[데이터베이스] 정규화란?

정규화란?

이상 현상이 발생하지 않도록 Relation을 관련이 있는 애트리뷰트들로만 구성하기 위해 Relation을 분해하여 데이터베이스를 올바르게 설계해나가는 과정이다.

 

여기서 이상 현상이란?

데이터베이스를 잘못 설계하면 불필요한 데이터 중복이 발생해 Relation에 대한 데이터의 삽입, 수정, 삭제 연산을 수행할 때 부작용이 발생하는데, 이러한 부작용을 이상 현상(Anomaly라고 한다.

 

이상 현상을 조금 자세히 살펴 보면, 세 가지로 분류할 수 있다.

 

첫번째는 삽입 이상(Insertion Anomaly)으로,

새 데이터를 삽입하기 위해 불필요한 데이터도 함께 삽입해야 하는 문제가 발생할 때 생기는 이상 현상이다.

 

두번째는 갱신 이상(Update Anomaly)으로,

중복되는 튜플들 중에서 일부만 변경되어 데이터가 불일치하게되는 모순이 생기는 이상 현상이다.

 

마지막으로는 삭제 이상(Deletion Anomaly)으로,

튜플을 삭제할 때 꼭 필요한 데이터까지 함께 삭제되어 데이터가 손실되는 이상 현상이다.

 

이런 이상 현상은 왜 발생하는가?

Relation에 여러 이상 현상이 발생하는 이유는 '관련이 없는 속성들을 하나의 릴레이션에 모아두고 있기 때문'이다.

이상 현상이 발생하지 않도록 하려면, 관련이 있는 속성들로만 릴레이션을 구성해야 할 것이다.

즉, 이상 현상이 발생하지 않도록 릴레이션을 관련이 있는 속성들로만 구성하기 위해 '릴레이션을 분해하는 과정'이다.

 

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함수 종속은 무엇이길래 자꾸 나올까?

위에서 봤듯이 정규화를 수행하려면 애트리뷰트들 간의 관련성을 판단할 수 있어야 할 것이다.

따라서 이런 애트리뷰트들 간의 관련성을 함수적 종속성(FD: Functional Dependency)라고 정의한다.

 

중,고등학교 때 배웠던 함수를 생각해보자.

X 값에 대응되는 Y값이 존재하는데, 단 하나의 Y값만 존재한다면 

"X가 Y를 함수적으로 결정한다" "Y가 X에 함수적으로 종속된다" 라고 표현한다.

함수 종속 관계는 아래와 같이 표현하고, X를 결정자, Y를 종속자라고 한다.

X (결정자) -> Y (종속자)

일반적으로는 릴레이션에 함수적 종속성이 딱 하나 존재하도록 릴레이션을 분해한다.

 

함수 종속에는 완전 함수 종속과 부분 함수 종속이 있다.

완전 함수 종속은 릴레이션에서 애트리뷰트 집합 Y가 애트리뷰트 집합 X에 함수적으로 종속되어 있을 때,

애트리뷰트 집합 X의 일부분에 종속된 것이 아닌 전체적으로 종속되어 있는 것을 의미한다.

 

부분 함수 종속은 릴레이션에서 애트리뷰트 집합 Y가 애트리뷰트 집합 X의 전체가 아닌 일부분에도 함수적으로 종속되는 것을 의미한다. 

부분 함수 종속 관계가 성립하려면 결정자가 여러 개의 속성들로 구성되어 있어야 한다.

 

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정규형의 종류

정규형은 크게 기본 정규형과 고급 정규형으로 나누어진다.

기본 정규형에는 제1정규형, 제2정규형, 제3정규형, 보이스/코드 정규형(BCNF)가 있고

고급 정규형에는 제4정규형, 제5정규형이 있다.

정규형의 차수가 높아질수록 요구되는 제약조건은 많아지고, 엄격해진다.

릴레이션이 특정 정규형의 제약조건을 만족하면, 릴레이션이 해당 정규형에 포함된다고 표현한다.

 

기본 정규형

제 1 정규형:

릴레이션에 속한 모든 애트리뷰트의 도메인이 원자 값으로만 구성되어 있다.

 

제 2 정규형:

릴레이션이 제 1정규형에 속하고,

기본키가 아닌 모든 애트리뷰트가 기본키에 완전 함수 종속된다.

 

제 3정규형:

릴레이션이 제 2정규형에 속하고,

'기본키가 아닌 모든 애트리뷰트'가 기본키에 이행적 함수 종속이 되지 않는다.

 

보이스/코드 정규형:

릴레이션이 제 3정규형에 속하고,

릴레이션의 함수 종속 관계에서 모든 결정자가 후보키이다.

(후보키가 아닌 애트리뷰트가 결정자가 되면 안된다.)

 

고급 정규형

제 4정규형:

릴레이션이 보이스/코드 정규형에 속하고,

함수 종속이 아닌 다치 종속성(MVD: Multi Valued Dependency)를 제거해야 만족할 수 있다.

 

(다치종속이란 두개의 독립된 애트리뷰트가 1:N 관계로 대응하는 관계로, "↠" 화살표로 종속성을 표시한다.)

즉, 애트리뷰트가 원자값이 아닌 값을 여러개 가질 때 릴레이션을 분해해 애트리뷰트가 원자값을 갖도록 하는 정규형이다.

 

제 5정규형:

릴레이션이 제4정규형을 만족하면서

후보키를 통하지 않는 조인 종속(JD: Join Dependecy)를 제거해야 만족할 수 있다.

 

조인 종속은 릴레이션 스키마의 모든 올바른 릴레이션 상태가 분해될 때,

필요 없는 데이터가 생기지 않는 비부가적 조인 분해,

필요한 데이터가 사라지지 않는 무손실 분해를 가져야 함을 나타낸다.