SQL_18) 정규화가 무엇일까?

Topic (오늘의 주제)

정규화(Normalization)는 데이터베이스 설계에서 데이터 중복을 최소화하고 데이터 무결성을 보장하기 위해 테이블을 분해하는 과정이다. 정규화를 통해 데이터의 일관성, 무결성, 효율성을 향상시킬 수 있다.

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정규화는 왜 알아야할까?

• 비정규화된 테이블에서는 데이터 중복, 갱신 이상(Update Anomaly), 삽입 이상(Insert Anomaly), 삭제 이상(Delete Anomaly) 등의 문제가 발생합니다. 예를 들어, 치킨 주문 시스템에서 한 메뉴의 정보를 수정하려면 여러 행을 모두 수정해야 하고, 메뉴가 삭제되면 관련된 모든 주문 정보가 함께 삭제되는 문제가 발생할 수 있습니다.

• 정규화를 통해 데이터 중복을 제거하고, 각 테이블이 단일 책임을 가지도록 분리하여 데이터 무결성을 보장합니다. 이를 통해 데이터 일관성을 유지하고, 저장 공간을 절약하며, 데이터베이스 성능을 최적화할 수 있습니다.

• 정규화의 각 단계(1NF, 2NF, 3NF, BCNF 등)를 이해하고, 언제 정규화를 적용하고 언제 비정규화를 고려해야 하는지 판단할 수 있어야 합니다.

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1. 정규화의 목적

정규화를 통해 해결하는 문제들

1. 데이터 중복 제거: 같은 데이터가 여러 곳에 저장되는 것을 방지
2. 데이터 무결성 보장: 데이터의 일관성과 정확성 유지
3. 갱신 이상 방지: 한 곳에서만 데이터를 수정하면 모든 곳에 반영
4. 삽입 이상 방지: 불필요한 데이터 없이 새로운 데이터 추가 가능
5. 삭제 이상 방지: 관련 없는 데이터가 함께 삭제되는 것을 방지

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2. 정규화 단계

1NF (제1정규형, First Normal Form)

정의: 각 컬럼이 원자값(Atomic Value)만을 가지도록 하는 것. 즉, 하나의 셀에는 하나의 값만 저장되어야 한다.

치킨 주문 예시 - 정규화 전:

주문ID	고객번호	고객이름	메뉴번호	메뉴명	가격	브랜드	주문일시	배달예정시간
1	C001	김철수	M001, M002	후라이드치킨, 양념치킨	18000, 20000	BHC, BHC	2024-01-15 18:00	2024-01-15 19:00
2	C002	이영희	M003	간장치킨	19000	교촌치킨	2024-01-15 19:30	2024-01-15 20:30

문제점:

• 한 행에 여러 메뉴 정보가 저장되어 있음 (비원자값)
• 메뉴 정보를 조회하거나 수정하기 어려움
• 데이터 중복 발생

1NF 적용 후:

주문ID	고객번호	고객이름	메뉴번호	메뉴명	가격	브랜드	주문일시	배달예정시간
1	C001	김철수	M001	후라이드치킨	18000	BHC	2024-01-15 18:00	2024-01-15 19:00
2	C001	김철수	M002	양념치킨	20000	BHC	2024-01-15 18:00	2024-01-15 19:00
3	C002	이영희	M003	간장치킨	19000	교촌치킨	2024-01-15 19:30	2024-01-15 20:30

개선점:

• 각 셀에 하나의 값만 저장 (원자값)
• 메뉴별로 별도의 행으로 분리

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2NF (제2정규형, Second Normal Form)

정의: 1NF를 만족하면서, 부분 함수 종속(Partial Functional Dependency)을 제거하는 것. 즉, 기본키가 아닌 모든 속성이 기본키에 완전 함수 종속되어야 한다.

치킨 주문 예시 - 1NF 상태 (여전히 문제 있음):

주문ID	고객번호	고객이름	메뉴번호	메뉴명	가격	브랜드	주문일시	배달예정시간
1	C001	김철수	M001	후라이드치킨	18000	BHC	2024-01-15 18:00	2024-01-15 19:00
2	C001	김철수	M002	양념치킨	20000	BHC	2024-01-15 18:00	2024-01-15 19:00
3	C002	이영희	M003	간장치킨	19000	교촌치킨	2024-01-15 19:30	2024-01-15 20:30

문제점:

• 기본키: 주문ID
• 고객이름은 고객번호에만 종속 (부분 함수 종속)
• 메뉴명, 가격, 브랜드는 메뉴번호에만 종속 (부분 함수 종속)
• 고객 정보나 메뉴 정보를 수정하려면 여러 행을 수정해야 함 (갱신 이상)

2NF 적용 후:

주문 테이블 (주문ID가 기본키):

주문ID	고객번호	메뉴번호	주문일시	배달예정시간
1	C001	M001	2024-01-15 18:00	2024-01-15 19:00
2	C001	M002	2024-01-15 18:00	2024-01-15 19:00
3	C002	M003	2024-01-15 19:30	2024-01-15 20:30

고객 테이블 (고객번호가 기본키):

고객번호	고객이름	전화번호	배달주소
C001	김철수	010-1234-5678	서울시 강남구 테헤란로 123
C002	이영희	010-9876-5432	서울시 서초구 서초대로 456

메뉴 테이블 (메뉴번호가 기본키):

메뉴번호	메뉴명	가격	브랜드	칼로리
M001	후라이드치킨	18000	BHC	1200
M002	양념치킨	20000	BHC	1500
M003	간장치킨	19000	교촌치킨	1300

개선점:

• 각 테이블이 단일 주제에 집중
• 고객 정보나 메뉴 정보를 한 곳에서만 수정하면 됨
• 데이터 중복 제거

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3NF (제3정규형, Third Normal Form)

정의: 2NF를 만족하면서, 이행적 함수 종속(Transitive Functional Dependency)을 제거하는 것. 즉, 기본키가 아닌 속성 간의 종속 관계를 제거해야 한다.

치킨 주문 예시 - 2NF 상태 (여전히 문제 있음):

메뉴 테이블:

메뉴번호	메뉴명	가격	브랜드	브랜드주소	브랜드전화
M001	후라이드치킨	18000	BHC	서울시 강남구	02-1234-5678
M002	양념치킨	20000	BHC	서울시 강남구	02-1234-5678
M003	간장치킨	19000	교촌치킨	서울시 서초구	02-2345-6789
M004	마늘치킨	21000	교촌치킨	서울시 서초구	02-2345-6789

문제점:

• 브랜드주소, 브랜드전화는 브랜드에 종속 (이행적 함수 종속)
• 같은 브랜드의 정보가 여러 행에 중복 저장됨
• 브랜드 정보를 수정하려면 여러 행을 수정해야 함 (갱신 이상)

3NF 적용 후:

메뉴 테이블:

메뉴번호	메뉴명	가격	브랜드코드
M001	후라이드치킨	18000	B001
M002	양념치킨	20000	B001
M003	간장치킨	19000	B002
M004	마늘치킨	21000	B002

브랜드 테이블 (브랜드코드가 기본키):

브랜드코드	브랜드명	브랜드주소	브랜드전화
B001	BHC	서울시 강남구	02-1234-5678
B002	교촌치킨	서울시 서초구	02-2345-6789

개선점:

• 브랜드 정보가 한 곳에만 저장됨
• 브랜드 정보 수정 시 한 행만 수정하면 됨
• 데이터 중복 완전 제거

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BCNF (Boyce-Codd Normal Form)

정의: 3NF를 만족하면서, 모든 결정자(Determinant)가 후보키(Candidate Key)가 되도록 하는 것. 즉, 후보키가 아닌 속성이 다른 속성을 결정하는 것을 방지한다.

치킨 주문 예시 - 3NF 상태 (특수한 경우 문제 발생 가능):

주문 테이블:

주문ID	고객번호	메뉴번호	주문일시	배달예정시간
1	C001	M001	2024-01-15 18:00	2024-01-15 19:00
2	C001	M002	2024-01-15 18:00	2024-01-15 19:00

메뉴 테이블:

메뉴번호	메뉴명	가격	브랜드코드	배달원이름	배달원전화
M001	후라이드치킨	18000	B001	홍길동	010-1111-2222
M002	양념치킨	20000	B001	홍길동	010-1111-2222

문제점 (가정):

• 만약 배달원전화가 배달원이름에만 종속되고, 메뉴번호와는 독립적이라면?
• 같은 배달원이 여러 메뉴를 배달할 경우 배달원전화가 중복됨
• 하지만 배달원이름이 후보키가 아니므로 3NF는 만족하지만 BCNF는 위반

BCNF 적용 후:

메뉴 테이블:

메뉴번호	메뉴명	가격	브랜드코드	배달원코드
M001	후라이드치킨	18000	B001	D001
M002	양념치킨	20000	B001	D001

배달원 테이블 (배달원코드가 기본키):

배달원코드	배달원이름	배달원전화
D001	홍길동	010-1111-2222
D002	김철수	010-3333-4444

개선점:

• 모든 결정자가 후보키가 됨
• 더 엄격한 정규화로 데이터 무결성 강화

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3. 정규화의 장단점

장점

1. 데이터 중복 제거: 저장 공간 절약
2. 데이터 무결성 보장: 일관성 유지
3. 갱신 이상 방지: 한 곳에서만 수정
4. 삽입/삭제 이상 방지: 독립적인 데이터 관리
5. 유지보수 용이: 구조가 명확함

단점

1. 테이블 수 증가: 조인 연산이 많아짐
2. 성능 저하 가능성: 복잡한 쿼리로 인한 성능 저하
3. 복잡도 증가: 설계와 쿼리가 복잡해짐

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4. 비정규화 (Denormalization)

비정규화란?

정규화된 데이터베이스를 성능 향상을 위해 일부러 중복을 허용하는 것을 말한다.

비정규화를 고려하는 경우

1. 조회 성능이 중요한 경우: 자주 조회되는 데이터를 중복 저장
2. 읽기 중심의 애플리케이션: 읽기 작업이 쓰기 작업보다 훨씬 많은 경우
3. 복잡한 조인 회피: 자주 함께 조회되는 데이터를 한 테이블에 저장

치킨 주문 예시 - 비정규화 적용

정규화된 상태 (3NF):

-- 주문 정보 조회 시 조인 필요
SELECT 
    o.주문ID,
    c.고객이름,
    m.메뉴명,
    m.가격,
    o.주문일시
FROM 주문 o
JOIN 고객 c ON o.고객번호 = c.고객번호
JOIN 메뉴 m ON o.메뉴번호 = m.메뉴번호;

비정규화 적용 (성능 향상):

주문ID	고객번호	고객이름	메뉴번호	메뉴명	가격	주문일시	배달예정시간
1	C001	김철수	M001	후라이드치킨	18000	2024-01-15 18:00	2024-01-15 19:00

장점:

• 조인 없이 빠른 조회 가능
• 자주 조회되는 정보를 한 번에 가져옴

단점:

• 메뉴 정보 수정 시 여러 행을 수정해야 함
• 데이터 일관성 유지가 어려움

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요약

• 정규화는 데이터 중복을 제거하고 데이터 무결성을 보장하기 위해 테이블을 분해하는 과정입니다.
• 1NF: 원자값만 저장 (하나의 셀에 하나의 값)
• 2NF: 부분 함수 종속 제거 (기본키에 완전 종속)
• 3NF: 이행적 함수 종속 제거 (기본키가 아닌 속성 간 종속 제거)
• BCNF: 모든 결정자가 후보키가 되도록 함
• 정규화는 데이터 일관성을 보장하지만, 과도한 정규화는 성능 저하를 일으킬 수 있습니다.
• 실무에서는 3NF까지 정규화를 기본으로 하고, 성능 문제가 발생할 때만 비정규화를 고려합니다.