정규화란?
- 관계형 데이터베이스(RDBMS) 데이터 모델의 중복을 최소화하는 과정이다.
- 데이터의 일관성, 유연성을 확보하기 위한 목적으로 데이터를 분해하는 과정을 뜻한다.
즉, 중복을 최소화하도록 설계된 데이터베이스를 말한다.(주로 설계 초기)
장단점
장점
- 데이터베이스 변경 시 이상 현상(Anomaly) 제거
- 저장 공간의 최소화 가능
- 효과적인 검색 알고리즘 생성 가능
- 데이터 삽입 시 릴레이션 재구성의 필요성 감소
- 데이터 구조의 안정성 및 무결성 유지
단점
- 릴레이션 간의 JOIN 연산 증가
→ 이로 인한 질의에 대한 응답 시간 저하
정규화 과정
정규화는 여러 단계로 진행되는데, 이를 '정규형'이라고 부르고 1-5 정규화가 있다.
| 정규형 | 기본 원칙 | 설명 |
|---|---|---|
| 제 1정규화 | 각 컬럼은 유일한 값을 가져야하며, 테이블의 모든 엔트리는 스칼라 값을 가져야 함 | 하나의 컬럼에 여러 값이 들어가지 않도록 해야 한다. |
| 제 2정규화 | 제 1정규화를 만족하면서, 기본키가 아닌 모든 컬럼이 기본키에 완전히 종속되어야 함 | 부분적인 종속성을 제거한다. 복합키의 경우, 키가 아닌 컬럼이 그 키의 일부에만 종속되는 것을 방지한다. |
| 제 3정규화 | 제 2정규화를 만족하면서, 기본키가 아닌 모든 컬럼이 기본키에만 의존해야 함 | 이행적 종속성을 제거한다. 기본키가 아닌 컬럼이 다른 컬럼을 통해 간접적으로 기본키에 종속되는 것을 방지한다. |
| BCNF | 제 3정규화를 만족하면서, 모든 결정자가 후보키 집합에 속해야 함 | 결정자가 모두 후보키가 되도록 설계된 테이블 형태이다. |
| 제 4정규화 | BCNF를 만족하면서, 다중 값 종속성을 제거함 | 하나의 속성이 다른 속성에 대해 다중 값 종속성을 가지면, 그 속성들은 별도의 테이블로 분리해야 한다. |
| 제 5정규화 | 제 4정규화를 만족하면서, 조인 종속성을 제거함 | 어떤 테이블이 그 테이블의 일부분으로 프로젝션된 두 개 이상의 테이블을 조인하여 원래의 테이블과 같이 만들 수 없어야 한다. |
위와 같이 진행되며 보통 1NF ~ 3NF까지 진행하거나 BCNF단계까지 진행한다
제1정규화(1NF)
각 컬럼은 유일한 값을 가져야 하며, 모든 엔트리는 하나의 값만을 가져야 한다.
예시: 학생이 여러 과목을 수강하는 경우를 생각해 보자
| 학생이름 | 수강과목 |
|---|---|
| 지수 | 수학, 영어 |
위 테이블은 제1정규형을 만족하지 않는다.
이를 제1정규형에 맞게 수정하면 아래와 같이 작성할 수 있다.
| 학생이름 | 수강과목 |
|---|---|
| 지수 | 수학 |
| 지수 | 영어 |
제2정규화(2NF)
제1정규형을 만족하면서, 기본키가 아닌 모든 컬럼이 기본키에 완전히 종속되어야 한다.
예시: 학생이 여러 과목을 수강하고, 각 과목에는 담당 교수가 있는 경우를 생각해 보자
| 학생이름 | 수강과목 | 담당교수 |
|---|---|---|
| 지수 | 수학 | 김교수 |
| 지수 | 영어 | 이교수 |
위 테이블에서 '담당교수' 컬럼은 '수강과목'에 종속되어 있다.
이를 제2정규형에 맞게 수정하면 아래와 같이 작성할 수 있다.
학생-수강과목 테이블:
| 학생이름 | 수강과목 |
|---|---|
| 지수 | 수학 |
| 지수 | 영어 |
수강과목-담당교수 테이블:
| 수강과목 | 담당교수 |
|---|---|
| 수학 | 김교수 |
| 영어 | 이교수 |
제3정규화(3NF)
제2정규형을 만족하면서, 기본키가 아닌 모든 컬럼이 기본키에만 의존해야 한다.
예시: 학생이 여러 과목을 수강하고, 각 과목에는 담당 교수가 있으며, 각 교수는 특정 학과에 소속되어 있는 경우를 생각해 보자
| 학생이름 | 수강과목 | 담당교수 | 교수소속학과 |
|---|---|---|---|
| 지수 | 수학 | 김교수 | 수학과 |
| 지수 | 영어 | 이교수 | 영어과 |
위 테이블에서 '교수소속학과' 컬럼은 '담당교수'에 종속되어 있다.
이를 제3정규형에 맞게 수정하면 아래와 같이 작성할 수 있다.
학생-수강과목 테이블:
| 학생이름 | 수강과목 |
|---|---|
| 지수 | 수학 |
| 지수 | 영어 |
수강과목-담당교수 테이블:
| 수강과목 | 담당교수 |
|---|---|
| 수학 | 김교수 |
| 영어 | 이교수 |
담당교수-교수소속학과 테이블:
| 담당교수 | 교수소속학과 |
|---|---|
| 김교수 | 수학과 |
| 이교수 | 영어과 |
보이스-코드 정규화(BCNF)
제3정규형을 만족하면서, 모든 결정자가 후보키 집합에 속해야 한다.
예시:학생이 여러 과목을 수강하고, 각 과목에는 고유한 코드가 있는 경우를 생각해 보자
| 학생이름 | 수강과목 | 과목코드 |
|---|---|---|
| 지수 | 수학 | MATH101 |
| 지수 | 영어 | ENG101 |
위 테이블에서 '과목코드'가 '수강과목'을 결정짓고 있다.
이를 BCNF에 맞게 수정하면 아래와 같이 작성할 수 있다.
학생-과목코드 테이블:
| 학생이름 | 과목코드 |
|---|---|
| 지수 | MATH101 |
| 지수 | ENG101 |
과목코드-수강과목 테이블:
| 과목코드 | 수강과목 |
|---|---|
| MATH101 | 수학 |
| ENG101 | 영어 |
제4정규화(4NF)
BCNF를 만족하면서, 다중 값 종속성을 제거한다.
예시: 학생이 여러 과목을 수강하고, 각 과목마다 복수의 교재를 사용하는 경우를 생각해 보자
| 학생이름 | 수강과목 | 교재 |
|---|---|---|
| 지수 | 수학 | 교재A, 교재B |
| 지수 | 영어 | 교재C, 교재D |
위 테이블에서 '교재'는 '수강과목'에 다중 값 종속성을 가지고 있다.
이를 제4정규형에 맞게 수정하면 아래와 같이 작성할 수 있다.
학생-수강과목 테이블:
| 학생이름 | 수강과목 |
|---|---|
| 지수 | 수학 |
| 지수 | 영어 |
수강과목-교재 테이블:
| 수강과목 | 교재 |
|---|---|
| 수학 | 교재A |
| 수학 | 교재B |
| 영어 | 교재C |
| 영어 | 교재D |
제5정규화(5NF)
4NF를 만족하면서, 조인 종속성을 제거한다.
예시: 학생, 과목, 교수가 있고, 학생이 과목을 수강하며, 과목은 교수에게 교육받을 경우를 생각해 보자
| 학생이름 | 수강과목 | 담당교수 |
|---|---|---|
| 지수 | 수학 | 김교수 |
| 지수 | 영어 | 이교수 |
위 테이블에서 학생-수강과목, 수강과목-담당교수를 분리하면 아래와 같이 작성할 수 있다.
학생-수강과목 테이블:
| 학생이름 | 수강과목 |
|---|---|
| 지수 | 수학 |
| 지수 | 영어 |
수강과목-담당교수 테이블:
| 수강과목 | 담당교수 |
|---|---|
| 수학 | 김교수 |
| 영어 | 이교수 |
하지만 이렇게 분리하면 원래의 정보(지수 학생이 수학 과목을 김교수에게 배운다)를 잃어버리게 된다.
따라서 이 경우에는 테이블 분리를 하지 않는 것이 제5정규형을 만족하는 방법이다.
정규화는 데이터베이스의 중복을 최소화하고 무결성을 보장하는 데 중요하지만, 과도한 정규화는 데이터베이스의 성능을 저하시킬 수 있다. 따라서, 각 상황에 따라 적절한 정규형을 선택하는 것이 중요하다.
비정규화(반정규화)란?
- 데이터베이스 설계에서 일부러 중복을 허용하거나, 정규화 규칙을 완화함으로써 성능을 향상시키는 과정을 말한다.
- 일반적으로 대량의 데이터를 다루는 대형 시스템에서 데이터베이스의 성능을 향상시키거나, 응답 시간을 줄이기 위해 사용된다.
즉, 읽는 시간을 최적화하도록 설계된 데이터베이스를 말한다.(주로 최적화 단계)
장단점
장점
-
빠른 데이터 조회
→ 조인 비용이 줄어들기 때문 -
살펴볼 테이블이 줄어들기 때문에 데이터 조회 쿼리가 간단해짐
→ 따라서 버그 발생 가능성도 줄어든다
단점
- 데이터 갱신이나 삽입 비용이 높음
- 데이터 갱신 또는 삽입 코드를 작성하기 어려워짐
- 데이터 간의 일관성이 깨어질 수 있다. 어느 쪽이 올바른 값인가?
- 데이터를 중복하여 저장하므로 더 많은 저장 공간이 필요
비정규화 대상
- 자주 사용되는 테이블에 액세스 하는 프로세스의 수가 가장 많고, 항상 일정한 범위만을 조회하는 경우
- 테이블에 대량 데이터가 있고 대량의 범위를 자주 처리하는 경우, 성능 상 이슈가 있을 경우
- 테이블에 지나치게 조인을 많이 사용하되어 데이터를 조회하는 것이 기술적으로 어려울 경우
대부분의 대규모 IT 업체의 경우처럼, 규모 확장성(scalability)을 요구하는 시스템의 경우 거의 항상 정규화된 데이터베이스와 비정규화된 데이터베이스를 섞어 사용한다.
고려할 점
- 중복:
- 데이터의 중복은 데이터의 무결성을 저해할 수 있지만, 쿼리의 복잡성을 줄이고 성능을 향상시킬 수 있다.
- 예를 들어, 사용자의 주소 정보를 사용자 테이블에 직접 저장하는 경우, 주소 변경 시 모든 레코드를 업데이트해야 하지만, 사용자 정보 조회 시에는 추가적인 조인 없이 바로 주소 정보를 가져올 수 있다.
- 테이블 분해와 병합:
- 정규화 과정에서 분해된 테이블을 병합하면, 쿼리 성능을 향상시킬 수 있다.
- 하지만 이러한 병합은 데이터의 중복을 초래하고, 데이터의 무결성을 저해할 수 있다.
- 인덱스 추가:
- 인덱스는 데이터 검색 속도를 향상시키지만, 데이터 삽입, 수정, 삭제 시에는 성능을 저하시킬 수 있다.
- 따라서 어떤 컬럼에 인덱스를 생성할지는 신중하게 결정해야 한다.
비정규화는 성능 향상을 위한 전략이지만, 데이터의 무결성 문제를 초래할 수 있으므로 주의해서 사용해야 한다.
또한, 비정규화를 통해 성능을 향상시키려면 시스템의 전반적인 성능을 이해하고, 쿼리 동작 방식, 사용 패턴 등을 고려해야 한다.
참고 : https://owlyr.tistory.com/20
참고 : https://velog.io/@bsjp400/Database-DB-%EC%A0%95%EA%B7%9C%ED%99%94-%EB%B9%84%EC%A0%95%EA%B7%9C%ED%99%94%EB%9E%80
