데이터 모델링 3

정규화와 반정규화

정규화와 반정규화는 데이터 모델링 과정에서 꼭 필요한 단계이다.

좋은 데이터 베이스란 중복된 데이터가 없어야 하며 메모리는 최소화 하고 연산 속도는 빨라야 한다.

앞서 비즈니스 프로세스를 파악해 entity,속성,관계,식별자를 정의 했다면, 이젠 정규화와 반정규화를 통해 데이터 베이스를 좀 더 체계적으로 만들어 볼 차례이다.

위에 그림과 같이 정규화와 반정규화는 실행함에 따라 몇 몇 단점들이 발생되는데 이를 서로의 장점으로 보완하는 구조이다.

일관성과 무결성을 우선으로 한다면 정규화에 좀 더 비중을 두면 되는 것이고, 데이터베이스의 성능과 단순화를 목적에 둔다면 반정규화에 비중을 두고 데이터 베이스를 설계하면 된다.

정규화

정규화는 중복된 데이터를 허용하지 않음으로서 무결성을 유지하고 DB의 저장용량을 최적화 하는 것을 목표로 가진다.

하나의 종속성이 하나의 릴레이션에 표현될 수 있도록 분해해 가는 과정이라 할 수 있다.

이상( Anomaly) 현상을 방지하는 효과를 기대할 수 있다.

정규화의 원칙

• 데이터의 중복이 감소 되어야 한다.
• 정보가 사라지지 않아야함 (정보의 무손실)
• 독립된 관계성은 독립된 릴레이션으로 분리해서 표현해야함 (분리의 원칙)
• 같은 의미의 정보를 유지하면서 더 바람직한 구조로 변환해야 함

정규화의 단계

정규화에는 여러 단계가 있으며 순서와 조건들이 존재한다.

정규화의 단계는 다음과 같으며 일반적인 경우 제3정규형까지만 한다.

1. 비정규형
2. 제1정규형 : 원자값이 아닌 도메인 분해
3. 제2정규형 : 부분 함수 종속 제거
4. 제3정규형 : 이행 함수 종속 제거
5. BCNF(3.5정규형) : 결정자가 후보키가 아닌 함수 종속 제거
6. 제4정규형 : 다중치 종속제거
7. 제5정규형 : 후보키를 통하지 않은 조인 종속 제거

제1 정규형

제1 정규형에 대해서 가장 많이 찾아볼 수 있는 설명은 '제1 정규형 과정을 통해 원자값이 아닌 도메인을 분해하여 어떤 릴레이션 R에 속한 모든 도메인이 원자값으로만 되어 있도록 설계'라는 텍스트이다.

하지만 원자값이란 말이 이해하기 어려운데 다행히 이에 대해 설명한 영상이 있다.

이 영상을 보면 크리스토퍼 J. 데이트는 원자값이란 표현에 애매모호함에 새로운 표현으로 정의를 내렸는데 다음과 같다.

크로스토퍼 J. 데이트의 1정규형 저의

1. 열에는 위-아래의 순서가 없다.
2. 행에는 좌-우의 순서가 없다.
3. 중복되는 열이 없다.
4. 모든 열과 행의 중복지점에는 해당되는 분야에서 한 개의 값을 가진다.
5. 모든 행은 규칙적이다.

4번 정의가 원자값의 표현으로 부족한 1정규형의 설명을 이해하기 쉽도록 다르게 표현한 것이다.

간단히 말하자면 하나의 속성에는 하나의 값만 갖도록 한다는 것이다.

예를 들어

이름	연락처
윤정호	010-1234-5678 031-123-5678

위의 테이블이 있다고 쳤을 때 하나의 속성에 휴대폰번호와 집전화 두가지를 모두 갖고 있기 때문에 제 1정규형에 위배되는 테이블이다.

이름	집전화	휴대폰
윤정호	031-123-5678	010-1234-5678

이런식으로 하나의 속성에 하나의 값만 갖도록 테이블에 칼럼을 만들어준다거나 테이블을 분리함으로서 제1 정규형을 만족시키는 테이블을 만들 수 있다.

제2 정규형

제2 정규형은 부분 함수 종속이 없으며 완전 함수적 종속을 충족시키는 정규형이다.

제2 정규형은 우선 기본키가 2개 이상인 복합키일 경우에만 시행된다.

“부분 함수 종속”이라는 의미는 밑의 그림과 같다.

C속성은 기본키 A,B 복합 속성으로 이루어진 기본키에 완전 함수적 종속 관계이지만 D,E 속성은 기본키 B에만 종속 관계를 갖고 있기 때문에 이 테이블은 완전 함수적 종속 관계라고 할 수 없다.

이때는 2개의 릴레이션(테이블)로 분리해줘야 한다.

[기본키 A - 기본키 B - C] 의 형태를 가진 테이블과 [기본키 B - D - E] 형태의 테이블로 나누어준다면 제2 정규형을 만족할 수 있게 된다.

제3 정규형

제3 정규형의 타겟은 이행적 함수 종속이다.

제3 정규형은 제1 정규형과 제2 정규형을 모두 만족 할때에 시행한다.

우선 이행적 함수 종속이 무엇인지 이해가 필요하다.

회원ID(기본키)	이름	통신사	통신사 고객센터 번호
yoonjungho	윤정호	KT	123

억지스러운 테이블이지만 위 테이블을 예로 들자면 제1 정규형과 제 2정규형을 만족하고 모든 속성은 기본키에 종속 관계를 가진다.

하지만 통신사 속성와 통신사 고객센터 번호는 족송 관계일 수 있다.

이런 상황을 이행적 함수 종속 관계라고 한다.

위의 경우는 간단하게

통신사	통신사 고객센터 번호
KT	123
SKT	124
LG	125

이런식으로 별도의 테이블을 만들어줌으로서 제 3 정규형을 만족 시킬 수 있다.

BCNF

BCNF는 제3 정규화를 진행한 테이블에 대해 모든 결정자가 후보키가 되도록 테이블을 분해하는 것이다.

제 3.5정규형이라고도 불리며, BCNF를 만족한다면 제 3정규형을 만족한다고 볼 수 있지만 역의 경우는 아닐 수도 있다.

쉽게 말해 어떤 A속성이 B속성의 결정자가 되는 속성이지만 후보키가 될 수 없을 때 A속성과 B속성을 따로 분리하여 테이블을 만드는 것을 의미한다.

반정규화

반정규화란 보통 정규화 이후에 발생하는 속도 저하의 문제를 해결하기 위해 하는 최적화 기법이다.

보통 하나 이상의 테이블에 데이터를 중복으로 배치하여 시스템의 성능 향상, 개발 및 운영의 편의성등을 추구한다.

즉 의도적으로 정규화 원칙을 위배한다고 볼 수 있다.

하지만 반정규화를 한다고 무조건 적으로 성능이 향상 되는 것은 아니다 모든 것은 과하면 독이 되듯이 과한 반정규화는 오히려 성능 저하를 초래할 수 있다.

반정규화시 조인 비용이 줄어들기 때문에 빠른 데이터 조회가 가능해지고 쿼리문이 비교적 심플 해지는 장점이 있다.

단점으로는 데이터 갱신이나 삽입 비용이 높아지고 데이터 간의 일관성과 무결성이 깨질 수 있는 위험이 있다.

또한 중복 데이터가 발생하면서 필요한 메모리의 양이 많아지게 된다.

그러므로 데이터의 일관성,무결성과 데이터베이스의 성능과 단순화 두 가지 장점 중에 어느 것을 우선으로 할지 생각하여야 한다.

반정규화 방법

반정규화 방법에는 크게 4가지가 있다.

• 테이블 병합 : 잦은 join 사용으로 나오는 단점을 해소함으로서 성능 향상을 추구한다.

• 테이블 분할 : 테이블을 수평 또는 수직으로 분할 한다.

• 테이블 추가 : 작업의 효율성을 향상 시키기 위해 테이블을 추가한다.

• 칼럼 추가 : Join의 사용을 줄인다거나 자주 쓰는 계산 값을 추가한다.

테이블 병합

테이블 병합 방식은 비즈니스 로직 상 Join되는 경우가 많아 통합하는 것이 성능 측면에서 유리할 경우에 고려된다.

테이블 병합의 방법으론 3가지 정도가 있다.

• 1:1 관계 테이블 병합
• 1:N 관계 테이블 병합
• super sub type 테이블 병합
  • OneToOne type : 슈퍼타입과 서브타입을 개별 테이블로 도출한다. 관리가 어려운 단점이 있다
  • Plus type : 슈퍼타입과 서브타입 테이블로 도출한다. 조인이 발생하며 관리가 어렵다.
  • Single type : 슈퍼타입과 서브타입을 하나의 테이블로 도출한다. 조인성능이 좋고 관리도 용이 but 입출력 성능 이 안 좋다.

### 테이블 분할

테이블 분할은 2가지 방식이 있다.

• 수직 분할 : 칼럼 단위로 테이블을 1:1 분리한다.
• 수평 분할: row(행) 단위로 테이블을 분리한다.

테이블 추가

• 중복 테이블 추가
  • 타 업무 또는 타 서버에 있는 테이블과 동일한 구조의 테이블을 추가한다.
  • 원격 Join 방지
• 통계 테이블 추가
  • 통계값을 미리 계산해서 저장하는 테이블 추가
• 이력 테이블 추가
  • 마스터 테이블에 존재하는 row를 트랜재션 발생 시점에 따라 복사해두는 테이블 추가
• 부분 테이블 추가
  • 자주 조회되는 칼럼들만 별도로 모아놓는 테이블 추가

칼럼 추가

• 중복 칼럼 추가
  • Join 프로세스를 줄이기 위해 중복 칼럼 추가
  • SELECT 비용은 감소하나 Update 비용은 증가
• 파생 칼럼 추가
  • 계산을 통해 얻어지는 결과 값을 테이블에 칼럼으로 저장
• 이력 테이블 칼럼 추가
  • 이력 테이블에 기능성 칼럼추가 (최신 여부, 시작일/종료일 등)