[SQLD] 1과목 - 데이터베이스 정규화 및 이상현상

1. 정규화란?

데이터베이스 정규화(Normalization)는 테이블을 보다 체계적으로 조직하고 데이터의 중복을 최소화하여 데이터의 일관성을 유지하는 과정입니다. 이를 통해 데이터 삽입, 수정, 삭제 시 발생할 수 있는 이상현상(Anomalies)을 방지할 수 있습니다.

정규화를 수행하면 데이터 무결성이 강화되고 성능이 향상되지만, 조회 성능은 다수의 조인이 발생하여 저하될 수 있습니다. 이에 따라 필요한 경우 반정규화를 수행하여 조회 성능을 최적화합니다.

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2. 데이터베이스 이상현상 (Anomalies)

정규화되지 않은 테이블을 사용할 경우 다음과 같은 이상현상이 발생할 수 있습니다.

 

2.1 삽입 이상 (Insertion Anomaly)

 

새로운 데이터를 삽입할 때 불필요한 정보를 함께 삽입해야 하는 현상.

 

2.2 갱신 이상 (Update Anomaly)

 

중복 저장된 데이터 중 일부만 갱신될 경우 데이터 불일치가 발생하는 현상.

 

2.3 삭제 이상 (Deletion Anomaly)

 

특정 데이터를 삭제할 때 의도하지 않은 다른 데이터까지 삭제되는 현상.

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3. 정규화 단계

정규화는 단계적으로 진행되며, 각 단계에서 특정한 이상현상을 제거합니다.

 

3.1 제 1 정규형 (1NF: First Normal Form)

• 테이블의 속성이 모두 원자값(Atomic Value)만을 가져야 함.
• 중복 데이터를 제거하고 기본키를 설정해야 함.
• 동일한 속성이 반복되는 경우 별도의 테이블로 분리.

3.2 제 2 정규형 (2NF: Second Normal Form)

• 1NF를 만족한 상태에서, 부분 함수 종속성(Partial Dependency)을 제거해야 함.
• 즉, 기본키가 복합키(두 개 이상의 속성)일 때, 기본키의 일부만을 참조하는 속성을 별도의 테이블로 분리해야 함.
• 기본키가 단일 속성일 경우, 2NF는 자동으로 충족됨.

3.3 제 3 정규형 (3NF: Third Normal Form)

• 2NF를 만족한 상태에서, 이행 함수 종속성(Transitive Dependency)을 제거해야 함.
• 기본키를 제외한 컬럼 간의 종속성을 없애기 위해 별도의 테이블로 분리.

3.4 BCNF (Boyce-Codd Normal Form)

• 3NF를 만족하는 상태에서, 기본키가 아닌 후보키(Candidate Key)가 기본키를 종속시키는 경우 해당 후보키를 분리하여 테이블을 재구성함.

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4. 반정규화 (Denormalization)

정규화를 수행하면 조회 성능이 저하될 수 있습니다. 이를 해결하기 위해 일부 테이블을 합치거나 중복을 허용하여 조회 성능을 최적화하는 과정이 반정규화입니다.

 

4.1 반정규화 적용이 필요한 경우

• 조인의 발생 빈도가 높아 조회 성능이 저하되는 경우.
• 데이터 처리 속도를 높이기 위해 구조를 단순화해야 하는 경우.

4.2 반정규화 기법

4.2.1 테이블 반정규화

• 테이블 병합: 조인이 자주 발생하는 테이블을 하나로 합침.
• 테이블 분할: 자주 조회되는 속성을 별도로 분리 (수직/수평 분할).
• 테이블 추가: 성능 향상을 위해 중복 테이블, 통계 테이블, 이력 테이블 추가.

4.2.2 컬럼 반정규화

• 중복 컬럼 추가: 자주 사용하는 데이터를 중복 저장하여 조인을 줄임.
• 파생 컬럼 추가: 연산이 필요한 값을 미리 계산하여 저장.

4.2.3 관계 반정규화

• 여러 관계를 거쳐야 하는 데이터를 단일 테이블로 유지하여 조회 성능 향상.

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5. 트랜잭션 (Transaction)과 격리 수준

트랜잭션(Transaction)이란 데이터베이스에서 하나의 논리적 작업 단위입니다. 데이터 정합성을 유지하기 위해 트랜잭션 단위로 데이터를 처리해야 합니다.

 

5.1 트랜잭션의 ACID 특성

1. 원자성 (Atomicity): 트랜잭션은 "All or Nothing" 원칙을 따라야 함.
2. 일관성 (Consistency): 트랜잭션 실행 후 데이터 정합성이 유지되어야 함.
3. 고립성 (Isolation): 트랜잭션은 독립적으로 실행되어야 함.
4. 영속성 (Durability): 트랜잭션이 커밋되면 영구적으로 저장되어야 함.

5.2 트랜잭션 격리 수준과 문제점

 

트랜잭션 격리 수준(Isolation Level)이 낮으면 다음과 같은 문제가 발생할 수 있음.

• Dirty Read: 커밋되지 않은 데이터를 다른 트랜잭션이 읽음.
• Non-Repeatable Read: 같은 데이터를 두 번 조회할 때 값이 변경됨.
• Phantom Read: 같은 쿼리를 실행할 때 새로운 데이터가 추가됨.

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6. Null 속성과 본질/인조 식별자

6.1 Null 속성

• Null은 "값이 없는 상태"를 의미하며, 공백 또는 0과는 다름.
• Null과 연산하면 결과는 항상 Null이 됨.
• 다중행 연산에서는 Null 값을 제외하고 연산.

6.2 본질 식별자 vs 인조 식별자

• 본질 식별자 (Natural Key): 업무에서 원래 존재하는 식별자.
• 인조 식별자 (Surrogate Key): 편의성을 위해 인위적으로 생성한 식별자.
• 본질 식별자는 의미가 명확하지만 복잡한 경우가 많아 인조 식별자를 활용하는 것이 개발 편의성을 높일 수 있음.

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