데이터베이스 정규화 1NF, 2NF, 3NF, BCNF

퍼온글입니다. 원글 출처 : http://3months.tistory.com/193

데이터베이스 정규화 1NF, 2NF, 3NF, BCNF

정규화를 이해하기 위해서는 아래의 키워드들을 이해하고 있어야 하며, 정규화에 대한 사전 작업으로 다음의 스텝을 따라야할 필요가 있습니다.

1. 이해해야할 키워드

식별자와 비식별자의 구분(http://valuefactory.tistory.com/221?category=768571)

식별자그룹 : (복합식별자) 혹은 (주식별자+보조식별자)

비식별자그룹(일반 속성) : 식별자 그룹을 제외한 그 외의 속성(컬럼)들

종속관계(http://valuefactory.tistory.com/222?category=768571)

2. 정규화전 따라야할 스텝

a. 엔티티의 속성을 노트에 써봅니다.

b. 각 속성을 식별자 그룹과 비식별자 그룹으로 나눈 후, 식별자 그룹에 네모 박스를 그려줍니다.

c. 아래의 정규화과정에 따라, 정규화를 검증해봅니다.

데이터베이스 정규화란 데이터베이스의 설계를 재구성하는 테크닉입니다. 정규화를 통해 불필요한 데이터(redundancy)를 없앨 수 있고, 삽입/갱신/삭제 시 발생할 수 있는 각종 이상현상(Anamolies)들을 방지할 수 있습니다. 

데이터베이스 정규화의 목적은 주로 두 가지입니다.

1. 불필요한 데이터(data redundancy)를 제거한다.

2. 데이터 저장을 "논리적으로" 한다. 

여기서 2번 데이터 저장을 논리적으로 한다는 것은 데이터 테이블의 구성이 논리적이고 직관적이어야한다는 것입니다. 

우선 정규화를 안 했을 때의 문제점에 대해서 알아보겠습니다.

위와 같이 정규화가 되지 않은 구조의 테이블(Adam이라는 학생이 두 번 들어가 있습니다.)의 경우, 데이터 핸들링시 다양한 이상현상이 발생하게 됩니다.

1. Update : Adam의 Address가 변경되었을 때, 여러줄의 데이터를 갱신해야합니다. 이로인해 데이터의 불일치(inconsistency)가 발생할 수 있습니다.

2. Insert : 만약 학생이 아무 과목도 수강하지 않는다고 하면, Subject_opted 컬럼에는 NULL이 들어갈 것입니다. 

3. Deletion : 만약 Alex 학생이 과목 수강을 취소한다면 Alex의 레코드가 아예 테이블에서 지워져버립니다.

위와 같이 정규화가 제대로 되지 않은 테이블의 경우 갱신/삽입/삭제 시 다양한 문제점이 발생할 수 있습니다. 이를 테이블의 구성을 논리적으로 변경하여 해결하고자 하는 것이 바로 정규화입니다.

정규화의 법칙(Normalization Rule)은 1차정규화, 2차정규화, 3차정규화, BCNF, 4차정규화, 5차정규화로 나눌 수 있는데, 실무적으로 4차, 5차 정규화까지 하는 경우는 많지 않다고 합니다. 따라서 이 포스팅에서도 BCNF까지만 알아보겠습니다.

1. 1차 정규화

1차 정규형은 각 로우마다 컬럼의 값이 1개씩만 있어야 합니다. 이를 컬럼이 원자값(Atomic Value)를 갖는다고 합니다. 예를 들어, 아래와 같은 경우 Adam의 Subject가 Biology와 Maths 두 개 이기 때문에 1차 정규형을 만족하지 못합니다.

위의 정보를 표현하고 싶은 경우 이렇게 한 개의 로우를 더 만들게 됩니다. 결과적으로 1차 정규화를 함으로써 데이터 redundancy는 더 증가하였습니다. 데이터의 논리적 구성을 위해 이 부분을 희생하는 것으로 볼 수 있습니다.

2. 2차 정규화

2차 정규화의 조건

・2차 정규형은 엔티티의 모든 속성이 후보 식별자 전체에 종속적이어야 합니다.

・만약, 일반 속성중에서 후보 식별자 전체에 종속적이지 않고 속성 일부에 종속적인 속성이 존재할 경우, 이를 분리해야합니다.

・즉, 모든 비식별자 속성은 후보 식별자 속성에 완전함수 종속이 되야하며, 부분함수종속이 될 경우 이를 분리해야합니다.

・2차 정규형은 복합 식별자를 구성하는 속성이 두개 이상인 경우에만 대상이되고, 단일 속성으로 주식별자가 구성될 경우 대상이 아닙니다.

2차 정규화부터가 본격적인 정규화의 시작이라고 볼 수 있습니다. 2차 정규형은 테이블의 모든 컬럼이 완전 함수적 종속을 만족하는 것입니다. 이게 무슨 말이냐면 기본키중에 특정 컬럼에만 종속된 컬럼(부분적 종속)이 없어야 한다는 것입니다. 위 테이블의 경우 기본키는 (Student, Subject) 두 개로 볼 수 있습니다. 이 두 개가 합쳐져야 한 로우를 구분할 수가 있습니다. 근데 Age의 경우 이 기본키중에 Student에만 종속되어 있습니다. 즉, Student 컬럼의 값을 알면 Age의 값을 알 수 있습니다. 따라서 Age가 두 번 들어가는 것은 불필요한 것으로 볼 수 있습니다.

Student Table

Subject Table

이를 해결하기 위한 방법은 위처럼 테이블을 쪼개는 것입니다. 그러면 두 테이블 모두 2차 정규형을 만족하게 됩니다. 위 테이블의 경우 삽입/갱신/삭제 이상을 겪지 않게됩니다. 하지만 조금 더 복잡한 테이블의 경우, 갱신 이상을 겪기도하는데 이를 해결하는 것이 바로 3차 정규화입니다.

3. 3차 정규화

3차 정규화의 조건

・일반 속성 간의 함수적 종속 관계를 분해

이와 같은 데이터 구성을 생각해봅시다. Student_id가 기본키이고, 기본키가 하나이므로 2차 정규형은 만족하는 것으로 볼 수 있습니다. 하지만 이 데이터의 Zip컬럼을 알면 Street, City, State를 결정할 수 있습니다. 또한 여러명의 학생들이 같은 Zip코드를 갖는 경우에 Zip코드만 알면 Street, City, State가 결정되기 때문이 이 컬럼들에는 중복된 데이터가 생길 가능성이 있습니다. 정리하면 3차 정규형은 기본키를 제외한 속성들 간의 이행적 함수 종속이 없는 것 입니다. 풀어서 말하자면, 기본키 이외의 다른 컬럼이 그외 다른 컬럼을 결정할 수 없는 것입니다. 

3차 정규화는 2차정규화와 마찬가지로 테이블을 분리함으로써 해결할 수 있는데, 이렇게 두 개의 테이블로 나눔으로써 3차 정규형을 만족할 수 있습니다. 이를 통해 데이터가 논리적인 단위(학생, 주소)로 분리될 수 있고, 데이터의 redundancy도 줄었음을 알 수 있습니다.

4. BCNF

BCNF는 (Boyce and Codd Normal Form) 3차 정규형을 조금 더 강화한 버전으로 볼 수 있습니다. 이는 3차 정규형으로 해결할 수 없는 이상현상을 해결할 수 있습니다. BCNF란 3차정규형을 만족하면서 모든 결정자가 후보키 집합에 속한 정규형입니다. 아래와 같은 경우를 생각해보면, 후보키는 수퍼키중에서 최소성을 만족하는 건데, 이 경우 (학생, 과목) 입니다. (학생, 과목)은 그 로우를 유일하게 구분할 수 있습니다. 근데 이 테이블의 경우 교수가 결정자 입니다.(교수가 한 과목만 강의할 수 있다고 가정) 즉, 교수가 정해지면 과목이 결정됩니다. 근데 교수는 후보키가 아닙니다. 따라서 이 경우에 BCNF를 만족하지 못한다고 합니다. 3차 정규형을 만족하면서 BCNF는 만족하지 않는 경우는 언제일까요? 바로 일반 컬럼이 후보키를 결정하는 경우입니다. 

학생	과목	교수	학점
1	AB123	김인영	A
2	CS123	Mr.Sim	A
3	CS123	Mr.Sim	A

 위와 같이 테이블이 구성된 경우에 데이터가 중복되고, 갱신 이상이 발생합니다. 예를 들어 Mr.Sim이 강의하는 과목명이 바뀌었다면 두 개의 로우를 갱신해야합니다. 이를 해결하기 위해서는 마찬가지로 테이블을 분리합니다.

교수 테이블

교수	과목
김인영	AB123
Mr.Sim	CS123

수강 테이블

학생	교수	학점
1	김인영	A
2	Mr.Sim	A
3	Mr.Sim	A

참고

http://www.studytonight.com/dbms/database-normalization.php

http://pronician.tistory.com/922