[Database] 정규화

h220101·2022년 4월 13일

Database

정규화 Normalization

개념적설계의 결과 > E-R다이어그램
E-R다이어그램 >> 스키마설계

이상현상 (anomaly)

불필요한 데이터중복으로 인해 릴레이션에 대한 데이터 삽입 수정
삭제연산을 수행할 때 발생할 수 있는 부작용이 있다.

정규화 (normalization)

데이터의 일관성, 최소한의 데이터중복, 최대한의 데이터 유연성을 위한 방법이며, 데이터를 분해하는 과정이다.
= 이상현상이 발생하는 릴레이션을 분해하는 과정이다.
함수의 종속성을 판단하여 정규화를 수행한다.

이상현상 (anomaly)

삽입이상

릴레이션에 새 데이터를 삽입하려면, 불필요한 데이터도 함께 삽입해야하는 문제
ex) 회원가입을 하려고하는데 이벤트도 같이 되는 현상

갱신이상

릴레이션의 중복된 튜플들 중 일부만 수정하여 데이터가 불일치하게되는 모순이 발생되는 문제
하나의 업데이트처리를 하려고 했는데 다른것까지 다 같이 업데이트해줘야됨

삭제이상

릴레이션에서 튜플을 삭제하면 꼭 필요한 데이터까지 손실되는 연쇄삭제 현상이 발생하는 문제
아이디를 삭제하려하는데 등급까지 다 삭제되버리는 상황

정규화

이상현상이 발생하지 않도록, 릴레이션을 관련있는 속성들로만 구성하기 위해 릴레이션을 분해하는 과정이다.

함수적 종속성

속성들 간의 관련성

함수 종속성을 이용하여, 릴레이션을 연관성이 있는 속성들로만 구성되도록 분해하여 이상현상이 발생하지않는 릴레이션으로 만들어가는 과정이다.

함수 종속 (Functional Dependency)

X가 Y를 함수적으로 결정한다.
릴레이션 내 모든 튜플을 대상으로
하나의 X값에 대한 Y값이 항상 하나이다.
Y가 X에 함수적으로 종속되어 있다와 같은 의미이다.
X -> Y로 표현 (X는 결정자, Y는 종속자)

부분 함수 종속이 되는게 좋지않다.

함수종속 관계판단

속성 자체의 특성과 의미를 기반으로 함수 종속성을 판단한다.
속성 값은 계속 변할 수 있으므로 현재 릴레이션에 포함된 속성값만으로 판단하면 안된다.
일반적으로 기본키와 후보키는 릴레이션의 다른 모든 속성들을 함수적으로 결정한다.
기본키나 후보키가 아니어도 다른 속성 값을 유일하게 결정하는 속성은 함수 종속 관계에서 결정자가 될 수 있다.

완전함수 종속

식별자로 완벽히 식별이 가능하다.
릴레이션에서 속성집합 Y가 속성집합 X에 함수적으로
종속되어 있지만, 속성 집합 X의 전체가 아닌 일부분에는 종속되지 않음을 의미한다.

부분함수 종속

일반적인 컬럼과 식별자키 일부분에도 식별이 가능하다.
릴레이션에서 속성집합 Y가 속성집합 X의 전체가 아닌 일부분에도 함수적으로 종속됨을 의미한다.

함수종속 관계판단 (고려할 필요X)

결정자와 종속자가 같거나, 결정자가 종속자를 포함하는 것처럼 당연한 함수 종속 관계는 고려하지 않는다.

정규화를 통한 릴레이션은 무손실 분해여야 한다.

릴레이션은 의미적으로 동등한 릴레이션들로 분해되어야하고, 분해로 인한 정보의 손실이 발생하지 않아야한다.
분해된 릴레이션들을 자연 조인하면 분해 전의 릴레이션으로 복원 가능하다.

정규형 (Normal Form)

릴레이션이 정규화된 정도
각 정규형마다 제약조건이 존재한다.
(릴레이션 특성을 고려, 적합한 정규형 선택)
: 정규형의 차수가 높아질수록 요구되는 제약조건이 많아지고 엄격해진다.

정규화의 관계

기본적으로 3정규형으로 만든다.
실무에서는 4,5차는 고려하지 않는다.

제 1정규형 (1NF) (First Normal Form)

릴레이션의 모든 속성이 더는 분해되지 않는 원자값만 가지면 제 1 정규형을 만족한다.

제 1 정규형을 만족하는 관계 데이터 베이스 릴레이션

부분 함수 종속 때문에 이상현상 발생

부분 함수 종속이 제거되도록 릴레이션 분해 > 제 2 정규형

1NF 이상현상 발생이유

: 기본키인 {고객아이디, 이벤트번호} 에
완전 함수 종속되지 못하고 일부분인 고객아이디에 종속되는 등급과 할인율 속성이 존재하기 때문이다.

문제해결 방법

--> 부분 함수 종족이 제거되도록 이벤트 참여 릴레이션을 분해한다. (분해된 릴레이션은 제 2정규형에 속하게 된다.)

제 2정규형 (2NF)

릴레이션이 제 1 정규형에 속하고, 기본키가 아닌 모든 속성이 기본키에 완전 함수 종속되면 제 2 정규형을 만족함.

이행적 함수 종속이 존재하기 때문에 이상현상 발생.

이행적 함수 종속이 제거되도록 릴레이션 분해 > 제 3 정규형

2NF 이상현상 발생이유

: 이행적 함수 종속이 존재하기 때문이다.
X -> Y 와 Y -> Z가 존재하면 X -> Z가 성립한다. (Z가 X에 이행적으로 함수종속)

문제해결 방법

--> 이행적 함수 종속이 제거되도록 고객 릴레이션을 분해한다.
(분해된 릴레이션은 제 3정규형에 속하게 된다.)

제 3정규형 (3NF)

릴레이션이 제 2 정규형에 속하고, 기본키가 아닌 모든 속성이 기본키에 이행적 함수 종속되지 않으면 제 3 정규형을 만족함.

후보키가 아닌 결정자가 존재할 수 있고 이 때문에 이상현상이 발생할 수 있음.

후보키가 아닌 결정자가 제거되도록 릴레이션 분해 > 보이스/코드 정규형

보이스/코드 정규형 (BCNF)

하나의 릴레이션에 여러 개의 후보키가 존재하는 경우, 제 3 정규형까지 모두 만족해도 이상 현상이 발생할 수 있음.

보이스/코드 정규형은 제 3 정규형에 속하지만, 제 3 정규형에 속하는 모든 릴레이션이 보이스/코드 정규형에 속하는 것은 아님.