정규화란?
데이터베이스 정규화는 관계형 데이터 모델에서 데이터의 중복성을 제거하여 이상 현상을 방지하고, 데이터의 일관성과 정확성을 유지하기 위해 무손실 분해하는 과정이다.
데이터 정규화에는 다음과 같은 단계가 있다.
- 제1 정규화 (1NF)
- 제2 정규화 (2NF)
- 제3 정규화 (3NF)
정규화가 필요한 이유
- 데이터의 중복을 없애면서 불필요한 데이터를 최소화시킨다.→ 무결성을 유지할 수 있다.
- 데이터베이스 변경 시 이상 현상(Anomaly)을 제거할 수 있다.
- 삽입 이상 (Insertion Anomaly) : 데이터 삽입 시 의도와 다른 값들도 삽입
- 삭제 이상 (Delete Anomaly) : 데이터 삭제 시 의도와 다른 값들도 연쇄 삭제
- 갱신 이상 (Update Anomaly) : 속성값 갱신 시 일부 튜플만 갱신되어 모순 발생
- 테이블 구성을 논리적이고 직관적으로 할 수 있다.
- DB 저장 용량을 효율적으로 관리할 수 있다.
제 1 정규화 (1NF)
데이터베이스의각 컬럼이 원자 값(하나의 값)을 가지도록 하는 과정이다.
즉, 각컬럼은 하나의 데이터만 저장하며, 다중 값을 갖지 않는다.
제 1 정규화 적용 전
수강과목ID 수강과목 수강자 1 AI 홍길동 2 JAVA 이순신, 홍길동 3 JavaScript 유관순
이 테이블에서는 다음과 같은 문제가 발생할 수 있다.
- 데이터의 중복 발생이 가능하다.
- 데이터 무결성이 유지되지 않는다.
- 데이터의 수정, 삭제, 삽입 연산에 이상 문제가 있을 수 있다.
- 데이터의 구조가 불분명하다.
발생할 수 있는 이상현상
- 갱신 이상
홍길동이 JAVA 과목을 Python로 바꿀 경우 이순신이 듣고 있는 JAVA 과목도 바뀌어 버린다.
- 삭제 이상
홍길동이 JAVA 과목 수강을 취소할 경우 같이 듣고 있는 이순신의 수강 정보도 삭제된다.
제 1 정규화 적용 후
수강과목ID 수강과목 수강자 1 AI 홍길동 2 JAVA 이순신 2 JAVA 홍길동 3 JavaScript 유관순
다음은 각 컬럼은 하나의 데이터만 저장하는제1 정규화를 적용 시킨 테이블이다.
이러한 제1 정규화가 적용된 테이블을"제1 정규형 테이블"이라고 한다.
제 1 정규화 적용 후 장점
- 데이터의 중복이 크게 줄어들어 공간적 효율성 향상
- 데이터 무결성 유지에 도움
- 데이터의 수정, 삭제, 삽입 연산에 이상 문제 방지
- 데이터 구조가 단순해지고 명확해진다.
제 2 정규화(2NF)
제1 정규화를 완료한 테이블에서, 부분 함수 종속성을 제거하는 과정이다.
모든 기본 키의 부분집합에 의존하는 컬럼들을 분리해 새로운 테이블을 만들고 그 사이의 관계를 설정한다.
쉽게 설명하면,현재 테이블의 주제와 관련없는 컬럼을 다른 테이블로 빼는 작업이다.
제 2 정규화 적용 전
회원ID 회원이름 회원주소 상품코드 상품명 가격 101 홍길동 서울시 S100 소파 200 102 이순신 부산시 B100 침대 300 103 유관순 대전시 S100 소파 200 101 홍길동 서울시 S101 의자 150
이 테이블에서는다음과 같은 문제가 발생할 수 있다.
- 한 테이블에서 회원 정보, 상품 정보, 구매 내역이 모두 포함되어 있어 데이터 중복이 발생하고 무결성이 유지되지 않는다.
발생할 수 있는 이상 현상
- 삽입 이상
새로운 상품이 등록 된다면 테이블의 구조상 회원 정보와 연관된 컬럼도 채워야 하는 문제가 발생한다.
- 수정 이상
홍길동이 주소를 경기도로 변경하면 홍길동이 있는 연관 행들을 모두 수정해야 한다.
일부 행을 수정하지 못할 경우 데이터의 범주 불일치가 발생한다.
- 삭제 이상
의자 상품을 삭제 한다면, 상품의 가격, 상품코드가 사라지고 의자를 구매한 회원의 정보 또한 삭제되는 문제가 발생한다.
제 2 정규화 적용 후
- 회원 테이블
회원ID 회원이름 회원주소 101 홍길동 서울시 102 이순신 부산시 103 유관순 대전시
- 상품 테이블
상품코드 상품명 가격 S100 소파 200 B100 침대 300 S101 의자 150
- 주문 테이블
회원ID 상품코드 101 S100 102 B100 103 S100 101 S101
제 2 정규화 적용 후 장점
- 각 테이블이 회원 정보, 상품 정보, 구매 정보 등 각각의 역할에 집중하여 관리되고, 중복이 크게 줄어들며 데이터 무결성이 유지된다.
- 전체적인 데이터 관리 및 유지 보수가 향상된다.
제3 정규화 (3NF)
제2 정규화를 완료한 테이블에서, 이행적 함수 종속성(transitive dependency) 을 제거하는 과정이다.
이행적 함수 종속이란 A -> B, B -> C, A -> C 종속인 관계를 말한다.
제 3 정규화 적용 전
학생ID 학생이름 강의ID 강의명 교수ID 교수이름 S001 김영희 L001 수학 P001 이은택 S001 김영희 L002 영어 P002 김진희 S002 이철수 L001 수학 P001 이은택 S003 최민수 L003 과학 P003 박현정
이 테이블은 다음과 같이 이행적 함수 종속이 발생한다.
- 학생이름은 학생ID에 종속
- 강의명은 강의ID에 종속
- 교수이름은 교수ID에 종속
- 강의ID → 교수ID → 교수이름으로 간접 종속 발생
이러한 이행적 종속성 때문에 중복 데이터와 데이터 무결성 문제가 발생할 수 있다.
발생할 수 있는 이상 현상
- 삽입 이상
새 과목을 추가하려고 할 때, 아직 수강하는 학생이 없으면 해당 과목을 추가하기 어렵다.
왜냐하면 학생ID와 학생이름이 NULL로 남게 되기 때문이다.
예: 화학이라는 새로운 강의를 P004 교수님(‘최선영’)이 맡게 되었다면, 이렇게 입력하면 학생ID와 학생이름이 NULL이 되어 알맞지 않은 데이터가 저장된다.
- 수정 이상
강의를 담당하는 교수님이나 강의명이 변경될 경우, 중복 데이터로 인해 여러 행을 수정해야 하고, 그로 인해 일관성이 깨질 수 있다.
예: 수학 강의명이 고급수학으로 변경되었다면, 모든 연관 행의 데이터를 수정해야 한다.
- 삭제 이상
특정 강의를 수강한 학생이 삭제되면, 해당 강의와 관련된 정보도 함께 제거된다.
예: 김영희 학생이 수학 강의를 수강취소했다면 수학 강의에 대한 정보와
수학 강의를 담당하는 이은택 교수님에 대한 정보가 손실된다.
제 3 정규화 적용 후
- 학생 정보 테이블
학생ID 학생이름 S001 김영희 S002 이철수 S003 최민수
- 강의 정보 테이블
강의ID 강의명 교수ID L001 수학 P001 L002 영어 P002 L003 과학 P003
- 교수 정보 테이블
교수ID 교수이름 P001 이은택 P002 김진희 P003 박현정
- 수강 신청 정보 테이블
학생ID 강의ID S001 L001 S001 L002 S002 L001 S003 L003
제3 정규화 적용 후 장점
- 각 테이블은 원자적인 값을 가지게 되고, 데이터 중복이 줄어든다.
- 이상 현상을 피할 수 있으며 유지 보수가 훨씬 용이해진다.
