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정규화(Normalization)

Jay-JI 2024. 10. 7. 22:37

정규화 란

 

정규화는 데이터베이스 설계 과정에서 데이터를 효율적으로 저장하고 중복을 최소화하며 데이터 일관성과 무결성을 유지하기 위한 기법을 의미한다.

정규화의 주요 목적은 다음과 같다.

  1. 중복 데이터 제거
    - 동일한 데이터가 여러 위치에 저장되지 않도록 데이터 구조를 설계한다.

  2. 데이터 무결성 보장
    - 데이터의 불일치나 오류를 방지하기 위해 종속성 있는 데이터를 올바르게 분리한다.

  3. 이상 현상 해결
    - 이상 현상을 최소화하여 데이터베이스 관리가 용이하도록 한다.

이상(Abnomal) 현상의 개념 및 종류

 

데이터베이스 설계에서 이상 현상은 데이터 삽입, 삭제, 또는 업데이트 시 발생하는 비정상적인 동작이나 문제를 의미한다. 이러한 이상 현상은 테이블 설계가 비효율적이거나 정규화가 제대로 이루어지지 않았을 때 발생할 수 있다.

이상 현상은 다음과 같이 분류할 수 있다.

 

  1. 삽입 이상(Insertion Abnomaly)
    - 삽입 이상은 새로운 데이터를 삽입하려 할 때 불필요한 데이터나 의미 없는 데이터를 입력해야 하거나, 데이터를 제대로 삽입하지 못하는 경우를 의미한다.

  2. 삭제 이상(Deletion Abnomaly)
    - 삭제 이상은 특정 데이터를 삭제할 때, 그와 관련된 유용한 데이터까지 함께 삭제되어 의도치 않은 손실이 발생하는 경우를 의미한다.

  3. 갱신 이상(Update Abnomaly)
    - 갱신 이상은 동일한 데이터가 여러 곳에 중복 저장되어 있을 때 그 중 일부만 업데이트되거나 서로 다른 값으로 수정되어 데이터의 불일치가 발생하는 경우를 의미한다.

 

정규화 과정

 

 

제1 정규화(1NF)

 

제1 정규화란 테이블의 컬럼이 원자값(Atomic Value, 하나의 값)을 갖도록 테이블을 분해하는 것을 의미한다. 예를 들어 아래와 같은 고객 취미 테이블이 존재한다고 하자. 

 

위의 테이블에서 추신수와 박세리는 여러 개의 취미를 가지고 있기 때문에 제1 정규형을 만족하지 못하고 있다. 그렇기 때문에 이를 제1 정규화하여 분해할 수 있다. 제1 정규화를 진행한 테이블은 아래와 같다.

 

 

 

제2 정규화(2NF)

 

제2 정규화란 제1 정규화를 진행한 테이블에 대해 완전 함수 종속을 만족하도록 테이블을 분해하는 것을 의미한다. 여기서 완전 함수 종속이라는 것은 기본키의 부분집합이 결정자가 되어선 안된다는 것을 의미한다. 예를 들어 아래와 같은 수강 강좌 테이블이 있다고 가정하자.

 

 

이 테이블에서 기본키는 (학생번호, 강좌이름)으로 복합키이다. 그리고 (학생번호, 강좌이름)인 기본키는 성적을 결정하고 있다. 그런데 여기서 강의실이라는 컬럼은 기본키의 부분집합인 강좌이름에 의해 결정될 수 있다. 즉, 기본키(학생번호, 강좌이름)의 부분키인 강좌이름이 결정자이기 때문에 위의 테이블의 경우 다음과 같이 기존의 테이블에서 강의실을 분해하여 별도의 테이블로 관리하여 제2 정규형을 만족시킬 수 있다.

 

 

 

제3 정규화(3NF)

 

제3 정규화란 제2 정규화를 진행한 테이블에 대해 이행적 종속을 없애도록 테이블을 분해하는 것을의미한다. 여기서 이행적 종속이라는 것은 A -> B, B -> C가 성립할 때 A -> C가 성립되는 것을 의미한다. 예를 들어 아래와 같은 계절 학기 테이블이 있다고 가정하자.

 

 

기존의 테이블에서 학생 번호는 강좌 이름을 결정하고 있고, 강좌 이름은 수강료를 결정하고 있다. 그렇기 때문에 이를 (학생 번호, 강좌 이름) 테이블과 (강좌 이름, 수강료) 테이블로 분해해야 한다. 

 

이행적 종속을 제거하는 이유는 비교적 간단하다. 예를 들어 501번 학생이 수강하는 강좌가 스포츠경영학으로 변경되었다고 하자. 이행적 종속이 존재한다면 501번의 학생은 스포츠경영학이라는 수업을 20000원이라는 수강료로 듣게 된다. 물론 강좌 이름에 맞게 수강료를 다시 변경할 수 있지만, 이러한 번거로움을 해결하기 위해 제3 정규화를 하는 것이다. 즉, 학생 번호를 통해 강좌 이름을 참조하고, 강좌 이름으로 수강료를 참조하도록 테이블을 분해해야 하며 그 결과는 다음의 그림과 같다.

 

 

 

BCNF(Boyce-Codd) 정규화

 

BCNF 정규화란 제3 정규화를 진행한 테이블에 대해 모든 결정자가 후보키(각 행을 고유하게 식별할 수 있는 최소한의 속성 집합)가 되도록 테이블을 분해하는 것이다. 예를 들어 다음과 같은 특강수강 테이블이 존재한다고 가정하자.

 

 

특강수강 테이블에서 기본키는 (학생번호, 특강이름)이다. 그리고 기본키 (학생번호, 특강이름)는 교수를 결정하고 있다. 또한 여기서 교수는 특강이름을 결정하고 있다. 그런데 문제는 교수가 특강이름을 결정하는 결정자이지만, 후보키가 아니라는 점이다. 그렇기 때문에 BCNF 정규화를 만족시키기 위해서 위의 테이블을 분해해야 하는데, 다음과 같이 특강신청 테이블과 특강교수 테이블로 분해할 수 있다.

 

 

참고로 이 외에도 제4 정규화, 제5 정규화, 제6 정규화 단계도 있으나 나머지 단계는 매우 복잡한 상황에서만 필요하며 일반적으로 잘 사용되지 않는 편이다.

 

 

정규화의 장단점

 

정규화의 장점

  1. 데이터베이스 변경 시 이상 현상(Anomaly)을 제거할 수 있다.
  2. 정규화된 데이터베이스 구조에서는 새로운 데이터 형의 추가로 인한 확장 시, 그 구조를 변경하지 않아도 되거나 일부만 변경해도 된다.
  3. 데이터베이스와 연동된 응용 프로그램에 최소한의 영향만을 미치게 되어 응용프로그램의 생명을 연장시킨다.

 

정규화의 단점

  1. 릴레이션의 분해로 인해 릴레이션 간의 JOIN연산이 많아진다.
  2. 다량의 JOIN 연산으로 인해 질의에 대한 응답 시간이 느려질 수도 있다.
    - 다량의 JOIN 연산으로 인해 성능 저하가 나타나면 반정규화(De-normalization)를 적용하는 방법도 있다.
출처 :
https://mangkyu.tistory.com/110
https://superohinsung.tistory.com/111