[DB] DB 정규화 (Database Normalization)에 대하여

나는 프로젝트를 진행할 때마다 DB 설계가 가장 큰 고민이 된다. 어떻게 설계해야 효율적이고, 나중에 문제가 발생하지 않도록 미리 고려할 수 있을지 항상 어려움을 느낀다. 무엇보다 DB 설계가 제대로 이루어지지 않으면 개발 방향이 엉뚱하게 흘러가거나, 나중에 수정해야 하는 번거로움이 생길 수 있다는 점에서 설계의 중요성을 크게 실감하고 있다.

 

정규화란?

중복 데이터를 줄이고, 데이터 무결성(Data Integrity)을 보장하기 위해 테이블을 설계하는 과정이다. 이를 통해 데이터 이상 현상(Anomalies)을 방지하고, 효율적인 데이터 관리 및 업데이트를 가능하게 만든다.

정규화의 필요성

• 데이터 중복: 동일한 데이터가 여러 곳에 저장되어 저장 공간 낭비
• 데이터 불일치: 여러 곳에 저장된 데이터 중 일부만 수정되었을 때 데이터 무결성이 깨짐
• 데이터 삽입/삭제/갱신 이상:
  • 삽입 이상: 특정 데이터를 추가하려면 불필요한 데이터도 추가해야 함
  • 삭제 이상: 데이터를 삭제하면 필요 없는 데이터도 함께 사라질 수 있음
  • 갱신 이상: 데이터 수정 시 모든 중복 데이터를 수정해야 함

정규화의 단계

정규화는 1NF부터 시작해 BCNF 및 5NF까지 단계별로 나아가며, 각 단계는 이전 단계를 만족해야 한다.

실무에서는 보통 3NF 또는 BCNF까지만 수행한다고 한다.

 

정규화 과정과 사용 예시

비정규화 된 데이터부터 정규화가 이루어지는 과정을 살펴보면 이렇다.

비정규화 된 데이터

학생ID	학생명	과목1	과목1 교수	과목2	과목2 교수
1	유재석	수학	김교수	영어	이교수
2	강호동	수학	김교수	과학	박교수
3	이효리	영어	이교수	과학	박교수

위 데이터를 보면 여러가지 문제점이 있다.

1. 데이터 중복: 교수 이름이 여러번 반복됨

2. 비원자적 값: 과목이 열 단위로 나뉘어 있음(과목1, 과목2)

3. 삽입 이상: 새로운 학생이 아직 수강하지 않은 경우에도 과목1, 과목2를 비워둬야 함

4. 삭제 이상: 유재석의 데이터를 삭제하면 김교수와 이교수 정보도 함께 사라짐

 

제 1 정규형 (1NF)

1NF 조건: 각 열은 원자값(Atomic Value)만 가져야 한다. 즉, 하나의 셀에 하나의 값만 있어야 한다는 의미다.

변환 후 데이터

학생ID	학생명	과목	교수명
1	유재석	수학	김교수
1	유재석	영어	이교수
2	강호동	수학	김교수
2	강호동	과학	박교수
3	이효리	영어	이교수
3	이효리	과학	박교수

• 과목1과 과목2를 각각 행으로 분리
• 하나의 셀에 하나의 값만 들어가도록 수정

 

제 2 정규형 (2NF)

2NF 조건

1. 1NF를 만족해야 한다.

2. 부분 함수 종속 제거: 기본키(학생ID, 과목) 외 다른 속성(학생명, 교수명)은 기본 키 전체에 종속되어야 한다.

 

1NF의 문제점

• 학생명은 학생ID에만 종속(부분 함수 종속)
• 교수명은 과목에만 종속(부분 함수 종속)

 

변환 후 데이터

1. 학생 테이블

학생ID	학생명
1	유재석
2	강호동
3	이효리

 

2. 과목 테이블

과목	교수명
수학	김교수
영어	이교수
과학	박교수

 

3. 수강 테이블

학생ID	과목
1	수학
1	영어
2	수학
2	과학
3	영어
3	과학

 

변화

• 학생명을 학생 테이블로 분리
• 교수명을 과목 테이블로 분리
• 학생ID와 과목만 남긴 수강 테이블 생성

 

제 3 정규형(3NF)

3NF 조건

1. 2NF를 만족해야 한다.

2. 이행 함수 종속 제거: 비프라이머리 속성끼리 종속 관계가 없어야 한다.

 

2NF의 문제점

• 교수명이 과목에 종속 됨

 

변환 후 데이터

1. 학생 테이블

학생ID	학생명
1	유재석
2	강호동
3	이효리

 

2. 과목 테이블

과목	교수ID
수학	1
영어	2
과학	3

 

3. 교수 테이블

교수ID	교수명
1	김교수
2	이교수
3	박교수

 

4. 수강 테이블

학생ID	과목
1	수학
1	영어
2	수학
2	과학
3	영어
3	과학

 

변화

• 교수명을 분리하여 새로운 교수 테이블 생성
• 과목 테이블에서 교수ID로 참조

최종 정규화된 데이터

정규화 과정을 거친 후, 데이터 베이스는 아래와 같은 구조를 갖는다.

1. 학생 테이블: 학생 정보를 저장

2. 과목 테이블: 과목별 교수ID를 저장

3. 교수 테이블: 교수의 상세 정보를 저장

4. 수강 테이블: 학생과 과목 간의 관계를 저장

 

---

비정규화된 데이터와 비교하면 이렇다.

비정규화 상태

• 하나의 테이블에 모든 데이터를 저장
• 데이터 중복으로 인해 저장 공간 낭비
• 수정 및 삭제 시 이상 현상이 발생

정규화 상태

• 데이터를 논리적으로 분리하여 중복 제거
• 데이터 무결성이 보장되며, 이상 현상이 발생하지 않음

 

결국 이렇게 정규화 과정을 거치면 정규화의 필요성을 충족시켜준다.

정규화의 장점

1. 데이터 중복이 완전히 제거되어 저장 공간 절약

2. 삽입/삭제/갱신 이상 문제 해결

3. 데이터 무결성 유지가 용이

 

하지만 무조건 정규화가 좋은점만 있는것은 아니다. 테이블이 여러개로 나뉘어지기 때문이다.

정규화의 단점

• 쿼리 복잡도 증가
  • 데이터를 분리하여 저장하므로, 필요한 정보를 조회할 때 여러 테이블을 조인해야 할 수 있다.
  • 이는 시스템 성능에 영향을 줄 수 있다.
• 과도한 정규화
  • 불필요하게 높은 정규화를 적용하면 데이터베이스 설계가 지나치게 복잡해지고, 유지보수가 어려워질 수 있다.
  • 실무에서는 3NF 또는 BCNF까지만 적용하는 경우가 많다.

 

---

 

 

만약 3NF에서 BCNF로 더 정규화를 진행한다면 이렇게 된다.

 

3NF에서의 문제점

• 3NF는 학생ID, 과목, 교수 정보를 분리했지만, 교수ID와 과목 사이의 종속 관계가 여전히 남아 있다.

결정자와 종속성

• 과목 → 교수ID가 성립한다.
• 하지만 과목은 후보 키가 아니다.
• 이로 인해, 과목과 교수ID의 종속 관계로 데이터 중복이 발생할 가능성이 있다.

BCNF는 모든 결정자가 후보 키가 되도록 데이터베이스를 다시 설계한다.
여기서 과목 → 교수ID가 문제이므로, 과목-교수 관계를 별도의 테이블로 분리해야 한다.

 

1. 학생 테이블

학생ID	학생명
1	유재석
2	강호동
3	이효리

 

2. 수강 테이블

학생ID	과목
1	수학
1	영어
2	수학
2	과학
3	영어
3	과학

 

3. 과목 - 교수 테이블

과목	교수ID
수학	1
영어	2
과학	3

 

4. 교수 테이블

교수ID	교수명
1	김교수
2	이교수
3	박교수

 

BCNF의 특징

• 과목 → 교수ID 관계를 별도의 테이블로 분리하여 과목이 후보 키가 되도록 설계
• 데이터 중복 제거
  • 과목-교수 관계가 한 곳에서만 관리된다.
  • 예: 수학의 담당 교수(김교수) 정보는 과목-교수 테이블에 한 번만 기록
• 모든 결정자가 후보 키가 되었으므로 BCNF를 만족

 

3NF vs BCNF 비교

특징	3NF	BCNF
결정자	일부 결정자가 후보 키가 아닐 수 있음	모든 결정자가 후보 키가 됨
데이터 중복	일부 중복이 남아 있을 수 있음	중복이 완전히 제거됨
테이블 수	테이블 수가 상대적으로 적음	추가적으로 테이블이 생성됨
복잡성	상대적으로 단순	설계가 조금 더 복잡