정규화(Normalization)란 무엇이며, 그 목적은 무엇인가요?

김상욱·2024년 12월 14일

정규화(Normalization)란 무엇이며, 그 목적은 무엇인가요?

정규화는 데이터의 중복을 줄이고 데이터 무결성을 유지하기 위해 테이블을 체계적으로 분해하는 과정

목적

동일한 데이터가 여러 곳에 중복 저장되는 것을 방지하여 저장 공간을 효율적으로 사용
데이터의 일관성과 정확성을 보장하여 삽입, 삭제, 갱신 시 발생할 수 있는 이상 현상을 방지
데이터 간의 관계를 명확히 하여 데이터베이스의 설계를 이해하고 쉽고 관리하기 용이하게 만든다.
데이터베이스 구조 변경 시 최소한의 수정으로 대응할 수 있도록 설계

but, 테이블이 많이 분리되면서 조인이 많이 필요해져 쿼리가 복잡해질 수 있다. 또한 데이터 조회 시 조인 연산이 많아지면 성능이 저하될 수 있음. 정규화를 위해서는 신중한 설꼐와 분석이 필요.

제 1정규형 (1NF : First Normal Form)

조건 : 테이블의 각 컬럼이 원자값(Atomic Value)을 가져야 합니다. 즉 하나의 셀에 여러 값이 들어있어서는 안됩니다.
목적 : 중복된 데이터 구조를 제거하고, 각 데이터가 명확하게 분리되도록 합니다.

비정규화된 테이블:
학생ID | 학생이름 | 과목
1      | 홍길동   | 수학, 영어

학생ID | 학생이름 | 과목
1      | 홍길동   | 수학
1      | 홍길동   | 영어

제 2정규형 (2NF : Second Normal Form)

조건 : 1NF을 만족하고, 부분 함수 종속을 제거해야 합니다. 즉, 기본 키의 일부에만 의존하는 속성이 없어야 합니다.
목적 : 복합 키를 사용하는 테이블에서 각 속성이 전체 키에 완전히 의존

비정규화된 테이블:
주문ID | 상품ID | 주문일자 | 상품명
1     | 101   | 2024-01-01 | 노트북

주문 테이블:
주문ID | 상품ID | 주문일자

상품 테이블:
상품ID | 상품명

제 3정규형 (3NF : Third Normal Form)

조건 : 2NF을 만족하고, 이행적 함수 종속을 제거해야 합니다. 즉, 비기본 키 속성이 다른 비기본 키 속성에 종속되지 않아야 합니다.
목적 : 데이터 간의 직접적인 관계만을 유지하여 데이터 무결성을 강화

비정규화된 테이블:
학생ID | 학생이름 | 학과ID | 학과명
1      | 홍길동   | D01   | 컴퓨터공학

학생 테이블:
학생ID | 학생이름 | 학과ID

학과 테이블:
학과ID | 학과명

보이스-코드 정규형 (BCNF: Boyce-Codd Normal Form)

조건 : 3NF를 만족하고 모든 결정자가 후보 키어야 합니다.
목적 : 더욱 엄격한 무결성을 보장하여 특정 복잡한 종속성을 제거

신입이나 취업 준비 중인 Java, Spring 백엔드 개발자 입장에서 정규화(Normalization)와 관련하여 실습할 수 있는 내용은 데이터베이스 설계와 데이터 처리 실습을 중심으로 진행할 수 있습니다. 실습을 통해 데이터베이스 설계 역량과 SQL 작성 능력을 키울 수 있으며, Spring과 연계하여 백엔드 개발 실무에 적용할 수도 있습니다.

1. 정규화를 직접 경험해보기

실습 목표: 비정규화된 데이터를 정규화하는 과정을 통해 정규화의 중요성과 방법을 체험

Step 1: 비정규화된 데이터 세트를 준비합니다.

예: 학생, 강의, 수강 정보가 포함된 테이블을 비정규화된 상태로 설정

CREATE TABLE StudentCourses (
    student_id INT,
    student_name VARCHAR(100),
    course_name VARCHAR(100),
    professor_name VARCHAR(100),
    course_time VARCHAR(100)
);

INSERT INTO StudentCourses VALUES
(1, '홍길동', '자바 기초', '이교수', '월요일 10시'),
(2, '김철수', '데이터베이스', '박교수', '화요일 2시'),
(1, '홍길동', '데이터베이스', '박교수', '화요일 2시');

Step 2: 1NF, 2NF, 3NF 과정을 적용하여 테이블을 분리합니다.
- 학생 테이블, 강의 테이블, 수강 테이블로 나누고 외래 키를 설정합니다.
Step 3: SQL을 통해 분리된 테이블에서 데이터를 삽입/조회합니다.
- 조인을 사용해 데이터를 원래 상태로 복원하여 조회 결과를 비교합니다.

2. Spring과 연계하여 실습

실습 목표: 정규화된 데이터베이스를 Spring 프로젝트에서 활용해보기

정규화된 데이터베이스 설계
- 위에서 분리한 학생, 강의, 수강 테이블을 사용해 MySQL 또는 H2 데이터베이스에 구축합니다.

Spring JPA 엔티티 생성

각 테이블에 대응하는 JPA 엔티티를 설계합니다.

@Entity
public class Student {
    @Id
    @GeneratedValue(strategy = GenerationType.IDENTITY)
    private Long id;
    private String name;

    @OneToMany(mappedBy = "student")
    private List<CourseRegistration> registrations;
}

@Entity
public class Course {
    @Id
    @GeneratedValue(strategy = GenerationType.IDENTITY)
    private Long id;
    private String name;
    private String professor;

    @OneToMany(mappedBy = "course")
    private List<CourseRegistration> registrations;
}

@Entity
public class CourseRegistration {
    @Id
    @GeneratedValue(strategy = GenerationType.IDENTITY)
    private Long id;

    @ManyToOne
    @JoinColumn(name = "student_id")
    private Student student;

    @ManyToOne
    @JoinColumn(name = "course_id")
    private Course course;
}

Repository와 서비스 구현

JPA Repository를 통해 학생, 강의, 수강 정보를 CRUD 할 수 있도록 구현합니다.

public interface StudentRepository extends JpaRepository<Student, Long> {}
public interface CourseRepository extends JpaRepository<Course, Long> {}
public interface CourseRegistrationRepository extends JpaRepository<CourseRegistration, Long> {}

RestController로 API 구현

학생 정보를 등록하고, 강의에 수강신청하는 API를 작성합니다.

@RestController
@RequestMapping("/students")
public class StudentController {
    private final StudentRepository studentRepository;

    @PostMapping
    public ResponseEntity<Student> createStudent(@RequestBody Student student) {
        return ResponseEntity.ok(studentRepository.save(student));
    }

    @GetMapping("/{id}")
    public ResponseEntity<Student> getStudent(@PathVariable Long id) {
        return ResponseEntity.ok(studentRepository.findById(id).orElseThrow());
    }
}

테스트 및 검증
- Postman이나 Swagger를 활용해 API를 테스트합니다.
- 정규화된 데이터 구조에서 데이터를 효과적으로 CRUD하는 과정을 경험합니다.

3. 비정규화 실습

실습 목표: 비정규화의 필요성을 이해하고 성능 최적화 경험

비정규화 테이블 설계
- 학생 이름과 강의 이름을 다시 중복 저장하는 비정규화된 테이블을 설계합니다.
정규화 테이블과 성능 비교
- 데이터를 대량으로 삽입한 후 정규화된 테이블과 비정규화된 테이블의 조회 성능을 비교합니다.
- SQL 쿼리 실행 시간을 측정하여 조인 사용 유무가 성능에 미치는 영향을 분석합니다.

4. 정규화와 비정규화의 장단점 문서화

실습 목표: 설계 결정의 이유를 기록하며 설계 역량 강화

정규화된 테이블과 비정규화된 테이블의 장단점을 비교하여 Markdown이나 블로그에 문서화합니다.
예: "정규화된 테이블은 데이터 일관성을 보장하지만, 조인 비용이 커질 수 있다."

5. 개인 프로젝트에 응용

프로젝트 제안: "학생 관리 시스템" 또는 "강의 수강 관리 웹 애플리케이션"을 설계하여 정규화를 실무에 적용
정규화된 데이터베이스 설계 후 Spring과 연동하여 RESTful API 구현
관리 페이지를 만들어 데이터를 조회하고 수정하는 기능 제공

추가 팁

SQL 학습 플랫폼 활용: LeetCode의 Database 문제를 풀며 SQL 실력을 키우고, 정규화된 테이블 설계를 이해합니다.
Mock 데이터 생성: Faker 라이브러리를 사용하여 대량의 테스트 데이터를 생성합니다.
프로파일링 도구: Spring Boot의 Actuator와 SQL 로그를 활용하여 성능을 분석하고 튜닝 경험을 쌓습니다.

이러한 실습을 통해 정규화된 데이터 설계와 실무 적용 능력을 동시에 키울 수 있습니다!

김상욱

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