는 강좌가 자료구조로 변경되었다고 하자. 이행적 종속이 존재한다면 101번의 학생은 자료구조 수업을 15,000원이라는 수강료로 듣게 된다. 물론 강좌 이름에 맞게 수강료를 다시 변경할 수 있지만, 이러한 번거로움을 해결하기 위해 제3 정규화를 하는 것이다.

즉, 학생 번호를 통해 강좌 이름을 참조하고, 강좌 이름으로 수강료를 참조하도록 테이블을 분해해야 하며 그 결과는 아래와 같다.

 

 

 

 

 

 

Reference Link

https://code-lab1.tistory.com/48

https://coding-factory.tistory.com/872