[DBMS] 정규화 Normalization

 

 

정규화 Normalization

중복된 데이터를 최소화하고, 데이터 무결성(Data Integrity)를 유지하기 위해 데이터베이스를 구조화하는 과정이다.

데이터의 일관성을 높이고 데이터 저장 공간을 효율적으로 사용하여 이상 현상(Anoamalies)을 방지한다.

정규화 단계는 순차적으로 진행해야한다.

 

제 1 정규형 (1NF)	테이블 컬럼이 하나의 값을 갖도록 분리하는 것
제 2 정규형 (2NF)	PK의 일부가 아닌 컬럼들이 PK 전체에 종속되도록 분리하는 것 (복합식별자일 때 진행된다)
제 3 정규형 (3NF)	PK가 아닌 컬럼이 다른 컬럼을 종속하지 않도록 분리하는 것
보이스-코드 정규형(BCNF)	모든 함수적 종속성이 후보 키에 대해서만 성립하도록 하는 것
제 4 정규형 (4NF)	한 테이블에 여러 개의 독립된 다치 종속 관계가 존재하지 않도록 분리하는 것
제 5 정규형 (5NF)	데이터 중복을 없애기 위해 모든 종속성을 충족하는 최소한의 테이블로 분리하는 것

 

> 정규화 예시

1. 제 1 정규형 (1NF)

테이블의 모든 컬럼이 원자값(단일 값)만을 포함해야한다. 즉, 각 셀에 하나의 값만 저장되어야 한다.

 

비정규화 상태 (원시 테이블)

OrderID	CustomerName	Products
1	Alice	Laptop, Mouse
2	Bob	Keyboard, Monitor

정규화 상태

OrderID	CustomerName
1	Alice
2	Bob

 

OrderID	ProductName
1	Laptop
1	Mouse
2	Keyboard
2	Monitor

원시 테이블에서는 Products 칼럼이 여러 값을 포함할 수 있지만, 1NF에서는 이를 분리하여 OrderProducts 테이블을 만들어 각 제품을 독립적으로 저장한다.

 

 

2. 제 2 정규형 (2NF)

기본 키가 복합 키(여러 속성으로 구성된 키)일 때, 기본 키의 일부에만 종속된 컬럼을 분리하여 모든 비기본 키 컬럼이 기본 키 전체에 종속되도록 한다.

 

비정규화 상태

StudentID	CourseID	StudentName	CourseName
1	101	John	Math
1	102	John	Science
2	101	Alice	Math

정규화 상태

Students

StudentID

1

2

 

Courses

CourseID

101

102

 

StudentCourses

StudentID

1

1

2

StudentName과 CourseName이 각각 StudentID와 CourseID에 종속된 경우, 이를 Students와 Courses 테이블로 분리하여 모든 비기본 키 컬럼이 기본 키 전체에 종속되도록 한다.

 

 

3. 제 3 정규형 (3NF)

비기본 키 컬럼이 다른 비기본 키 컬럼에 종속되지 않도록 하여, 기본 키에 직접적으로만 종속되도록 한다.

 

비정규화 상태

Employee ID	EmployeeName	DepartmentID	DepartmentName
1	Bob	10	HR
2	Alice	20	IT

정규화 상태

Employees

EmployeeID

1

2

 

Departments

DepartmentID

10

20

 

DepartmentName이 DepartmentID에 종속되며, DepartmentID는 EmployeeID에 종속되므로, Departments 테이블로 분리하여 이행적 종속성을 제거한다.

 

 

4. 보이스-코드 정규형 (BCNF)

모든 함수적 종속성이 후보 키에 대해서만 성립하도록 한다. 즉, 모든 결정자가 후보 키여야 한다.

 

비정규화 상태

CourseID	InstructorID	InstructorName
101	1	Dr. Smith
101	2	Dr. Jones

정규화 상태

Courses

CourseID

101

Instructors

InstructorID

1

2

CourseInstructors

CourseID

101

101

 

원시 테이블에서는 InstructorName이 InstructorID에 종속되지만 InstructorID가 CourseID와 함께 기본 키가 아니므로 분리한다.

 

 

5. 제 4 정규형 (4NF)

한 테이블에 여러 개의 독립된 다치 종속(Multi-valued Dependency)이 존재하지 않도록 하여, 다치 종속이 별도의 테이블로 분리된다.

 

비정규화 상태

EmployeeID	ProjectID	Skill
1	101	Java
1	101	Python
2	102	JavaScript

정규화 상태

Employees

EmployeeID

1

2

Projects

ProjectID

101

102

Skills

Skill

Java

Python

JavaScript

 

EmployeeProjects

EmployeeID

1

2

 

EmployeeSkills

EmployeeID

1

1

2

 

 

Skill이 여러 프로젝트와 독립적으로 관련될 수 있으므로, ProjectAssignments와 EmployeeSkills 테이블로 분리하여 다치 종속성을 해결한다.

 

 

6. 제 5 정규형 (5NF)

모든 조인 종속성을 해결하여, 조인 연산 없이 원래의 테이블을 복구할 수 있는 최소한의 테이블로 분리한다.

 

비정규화 상태

OrderID	ProductID	SupplierID
1	A	X
1	B	Y
2	A	X

정규화 상태

Orders

OrderID

1

2

 

Products

ProductID

A

B

 

Suppliers

SupplierID

X

Y

 

OrderDetails

OrderID

1

1

2

 

ProductSuppliers

ProductID

A

B

A

OrderDetails가 ProductSuppliers와 결합된 경우, 각각의 조인 종속성을 해결하여 원래 테이블을 재구성할 수 있도록 분리한다.

 

 

역정규화

읽기 기능을 향상시키기 위해 일부 데이터를 중복시켜 데이터베이스를 최적화하는 과정이다.

정규화가 잘 된 데이터 베이스는 데이터 일관성을 유지하지만 복잡한 쿼리가 필요한 경우 성능이 저하될 수 있다.

이러한 성능 저하를 방지하기 위해 정규화로 분할된 테이블을 다시 합치는 과정이다.

정규화 단계별로 역정규화가 이루어질 수 있지만, 역정규화는 데이터베이스의 최종 설계 및 운영에 따라 결정된다.