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데이터베이스 정규화 DB Normalization

DB 설계한 후에 설계 결과물을 검증하기 위해 사용하는 방법
관계형 데이터 모델에서 데이터의 중복성을 제거하여 이상 현상 방지하고
데이터의 일관성과 정확성을 유지하기 위해 무손실 분해하는 과정
테이블 간에 중복된 데이터를 허용하지 않는 것을 기본 목표로 삼고 있다.
중복된 데이터를 허용하지 않음으로써, 무결성(Integrity)를 유지할 수 있으며
DB의 저장 용량 역시 줄이는 것이 가능하다.
이러한 테이블이 어떤 식으로 분해되는 지에 따라 정규화 단계가 달라진다.

DB 정규화의 목표

수정 및 삭제 시 이상 현상을 최소화함으로써 데이터 구조의 안정성 최대화한다.
어떠한 Relation이라도 DB 내에서 표현을 가능하게 하고
데이터 삽입 시 Relation의 재구성에 대한 필요성을 줄인다.
이상 현상 제거를 위해 데이터의 종속성을 줄여야 함.
어떤 Relation 구조가 바람직한 것인지, 바람직하지 못한 Relation을
어떤 식으로 분해해야 하는 지에 대한 구체적인 판단 기준을 제공한다.

이상 현상 Anomaly
- Relation 조작 시 데이터들이 불필요하게 중복되어 예기치 않게 발생하는 현상
- 삽입 이상, 삭제 이상, 갱신 이상이 존재한다.

(1). 삽입 이상 Insertion Anomaly
- Relation에 데이터를 삽입할 때, 의도한 것과는 상관 없이
  원하지 않는 값도 같이 삽입되는 현상

(2). 삭제 이상 Deletion Anomaly
- Relation에서 한 Tuple을 삭제할 때 의도와는 
  상관 없는 값들도 같이 삭제되는 연쇄가 일어나는 현상

(3). 갱신 이상 Update Anomaly
- Relation에서 한 Tuple에 있는 속성 값을 갱신할 때
  일부 튜플의 정보만 갱신되어 정보의 모순이 생기는 현상

DB 정규화와 정규형 종류

앞에서 정규화란 데이터의 일관성과 정확성을 유지하기 위해
테이블을 분해한다고 했었다.
Relation이 정규화된 정도는 정규형 Normal Form, NF으로 표현하고
이러한 정규형은 기본 정규형과 고급 정규형으로 나뉘어 진다.
기본 정규형에는 제 1 정규형, 제 2 정규형, 제 3 정규형, 보이스/코드 정규형이 있고
고급 정규형에는 제 4 정규형, 제 5 정규형이 존재한다.

구분	정규화 단계	조건
`기본 정규형`	`제 1 정규형` `1NF`	원자 값으로 구성
`기본 정규형`	`제 2 정규형` `2NF`	부분 함수의 종속 제거 (완전 함수적 종속 관계)
`기본 정규형`	`제 3 정규형` `3NF`	이행 함수의 종속 제거
`기본 정규형`	`보이스/코드 정규형` `Boyce/Codd Normal Form`	결정자가 후보 키가 아닌 함수 종속 제거
`고급 정규형`	`제 4 정규형` `4NF`	다중 값 종속성 제거
`고급 정규형`	`제 5 정규형` `5NF`	`JOIN` 종속성 제거

함수 종속
- 어떤 Relation R에서 X와 Y를 각각 R의 Attribute 집합의 부분 집합이라고 할 경우
  속성 X의 값 각각에 대해 시간과 관계 없이 항상 Y의 값이 오직 하나만 연관되어 있는 관계
- 표기: 'X → Y (Y는 X에 함수 종속)'

제 1 정규화 1NF

테이블의 Column이 원자 값, 하나의 값을 갖도록 테이블을 분해하는 것

위의 테이블에서 ‘추신수’와 ‘박세리’는 여러 개의 취미를 가지고 있는데
이는 제 1 정규형을 만족하지 못하기 때문에, 제 1 정규화를 진행해서
위의 이미지처럼 테이블의 컬럼이 원자 값, 하나의 값만 갖게 된다.

제 2 정규화 2NF

제 1 정규화를 진행한 테이블에 대해 완전 함수 종속을 만족하도록 테이블 분해하는 것
완전 함수 종속 : 기본 키, PK의 부분 집합이 결정자가 되어선 안된다는 것

- 위의 테이블에서 기본 키는 '학생 번호'와 '개설된 강의'로 복합 키이다.
  여기서 (학생 번호, 개설된 강의)인 기본 키는 '성적'을 결정하고 있다.
- 그리고 강의실 Column은 기본 키의 부분 집합인 '개설된 강의'에 의해 결정된다.

- 즉, 기본 키 (학생 번호, 개설된 강의)의 부분 집합인 '개설된 강의'가 결정자이므로
  위의 테이블에서 강의실을 분해, 별도의 테이블로 관리하는 것으로
  제 2 정규형을 만족시킬 수 있다.

제 3 정규화 3NF

제 2 정규화를 진행한 테이블에 대해 이행적 종속을 없애도록 테이블을 분해하는 것
이행적 종속: A → B, B → C가 성립될 때, A → C가 성립되는 것

위의 테이블에서 학생 번호는 강의를 결정하고 있고, 강의는 수강료를 결정하고 있다.
(학생 번호 → 강의), (강의 → 수강료)이므로 (학생 번호 → 수강료)가 성립된다.
즉 위의 테이블은 이행적 종속이 성립되기 때문에
위의 테이블을 학생 번호 → 강의, 강의 → 수강료 테이블로 분해해야 한다.
제 3 정규화를 진행한 결과물은 다음과 같다.

보이스/코드 정규화 BCNF

제 3 정규화를 진행한 테이블에 대해 모든 결정자가 후보 키가 되도록 테이블을 분해하는 것

위의 학원 강의 테이블에서 기본 키는 [학생 번호, 강의]이고
기본 키는 강사 번호를 결정하고 있으며, 여기서 강사 번호는 강의를 결정하고 있다.
여기서 강사 번호는 강의를 결정하는 결정자이지만, 후보키는 아니다.
BCNF는 모든 결정자가 후보 키가 돼야 하므로 위의 테이블을 아래와 같이 분해할 수 있다.
학원 강의 테이블을 [학생 번호, 강사 번호], [강사 번호 → 강의] 테이블로 분해하였다.

제 4 정규화와 제 5 정규화는 특수한 경우에서만 사용된다고 한다.
즉 필기 출제 빈도가 높은 편이 아니라는 것이다.
그렇기 때문에 제 4 정규화와 제 5 정규화는 별도로 정리하지 않는다.