데이터베이스 정규화와 반정규화

데이터베이스 정규화란?

정규화(Normalization) 는 관계형 데이터베이스에서 데이터의 중복을 최소화하고, 데이터 무결성을 보장하기 위해 테이블 구조를 체계적으로 분해하는 과정입니다. 정규화를 통해 이상 현상(Anomaly)을 방지하고, 데이터 구조의 안정성과 유지보수성을 향상시킬 수 있습니다.

정규화 단계 요약

제1정규형 (1NF)

제1정규형은 릴레이션의 모든 속성 값이 원자값(Atomic Value) 으로만 구성되어야 한다는 규칙입니다. 즉, 하나의 속성 값에 여러 개의 값이 들어갈 수 없습니다.

• 예시: 학생이 수강하는 과목을 저장할 때, 수강과목 속성에 '자료구조, 알고리즘'과 같이 여러 값을 넣으면 1NF를 위반합니다.

[정규화 전]

[1NF 정규화 후]

제2정규형 (2NF)

제2정규형은 릴레이션이 1NF를 만족하고, 부분 함수 종속(Partial Functional Dependency) 을 모두 제거한 상태여야 합니다. 즉, 모든 속성이 기본키 전체에 완전 함수 종속 되어야 합니다. (기본키가 단일 속성이면 항상 2NF를 만족합니다.)

• 예시: (학번, 과목코드)를 기본키로 사용하는 수강 릴레이션에서, 성적은 (학번, 과목코드) 모두에 종속되지만, 교수명은 과목코드에만 종속(부분 함수 종속)됩니다.

[정규화 전] (기본키: 학번, 과목코드)

[2NF 정규화 후]

[수강 테이블]

[과목 테이블]

제3정규형 (3NF)

제3정규형은 릴레이션이 2NF를 만족하고, 이행 함수 종속(Transitive Functional Dependency) 을 모두 제거한 상태여야 합니다. 이행 함수 종속이란, A → B이고 B → C일 때 A → C가 성립하는 관계를 의미합니다.

• 예시: 학번 → 학과코드 이고 학과코드 → 학과명 이라면, 학번 → 학과명 이라는 이행 함수 종속이 존재합니다.

[정규화 전] (기본키: 학번)

[3NF 정규화 후]

[학생 테이블]

[학과 테이블]

BCNF (Boyce-Codd Normal Form)

BCNF는 3NF보다 강력한 정규형으로, 릴레이션의 모든 결정자가 후보키(Candidate Key) ¹ 여야 한다는 규칙입니다. 3NF의 이상 현상을 대부분 해결하지만, 드물게 발생하는 특정 유형의 이상을 해결하기 위해 BCNF가 필요합니다.

• 예시: 피자 가게에서 각 피자에 들어가는 토핑과 그 토핑의 공급업체를 관리하는 상황을 가정해 보겠습니다.

  • 제약 조건:
    1. 하나의 피자는 여러 종류의 토핑을 가질 수 있습니다.
    2. 하나의 토핑은 여러 피자에 사용될 수 있습니다.
    3. 중요 규칙: 각각의 토핑(Topping)은 단 하나의 공급업체(Supplier) 로부터만 공급받습니다. (예: '페퍼로니'는 항상 'A업체'에서, '올리브'는 항상 'B업체'에서 공급받음)
  • 함수 종속: 위의 규칙 3번에 따라 토핑 → 공급업체 라는 함수 종속성이 성립합니다.
  • BCNF 위반: 토핑은 공급업체를 결정하는 결정자²입니다. 하지만 토핑 하나만으로는 테이블의 특정 행을 고유하게 식별할 수 없으므로 후보키가 아닙니다. (예: '페퍼로니'는 '슈프림 피자'에도, '미트러버 피자'에도 들어갈 수 있음) 모든 결정자가 후보키여야 한다는 BCNF 규칙을 위반합니다.

[정규화 전] (기본키: {피자명, 토핑})

[이상 현상 발생]

• 갱신 이상: 만약 '올리브'의 공급업체가 'B업체'에서 'D업체'로 바뀐다면, '올리브'가 포함된 모든 행을 찾아 수정해야 합니다. 하나라도 누락하면 데이터 불일치가 발생합니다.

[BCNF 정규화 후]

문제가 되는 함수 종속(토핑 → 공급업체)을 기준으로 테이블을 분해하여 BCNF를 만족시킵니다.

[토핑-공급업체 테이블] 토핑과 공급업체 간의 관계만을 저장하여 정보 중복을 제거합니다.

[피자-토핑 테이블] 각 피자에 어떤 토핑이 들어가는지에 대한 정보만 저장합니다.

이렇게 분해하면 데이터 중복이 사라져 이상 현상을 해결할 수 있고, 각 테이블이 하나의 명확한 주제(토핑-공급업체, 피자-토핑)를 갖게 되어 구조가 더 안정적이고 관리하기 쉬워집니다.

제4정규형 (4NF) & 제5정규형 (5NF)

4NF와 5NF는 실무에서 거의 다루지 않지만, 개념은 알아두는 것이 좋습니다.

• 제4정규형 (4NF): 다치 종속(Multi-valued Dependency, MVD) 을 제거한 정규형입니다. 1:N 관계에서 발생하는 종속성입니다.
• 제5정규형 (5NF): 조인 종속(Join Dependency, JD) 을 이용하는 정규형으로, 모든 조인 종속이 후보키를 통해서만 성립되어야 합니다.

반정규화 (Denormalization)

반정규화는 정규화된 테이블 구조를 의도적으로 통합하거나 중복을 허용하여 데이터베이스의 성능을 향상시키는 과정입니다. 과도한 조인(JOIN)으로 인해 발생하는 성능 저하를 막기 위해 사용되지만, 데이터 일관성이 깨질 위험이 있으므로 신중하게 적용해야 합니다.

• 주요 기법: 테이블 통합, 테이블 분할(수평/수직), 중복 속성 추가 등

정보처리기사 실기 대비 문제