[CS] 데이터베이스

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[인덱스(index)란?]
인덱스란 추가적인 쓰기 작업과 저장 공간을 활용하여 데이터베이스 테이블의 검색 속도를 향상시키기 위한 자료구조이다. 만약 우리가 책에서 원하는 내용을 찾는다고 하면, 책의 모든 페이지를 찾아 보는 것은 오랜 시간이 걸린다. 그렇기 때문에 책의 저자들은 책의 맨 앞 또는 맨 뒤에 색일을 추가하는데, 데이터베이스의 index는. 책의 색인과 같다.
데이터베이스에서도 테이블의 모든 데이터를 검색하면 시간이 오래 걸리기때문에 데이터와 데이터의 위치를 포함한 자료구조를 생성하여 빠르게 조회할 수 있도록 돕고있다.
만약 index를 적용하지 않은 컬럼을 조회한다면, 전체를 탐색하는 Full Scan이 수행된다.

[인덱스의 자료구조]

• 해시 테이블
  - 컬럼의 값으로 생성된 해시를 기반으로 인덱스를 구현한다.
  • 시간 복잡도가 o(1)이라 검색이 매우 빠르다.
  • 부등호와 같은 연속적인 데이터를 위한 순차 검색이 불가능 하다.
• B+Tree
  - 자식 노드가 2개 이상인 B-Tree를 개선시킨 자료구조이다.
  • BTree의 리프노드들을 LinkedList로 연결하여 순차 검색을 용이하게 하였다.
    • 해시 테이블보다 나쁜 시간복잡도를 갖지만 해시테이블보다 흔하게 사용한다.

[DB 정규화]
1. 제1정규형: 모든 속성 값이 원자 값을 갖도록 분해한다.
2. 제2정규형: 제 1정규형을 만족시키고, 기본키가 아닌 속성이 기본키에 완전 함수 종속이도록 분해한다.(기본키의 부분집합이 다른 값을 결정하지 않는 것을 의미한다)
3. 제3정규형: 제 2정규형을 만족시키고, 기본키가 아닌 속성이 기본키에 직접 종속(비이행적 종속)하도록 분해한다.(이행적 종속: A->B->C가 성립하는 것으로, 이를 A,B와 B,C로 분해하는 것이 제 3정규형이다)
4. BCNF정규형: 제 3정규형을 만족하고, 함수 종속성 X->Y가 성립할 때 모든 결정자 X가 후보키가 되도록 분해한다.

[트랜잭션(Transaction)이란?]
트랜잭션이란 데이터베이스 작업의 단위로써 하나 이상의 쿼리를 처리할 때 동일한 Connection 객체를 공유하여 에러가 발생한 경우 모든 과정을 되돌리기 위한 방법이다.

[트랜잭션의 ACID란?]

• 원자성: 트랜잭션에 포함된 작업은 전부 수행되거나 전부 수행되지 않아야한다.
• 일관성: 트랜잭션을 수행하기 전이나 후나 데이터베이스는 항상 일관된 상태를 유지한다.
• 고립성: 수행 중인 트랜잭션에 다른 트랜잭션이 끼어들어 변경중인 데이터 값을 훼손하지 않는다.
• 지속성: 수행을 성공적으로 완료한 트랜잭션은 변경한 데이터를 영구히 저장해야 한다.

[RDBMS와 NoSQL차이]
RDBMS
- 2차원의 행과 열로 데이터 관계를 관리하는 데이터베이스
- 장점: 스키마에 맞추어 데이터를 관리하기 때문에 데이터의 정합성을 보장할 수 있다.
- 단점: 시스템이 커질 수록 쿼리가 복잡해지고 성능이 저하되며 수평적 확장이 어렵다.
NoSQL
- RDBMS가 비대해지메 따라 관계가 복잡해져, 이를 극복하기 위해 등장하게 된 데이터베이스
- 장점: 스키마 없이 key-value형태로 데이터를 관리하여 좀 더 자유롭게 데이터관리
- 단점: 중복된 데이터가 추가 가능하여, 이에 대한 관리가 필요하다.

[ 낙관적 동시성 제어와 비관적 동시성 제어 ]

• 낙관적 동시성 제어
  - 사용자들이 같은 데이터를 동시에 수정하지 않을 것이라고 가정
  - 잠금을 사용하지 않는 대신, 레코드의 버전 등을 통해 수정 시점에 변경 여부를 검사함

• 비관적 동시성 제어
  - 사용자들이 같은 데이터를 동시에 수정할 것이라고 가정
  - 공유락, 베타락 등과 같은 잠금을 사용하는 방식으로, 시스템의 동시성을 심각하게 떨어뜨릴 수 있으므로 wait 또는 nowait 옵션과 함께 사용해야 함

[ DB 락의 종류 ]
DB 락은 여러 개의 트랜잭션들이 하나의 데이터로 동시에 접근하려고 할 때 이를 제어해주는 도구이다.

• 공유락(LS, Shared Lock): 트랜잭션이 읽기를 할 때 사용하는 락, 데이터를 읽을 수 있지만 쓸 수 없음
• 베타락(LX, Exclusive Lock): 트랜잭션이 읽고 쓰기를 할 때 사용하는 락, 데이터를 읽고 쓸 수 있음

[커넥션 풀을 사용하는 이유와 장점 그리고 주의점 ]
커넥션은 TCP/IP 연결에 의한 3-way handshaking이 발생하여 연결에 오랜 시간이 걸립니다. 하지만 이를 초기에 한 번 생성해두고 관리하면 재사용 할 수 있고, 애플리케이션 초기에 커넥션들을 모아둔 곳이 바로 커넥션 풀입니다.
멀티쓰레드 환경에서는 각각의 쓰레드가 커넥션 풀을 점유해서 사용합니다. 커넥션 풀에 커넥션이 부족한 상황에서 커넥션을 요청하게 되면 커넥션 풀이 반환될 때 까지 기다려야 하므로 커넥션 풀이 바닥나지 않도록 주의해야 합니다.

[ 힌트(Hint)란? ]
힌트란 SQL을 튜닝하기 위한 지시구문입니다. 옵티마이저가 최적의 계획으로 SQL문을 처리하지 못하는 경우에 개발자가 직접 최적의 실행 계획을 제공하는 것입니다. 힌트는 아래와 같이 SELECT 다음에 작성할 수 있으며, INDEX, PARALLEL 등 다양한 힌트절이 있습니다.

[ 클러스터링 vs 리플리케이션 ]

• 리플리케이션
  - 여러 개의 DB를 권한에 따라 수직적인 구조(Master-Slave)로 구축하는 방식이다.
  - 비동기 방식으로 노드들 간의 데이터를 동기화한다.
  - 장점: 비동기 방식으로 데이터가 동기화되어 지연 시간이 거의 없다.
  - 단점: 노드들 간의 데이터가 동기화되지 않아 일관성있는 데이터를 얻지 못할 수 있다.

• 클러스터링
  - 여러 개의 DB를 수평적인 구조로 구축하여 Fail Over한 시스템을 구축하는 방식이다.
  - 동기 방식으로 노드들 간의 데이터를 동기화한다.
  - 장점: 1개의 노드가 죽어도 다른 노드가 살아 있어 시스템을 장애없이 운영할 수 있다.
  - 단점: 여러 노드들 간의 데이터를 동기화하는 시간이 필요하므로 Replciation에 비해 쓰기 성능이 떨어진다.

[ 데이터베이스 튜닝과 방법 ]
DB 튜닝은 테이터베이스의 구조나 데이터베이스 자체, 운영체제 등을 조정하여 데이터베이스 시스템의 성능을 향상시키는 작업을 의미합니다. 튜닝은 DB 설계 튜닝 -> DBMS 튜닝 > SQL 튜닝의 단계로 진행할 수 있습니다.

[트리거]

• 트리거는 특정 테이블에 대한 이벤트에 반응해 INSERT, DELETE, UPDATE 같은 DML 문이 수행되었을 때, 데이터베이스에서 자동으로 동작하도록 작성된 프로그램입니다.
• 사용자가 직접 호출하는 것이 아닌, 데이터베이스에서 자동적으로 호출한다는 것이 가장 큰 특징입니다.

[이상현상]

이상 현상은 테이블을 설계할 때 잘못 설계하여 데이터를 삽입,삭제,수정할 때 생기는 논리적 오류를 말합니다.

삽입 이상 : 자료를 삽입할 때 특정 속성에 해당하는 값이 없어 NULL을 입력해야 하는 현상
갱신 이상 : 중복된 데이터 중 일부만 수정되어 데이터 모순이 일어나는 현상
삭제 이상 : 어떤 정보를 삭제하면, 의도하지 않은 다른 정보까지 삭제되어버리는 현상

이러한 이상 현상을 예방하고 효과적인 연산을 하기 위해 데이터 정규화를 합니다.