데이터베이스 정규화란 무엇인가

데이터베이스를 설계하다 보면 종종 난감한 상황에 마주하곤 한다.
같은 정보가 여러 곳에 중복되어 저장되거나,
하나의 테이블에 너무 많은 정보가 담겨있어 관리하기 어려운 경우 말이다.

이는 마치 책상 서랍을 정리하지 않고 사용하는 것과 비슷하다.
처음엔 편할지 몰라도, 시간이 지날수록
같은 물건이 여러 서랍에 흩어져있고,
필요한 물건을 찾기 위해 모든 서랍을 뒤져야 하는 상황이 온다.

데이터베이스 정규화(Normalization)는 바로 이런 문제를 해결하기 위한 체계적인 방법이다.
데이터의 중복을 최소화하고, 데이터 무결성을 유지하며,
효율적인 데이터 관리를 가능하게 하는 설계 기법이다.

왜 데이터베이스 정규화가 필요할까?

정규화를 하지 않은 데이터베이스는 여러 문제를 야기한다.

첫째, 중복 이상(Redundancy Anomaly)이 발생한다.
같은 정보가 여러 곳에 저장되어 있으면 데이터를 수정할 때
모든 위치를 찾아서 수정해야 하는데,
하나라도 누락되면 데이터 불일치가 발생한다.

둘째, 삽입 이상(Insertion Anomaly)이 발생한다.
새로운 데이터를 입력할 때 불필요한 정보까지 함께 입력해야 하거나,
특정 정보 없이는 데이터를 입력할 수 없는 상황이 생긴다.

셋째, 삭제 이상(Deletion Anomaly)이 발생한다.
어떤 정보를 삭제할 때 함께 보관하고 싶은 다른 정보까지
함께 삭제되는 문제가 발생한다.

넷째, 갱신 이상(Update Anomaly)이 발생한다.
데이터를 수정할 때 일부만 수정되어
데이터의 일관성이 깨지는 경우가 생긴다.

정규화의 단계별 이해

데이터베이스 정규화는 여러 단계로 나뉘어져 있다.
각 단계를 정규형(Normal Form)이라고 부르며,
제1정규형부터 제5정규형까지 존재한다.
실무에서는 보통 제3정규형까지 적용하는 것이 일반적이다.

제1정규형 (1NF: First Normal Form)

제1정규형은 가장 기본적인 정규화 단계로,
모든 속성 값이 원자값(Atomic Value)을 가져야 한다는 규칙이다.

쉽게 말해, 하나의 칸에는 하나의 값만 들어가야 한다는 의미다.
배열이나 리스트 같은 복합 값은 허용되지 않는다.

정규화 전 예시:

제1정규형 적용 후:

이제 각 칸에는 하나의 값만 들어가게 되었다.
단, 이 상태에서는 학생 정보가 중복되는 문제가 있다.

제2정규형 (2NF: Second Normal Form)

제2정규형은 제1정규형을 만족하면서,
부분 함수 종속성을 제거한 상태를 의미한다.

부분 함수 종속성이란 기본키의 일부분에만 종속되는 속성을 말한다.
복합키(여러 속성으로 이루어진 기본키)가 있을 때 발생한다.

정규화 전 예시:

기본키: (학생ID, 과목코드)
문제: 학생이름은 학생ID에만 종속, 과목이름은 과목코드에만 종속

제2정규형 적용 후:

학생 테이블:

과목 테이블:

수강 테이블:

이제 각 정보가 적절한 테이블로 분리되었다.

제3정규형 (3NF: Third Normal Form)

제3정규형은 제2정규형을 만족하면서,
이행 함수 종속성을 제거한 상태를 의미한다.

이행 함수 종속성이란 A → B, B → C일 때 A → C가 성립하는 관계를 말한다.
즉, 기본키가 아닌 속성이 다른 비기본키 속성을 결정하는 경우다.

정규화 전 예시:

기본키: 학생ID
문제: 학생ID → 학과코드 → 학과이름, 학과장 (이행 종속)

제3정규형 적용 후:

학생 테이블:

학과 테이블:

이제 학과 정보가 중복되지 않고,
학과장이 바뀌어도 한 곳만 수정하면 된다.

정규화의 장점과 단점

🟢 정규화의 장점

1. 데이터 중복 최소화
   같은 데이터를 여러 곳에 저장하지 않아 저장 공간을 절약할 수 있다.
   
   

2. 데이터 무결성 향상
   중복이 없으므로 데이터 불일치 문제가 발생하지 않는다.
   
   

3. 이상 현상 방지
   삽입, 삭제, 갱신 시 발생할 수 있는 이상 현상을 예방할 수 있다.
   
   

4. 유지보수 용이
   데이터 구조가 명확하여 수정이 필요할 때 영향 범위가 명확하다.
   
   

5. 확장성 향상
   새로운 데이터 추가 시 기존 구조에 영향을 최소화할 수 있다.
   
   

🔴 정규화의 단점

1. 조인 연산 증가
   테이블이 분리되면서 데이터를 조회할 때 여러 테이블을 조인해야 한다.
   
   

2. 성능 저하 가능성
   조인 연산이 많아지면 쿼리 성능이 저하될 수 있다.
   
   

3. 복잡도 증가
   테이블 수가 많아져 초기 설계와 쿼리 작성이 복잡해질 수 있다.
   
   

반정규화 (Denormalization)

정규화가 항상 정답은 아니다.
때로는 의도적으로 정규화를 풀어야 하는 경우도 있다.

반정규화는 성능 향상을 위해 의도적으로 중복을 허용하는 기법이다.
특히 조회 성능이 중요한 시스템에서 자주 사용된다.

🏷️ 반정규화를 고려해야 하는 경우

• 조인 연산이 너무 많아 성능이 심각하게 저하되는 경우
  
• 특정 테이블의 조회 빈도가 매우 높은 경우
  
• 통계나 집계 데이터를 자주 사용하는 경우
  
• 이력 데이터를 빠르게 조회해야 하는 경우
  
  

단, 반정규화를 적용할 때는 반드시 다음을 고려해야 한다:

1. 데이터 일관성 유지 방안 마련
   
2. 트리거나 애플리케이션 로직으로 중복 데이터 동기화
   
3. 성능 개선 효과 측정
   
   

실전 예시: 쇼핑몰 데이터베이스 정규화

실제 쇼핑몰 데이터베이스를 정규화하는 과정을 살펴보자.

정규화 전:

CREATE TABLE orders (
    order_id INT PRIMARY KEY,
    customer_name VARCHAR(100),
    customer_email VARCHAR(100),
    customer_phone VARCHAR(20),
    product_name VARCHAR(100),
    product_price DECIMAL(10,2),
    quantity INT,
    order_date DATE
);

이 구조는 여러 문제가 있다:

• 고객 정보 중복
  
• 상품 정보 중복
  
• 한 주문에 여러 상품을 담을 수 없음
  
  

정규화 후 (제3정규형):

-- 고객 테이블
CREATE TABLE customers (
    customer_id INT PRIMARY KEY AUTO_INCREMENT,
    customer_name VARCHAR(100) NOT NULL,
    customer_email VARCHAR(100) UNIQUE NOT NULL,
    customer_phone VARCHAR(20)
);

-- 상품 테이블
CREATE TABLE products (
    product_id INT PRIMARY KEY AUTO_INCREMENT,
    product_name VARCHAR(100) NOT NULL,
    product_price DECIMAL(10,2) NOT NULL,
    stock_quantity INT DEFAULT 0
);

-- 주문 테이블
CREATE TABLE orders (
    order_id INT PRIMARY KEY AUTO_INCREMENT,
    customer_id INT NOT NULL,
    order_date DATETIME DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP,
    total_amount DECIMAL(10,2),
    FOREIGN KEY (customer_id) REFERENCES customers(customer_id)
);

-- 주문 상세 테이블
CREATE TABLE order_details (
    order_detail_id INT PRIMARY KEY AUTO_INCREMENT,
    order_id INT NOT NULL,
    product_id INT NOT NULL,
    quantity INT NOT NULL,
    unit_price DECIMAL(10,2) NOT NULL,
    FOREIGN KEY (order_id) REFERENCES orders(order_id),
    FOREIGN KEY (product_id) REFERENCES products(product_id)
);

이제 다음과 같은 이점을 얻을 수 있다:

• 고객 정보는 한 곳에서만 관리
  
• 상품 가격 변경 시 한 번만 수정
  
• 한 주문에 여러 상품을 담을 수 있음
  
• 주문 시점의 가격을 order_details에 저장하여 이력 관리 가능
  
  

정규화 적용 시 주의사항

1. 과도한 정규화 지양
   제3정규형까지만 적용해도 대부분의 경우 충분하다.
   무조건 높은 정규형을 적용하면 오히려 복잡도만 증가한다.
   
   

2. 비즈니스 요구사항 우선
   성능이 중요한 곳은 반정규화를 고려해야 한다.
   이론적 완벽함보다 실용성이 중요하다.
   
   

3. 인덱스 활용
   정규화로 조인이 많아졌다면 적절한 인덱스를 생성하여
   성능 저하를 최소화해야 한다.
   
   

4. 문서화
   정규화 결과와 테이블 간 관계를 명확히 문서화하여
   다른 개발자도 쉽게 이해할 수 있도록 한다.
   
   

마무리

데이터베이스 정규화는 단순히 이론적 개념이 아니라
실제 프로젝트에서 데이터 품질과 유지보수성을 결정하는 중요한 기법이다.

처음 데이터베이스를 설계할 때 정규화를 고려하면
나중에 발생할 수 있는 많은 문제를 예방할 수 있다.
하지만 맹목적으로 정규화만 추구하기보다는
프로젝트의 특성과 요구사항을 고려하여
적절한 수준의 정규화를 적용하는 것이 중요하다.

실무 경험을 쌓다 보면 언제 정규화를 적용하고
언제 반정규화를 고려해야 하는지 감각이 생긴다.
이 글이 그 시작점이 되길 바란다.