[SQL] 데이터베이스 정규화 원칙과 키의 종류

정규화란?

정규화는 데이터 중복을 최소화하고 무결성을 보장하기 위해 테이블을 분리하는 과정이다.
보통 제 1 정규형 (1NF) → 제 2 정규형 (2NF) → 제 3 정규형 (3NF) → BCNF까지 수행하며, 상황에 따라 제 4 정규형, 제 5 정규형을 적용한다.

정규화의 목적

1. 데이터 중복 최소화: 중복 데이터를 최소화하여 저장 공간을 절약하고 데이터 불일치를 방지한다.
2. 데이터 무결성 유지: 데이터를 변경했을 때 연관된 모든 데이터가 일관성을 유지하도록 한다.
3. 데이터 구조 최적화: 테이블을 체계적으로 정리해 검색, 수정, 삭제 등의 유지보수를 쉽게 수행할 수 있다.

키의 종류

키	개념	예시
슈퍼키	각 데이터를 유일하게 식별할 수 있는 속성의 집합	student_id, student_email, (student_id, student_name)
후보키	슈퍼키 중에서 최소성을 만족하는 키	student_id, student_email
기본키	후보키 중에서 대표로 선택된 유일한 키	student_id
대체키	기본키로 선택되지 않은 나머지 후보키	student_email

정규화 단계

각 단계에서 데이터의 문제점을 해결하며, 점점 더 효율적인 테이블 구조를 만들어간다

1. 제 1 정규형 (1NF)

모든 컬럼이 원자값(더 이상 분해할 수 없는 값)만 포함해야 한다.
즉, 하나의 컬럼에는 하나의 값만 있어야 한다.

제 1 정규형 규칙

1. 각 컬럼이 하나의 속성만을 가져야 한다.
2. 하나의 컬럼은 같은 종류나 타입의 값을 가져야 한다.
3. 각 컬럼이 유일한 이름을 가져야 한다.
4. 컬럼의 순서가 상관없어야 한다.

예시

student_id	student_name	student_email	enrolled_courses
S001	김OO	aaa@example.com	수학, 과학, 영어
S002	이OO	bbb@example.com	역사, 체육

위 테이블에서는 enrolled_courses 컬럼이 한 개의 값이 아닌 여러 개의 값을 포함하고 있다.

 

➡ 제 1 정규형 적용 후

student_id	student_name	student_email	course_name
S001	김OO	aaa@example.com	수학
S001	김OO	aaa@example.com	과학
S001	김OO	aaa@example.com	영어
S002	이OO	bbb@example.com	역사
S002	이OO	bbb@example.com	체육

이제 한 컬럼에 하나의 값만 들어가므로 제 1 정규형을 충족한다!

2. 제 2 정규형 (2NF)

기본키의 부분 함수 종속 제거

제 2 정규형 규칙

1. 제 1 정규형을 만족해야 한다.
2. 기본 키가 아닌 속성 모두가 기본 키에 완전 함수 종속되어야 한다.

예시

student_id	course_id	course_name
S001	C101	수학
S001	C102	과학
S002	C102	과학
S002	C103	영어

위 테이블에서 기본키는 (student_id, course_id)이다.
하지만 여기서 course_name은 course_id에 의해서도 값을 알 수 있다. -> 부분 함수 종속

 

➡ 2NF 적용 후 (강의 테이블 분리)

 

✅ 수강등록 테이블

student_id	course_id
S001	C101
S001	C102
S002	C102
S002	C103

✅ 강의 테이블

course_id	course_name
C101	수학
C102	과학
C103	영어

이제 course_name이 course_id에만 종속되므로 제 2 정규형을 충족한다!

3. 제 3 정규형 (3NF)

이행적 함수 종속이란, A -> B, B -> C, A -> C일 때, A -> C처럼 간접적으로 의존하는 관계를 말함.
즉, 속성간의 간접적 의존 관계를 제거해야 함!

제 3 정규형 규칙

1. 제 2 정규형을 만족해야 한다.
2. 기본키가 아닌 모든 속성 간의 간접적인 의존 관계를 없애야 한다.

예시

student_id	student_name	student_address
S001	김OO	서울시 강남구
S001	김OO	서울시 서초구
S002	이OO	부산시 해운대구

여기서 student_address는 student_name이 아닌 student_id에 직접 종속되어야 한다.

 

➡ 3NF 적용 후 (학생 주소 테이블 분리)

 

✅ 학생 테이블

student_id	student_name
S001	김OO
S002	이OO

✅ 학생 주소 테이블

student_id	student_address
S001	서울시 강남구
S001	서울시 서초구
S002	부산시 해운대구

이제 모든 컬럼이 기본키인 student_id에 직접 종속되므로 제 3 정규형을 충족한다!

4. BCNF (Boyce-Codd Normal Form)

모든 결정자가 후보키가 되도록 분리한다.
특정 컬럼의 값이 다른 컬럼의 값을 결정하는 경우, 그 특정 컬럼을 결정자라고 한다.

예시

teacher_id	course_id	teacher_name
T001	C101	김교사
T001	C103	김교사
T002	C102	이교사

위 테이블에서 기본키는 (teacher_id, course_id)이며, 이를 통해 teacher_name을 알 수 있다.
그러나 teacher_name를 알면 teacher_id를 알 수 있지만 teacher_name은 후보키가 아니다.
즉, 후보키가 아닌 결정자가 존재하므로 BCNF를 만족하지 못한다.

 

➡ BCNF 적용 후 (강의-교사 테이블 분리)

 

✅ 교사 테이블

teacher_id	teacher_name
T001	김교사
T002	이교사

✅ 강의 테이블

course_id	teacher_id
C101	T001
C102	T002
C103	T001

이제 모든 결정자가 후보키가 되므로 BCNF를 충족한다!

참고

• 정규화Normalization
• [DataBase] 정규화(1NF, 2NF, 3NF, BCNF)
• 여러 종류의 Key 이해하기