PostgreSQL를 활용한 데이터베이스 정규화: 효과적인 데이터 관리 전략

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시작: PostgreSQL과 데이터베이스 정규화 개요

데이터베이스 정규화는 데이터베이스의 설계를 향상시키고 중복을 제거하기 위한 프로세스입니다. 이는 데이터무결성(data integrity)을 보장하고, 데이터베이스의 성능을 향상시키기 위해 중요합니다. PostgreSQL은 오픈 소스 객체-관계형 데이터베이스로 광범위하게 사용되며, 데이터베이스 정규화를 쉽게 다루게 해주는 많은 기능을 제공합니다.

PostgreSQL 설치

PostgreSQL을 설치하는 가장 간단한 방법은 공식 웹사이트에서 사용하는 운영체제에 맞는 인스톨러를 다운로드하는 것입니다.

 
sudo apt-get update
sudo apt-get install postgresql postgresql-contrib

데이터베이스 생성

PostgreSQL에서 데이터베이스를 생성하려면 다음 명령어를 실행합니다:

 
CREATE DATABASE mydatabase;

테이블 생성

생성된 데이터베이스에 테이블을 추가하려면 다음과 같이 명령어를 실행합니다:

 
CREATE TABLE mytable (
    ID INT PRIMARY KEY,
    name VARCHAR (20),
    age INT
);

데이터베이스 정규화: 왜 필요한가?

중복 데이터 회피

데이터베이스 정규화의 가장 큰 이점 중 하나는 중복 데이터를 회피할 수 있다는 것입니다. 중복 데이터는 데이터 무결성 문제를 초래하므로, 이를 없애는 것이 중요합니다. 아래의 명령어로 중복 데이터를 가진 테이블을 생성해 보겠습니다:

 
CREATE TABLE sales (
    invoice_number int,
    product_id int,
    product_name varchar(100),
    product_price numeric,
    quantity int,
    customer_id int,
    customer_name varchar(100),
    sales_date date
);

위 테이블에서는 같은 제품이 다른 판매에서 중복될 수 있습니다. 그러나, 정규화를 통해 이를 해결할 수 있습니다.

현실 세계를 반영한 구조화

정규화를 통해 데이터베이스의 구조가 현실 세계를 더 잘 반영할 수 있게 됩니다. 이는 데이터를 이해하고 사용하기 더 쉽게 만들어 줍니다.

유연성과 확장성 강화

데이터베이스 정규화를 통해 유연성과 확장성을 강화할 수 있습니다. 변경이 필요한 경우, 필요한 테이블만 변경하면 되므로 개발 속도를 높이고 오류를 줄일 수 있습니다.

PostgreSQL 환경 준비: 설치부터 데이터베이스 생성까지

PostgreSQL 설치

PostgreSQL을 설치하는 가장 간단한 방법은 공식 웹사이트에서 사용하고 있는 운영 체제의 버전에 맞는 인스톨러를 다운로드하는 것입니다. 유닉스 기반의 운영 체제에서는 다음의 명령어를 통해 설치할 수 있습니다:

 
sudo apt-get update
sudo apt-get install postgresql postgresql-contrib

데이터베이스 및 테이블 생성

데이터베이스를 생성하려면, PostgreSQL 쉘에서 다음과 같이 명령어를 입력합니다:

 
CREATE DATABASE mydatabase;

이제, 생성된 데이터베이스에 테이블을 만들기 위해, 다음과 같은 구조의 SQL 문을 실행하면 됩니다:

 
CREATE TABLE mytable (
    ID INT PRIMARY KEY,
    name VARCHAR (20),
    age INT
);

위에 명령어를 실행하면 ID, 이름, 나이를 속성으로 가지는 ‘mytable’ 이라는 테이블이 ‘mydatabase’ 데이터베이스 안에 생성됩니다.

데이터베이스 정규화 규칙 이해하기

제 1차 정규화

제 1차 정규화는 각 컬럼이 원자 값만을 가지도록 하는 과정입니다. 원자 값은 더 이상 분리할 수 없는 단일 값입니다. 이를 통해 중복되는 데이터를 줄이고, 테이블 간의 연결을 간소화합니다.


CREATE TABLE Student (
    StudentID int,
    FullName varchar(100),
    Subjects varchar(200)
);

위의 테이블에서 Subjects 컬럼 값이 복수이므로 제 1차 정규화를 적용해야 합니다.


CREATE TABLE Student (
    StudentID int,
    FullName varchar(100)
);

CREATE TABLE Subject (
    SubjectID int,
    SubjectName varchar(100),
    StudentID int
);

제 2차 정규화

제 2차 정규화는 제 1차 정규화를 거친 후, 모든 부분집합이 각각 기본키에 대해 완전 함수 종속성을 가지도록 합니다. 다시 말해, 각 테이블의 모든 컬럼은 기본키에만 종속되어야 합니다.


CREATE TABLE Order (
    OrderID int,
    ProductID int,
    Quantity int,
    ProductName varchar(100),
    ProductPrice numeric
);

위의 테이블에서 ProductName과 ProductPrice는 ProductID에 종속되어 있으므로 제 2차 정규화를 적용해야 합니다.


CREATE TABLE Order (
    OrderID int,
    ProductID int,
    Quantity int
);

CREATE TABLE Product (
    ProductID int,
    ProductName varchar(100),
    ProductPrice numeric
);

제 3차 정규화

제 3차 정규화는 제 2차 정규화를 거친 후, 모든 컬럼이 기본키에 대해 이행적 함수 종속성이 없도록 합니다. 즉, 임의의 컬럼 A, B, C에 대해 C가 B에 종속되고 B가 A에 종속된다면 C의 값은 B를 통해 간접적으로 A에 종속된 것입니다. 제 3차 정규화를 통해 이런 종속성을 없애줍니다.


CREATE TABLE Invoice (
    InvoiceID int,
    CustomerID int,
    ProductID int,
    Quantity int,
    CustomerName varchar(100),
    CustomerAddress varchar(200)
);

위의 테이블에서 CustomerName과 CustomerAddress는 CustomerID에 종속되어 있으므로 제 3차 정규화를 적용해야 합니다.


CREATE TABLE Invoice (
    InvoiceID int,
    CustomerID int,
    ProductID int,
    Quantity int
);

CREATE TABLE Customer (
    CustomerID int,
    CustomerName varchar(100),
    CustomerAddress varchar(200)
);

PostgreSQL에서 제 1차 정규화 구현하기

제 1차 정규화란?

제 1차 정규화는 모든 속성 값이 원자적(하나의 값만을 가지고, 분해할 수 없는)인지를 체크하는 과정입니다. 즉, 모든 열이 원자 값으로 구성되어야 하며, 리스트나 집합과 같은 복합적인 데이터 타입을 피해야 합니다.

PostgreSQL에서 제 1차 정규화 구현

예를 들어 사원들의 정보와 그들이 담당하는 프로젝트들이 리스트로 저장되어 있는 테이블이 있다고 가정해봅시다.


CREATE TABLE Employees (
    ID INT PRIMARY KEY,
    Name VARCHAR (20),
    Projects TEXT[]
);

Projects 컬럼이 TEXT 배열로 되어있어 데이터베이스가 제 1차 정규화를 충족시키지 않습니다. 제 1차 정규화를 구현하려면 프로젝트를 각자 다른 레코드로 분리해 다음과 같이 테이블을 다시 설계해야 합니다.


CREATE TABLE Employees (
    ID INT PRIMARY KEY,
    Name VARCHAR (20)
);

CREATE TABLE Projects (
    EmployeeID INT references Employees(ID),
    ProjectName VARCHAR (20)
);

이제 각 사원은 여러 프로젝트를 가질 수 있으며, 각 프로젝트는 각 사원에게 속한 프로젝트 이름을 저장합니다. 이는 제 1차 정규화를 충족시킵니다.

PostgreSQL에서 제 2차 정규화 구현하기

제 2차 정규화란?

제 2차 정규화는 제1정규화를 만족하고, 기본키가 아닌 모든 컬럼이 기본키에 완전 함수적 종속인 관계를 말합니다. 즉, 복합키(두 개 이상의 속성으로 이루어진 키)를 포함하는 테이블에서 기본키의 일부에만 종속하는 속성이 없어야 한다는 것입니다.

PostgreSQL에서 제 2차 정규화 구현

아래는 주문과 제품에 관한 테이블의 예입니다. 여기서 모든 주문은 고객에 의해 이루어지지만, 제품 가격은 주문에 종속되지 않습니다.


CREATE TABLE Orders (
    OrderID INT PRIMARY KEY,
    CustomerID INT,
    ProductID INT,
    Quantity INT,
    ProductPrice NUMERIC
);

여기서 ProductPrice는 항상 동일한 ProductID에 연결됩니다. 그러므로 주문이 아닌 제품에 종속되어야 하며, 따라서 이 테이블을 2차 정규화해야 합니다. 이를 처리하는 한 가지 방법은 가격을 다른 테이블에 분리하는 것입니다.


CREATE TABLE Orders (
    OrderID INT PRIMARY KEY,
    CustomerID INT,
    ProductID INT references Products(ProductID),
    Quantity INT
);

CREATE TABLE Products (
    ProductID INT PRIMARY KEY,
    ProductPrice NUMERIC
);

이제 제품 가격은 제품에 직접 연결되어 있으며, 주문은 ProductID를 통해 가격을 찾을 수 있습니다.

PostgreSQL에서 제 3차 정규화 구현하기

제 3차 정규화란?

제 3차 정규화는 제 2차 정규화를 충족하고, 기본키가 아닌 모든 속성이 기본키에 이행적 함수 종속이 아닌 관계를 말합니다. 즉, 기본키가 아닌 모든 속성이 서로 독립적이어야 한다는 것입니다.

PostgreSQL에서 제 3차 정규화 구현

아래 예시는 학생들이 등록한 과목에 대한 테이블입니다. 각 과목은 특정 강의실에서 가르쳐지지만, 강의실이 학생에게 직접적으로 중요하지 않습니다.


CREATE TABLE Enrollments (
    StudentID INT PRIMARY KEY,
    CourseID INT,
    CourseName VARCHAR(50),
    Classroom VARCHAR(50)
);

여기서 강의실은 과목에 종속되어야 합니다. 위 테이블을 3차 정규화하려면 강의실을 별도의 테이블로 분리하고, 각 과목에 적절한 강의실을 할당해야 합니다.


CREATE TABLE Enrollments (
    StudentID INT PRIMARY KEY,
    CourseID INT REFERENCES Courses(CourseID)
);

CREATE TABLE Courses (
    CourseID INT PRIMARY KEY,
    CourseName VARCHAR(50),
    Classroom VARCHAR(50)
);

이제 강의실은 각 과목에 직접적으로 연결되어 있으며, 학생들은 CourseID를 통해 강의실 정보를 찾을 수 있습니다.

정규화 후 특별한 이점: PostgreSQL의 성능 향상 사례

정규화와 성능 향상

데이터베이스의 정규화는 성능 향상에 도움이 될 수 있습니다. 특히, 정보의 중복을 제거하고 데이터의 일관성을 유지하면서 쿼리 성능을 향상시킬 수 있습니다.

PostgreSQL에서의 성능 향상 사례

아래 예시는 검색 쿼리의 성능을 향상시키는 일반적인 방법을 보여줍니다. 먼저, 비정규화된 테이블에서 복잡한 JOIN 연산을 필요로 하는 쿼리를 살펴봅시다.


SELECT Orders.OrderID, Customers.CustomerName, Products.ProductName, Orders.Quantity
FROM Orders
JOIN Customers ON Orders.CustomerID = Customers.CustomerID
JOIN Products ON Orders.ProductID = Products.ProductID
WHERE Customers.CustomerName = 'John';

이 쿼리는 ‘John’이 주문한 모든 제품을 찾는데, Customers 테이블과 Products 테이블 모두에서 JOIN 연산을 수행해야 합니다.

하지만, 이를 정규화하면 각 테이블로 분리하고, 각 테이블에는 주어진 고객이나 제품에 관한 정보만을 별도로 유지하게 됩니다. 이렇게 하면 쿼리 성능이 향상되고, 데이터 일관성을 유지할 수 있습니다.


SELECT Orders.OrderID, Customers.CustomerName, Products.ProductName, Orders.Quantity
FROM Orders
JOIN Customers ON Orders.CustomerID = Customers.CustomerID
JOIN Products ON Orders.ProductID = Products.ProductID
WHERE Customers.CustomerID = (SELECT CustomerID FROM Customers WHERE CustomerName = 'John');

이 예제에서는 Customers 테이블을 별도로 조회하고, 해당 고객의 ID를 가지고 Orders와 Products 테이블에서 JOIN 연산을 수행합니다. 이를 통해 쿼리가 효율적으로 실행되고, 데이터의 일관성 또한 유지할 수 있습니다.

정규화의 한계와 비정규화에 대한 이해

정규화의 한계

정규화는 중복성을 제거하는 데 유용하지만, 이로 인해 테이블 간의 관계가 복잡해지고, 때로는 성능이 저하될 수 있습니다. 또한, 모든 데이터를 정규화하려고 하면 정보를 구조화하는 데 추가 작업이 필요하고, 응용 프로그램 코드에서 JOIN 연산을 수행해야 할 수도 있습니다.

예를 들어, 아래의 코드는 정규화된 테이블에서 ‘John’의 모든 주문을 찾는 쿼리입니다:


SELECT Orders.OrderID, Customers.CustomerName, Products.ProductName, Orders.Quantity
FROM Orders
JOIN Customers ON Orders.CustomerID = Customers.CustomerID
JOIN Products ON Orders.ProductID = Products.ProductID
WHERE Customers.CustomerName = 'John';

사용자가 ‘John’의 모든 주문을 찾을 때마다 여러 JOIN 연산을 수행해야하기 때문에, 성능이 저하될 수 있습니다.

비정규화의 이해

비정규화란 성능을 향상시키기 위해 의도적으로 일부 중복성을 허용하는 과정을 말합니다. 이는 일부 데이터베이스의 성능 문제를 해결할 수 있지만, 일관성 문제를 초래할 수도 있습니다.

예를 들어, 주문을 더 빠르게 찾기 위해 ‘Orders’ 테이블에 ‘CustomerName’ 필드를 추가하면 비정규화된 테이블이 됩니다:


CREATE TABLE Orders (
    OrderID INT PRIMARY KEY,
    ProductID INT,
    Quantity INT,
    CustomerID INT,
    CustomerName VARCHAR(50)
);

‘John’의 주문을 빠르게 찾기 위해 아래 쿼리를 통해 직접 접근할 수 있습니다:


SELECT *
FROM Orders
WHERE CustomerName = 'John';

이는 성능을 높이지만, ‘CustomerName’이 변경되면 모든 관련된 주문을 업데이트해야 하는 일관성 문제를 야기할 수 있습니다.

마무리: 데이터베이스 정규화와 PostgreSQL의 중요성 이해하기

데이터베이스 정규화의 중요성

데이터베이스 정규화는 중복성을 제거하고 데이터의 일관성을 유지하며, 업데이트 이상현상을 최소화하는 데 중요한 역할을 합니다. 하지만, 성능 저하를 초래할 수 있기 때문에 언제, 어떻게, 그리고 어디서 정규화를 사용할지 진지하게 고려해야 합니다.

PostgreSQL의 중요성

PostgreSQL은 많은 기능을 제공하는 오픈소스 SQL 데이터베이스입니다. 이를 통해 효율적인 테이블 설계와 쿼리 작성을 지원하며, 애플리케이션의 휠씬 좋은 성능을 달성할 수 있습니다.

아래 예시는 PostgreSQL의 ARRAY 타입을 사용하여 배열 데이터를 저장하는 방법을 보여줍니다:


CREATE TABLE books (
    id serial PRIMARY KEY,
    title VARCHAR(100),
    authors VARCHAR(100)[]
);
INSERT INTO books (title, authors)
VALUES ('My Book', ARRAY['John Doe', 'Jane Doe']);

이런 식으로 arrays를 사용하면, 여러 저자를 가진 책을 표현하기 위해 불필요한 복잡한 JOIN 연산이나 별도의 테이블을 사용하지 않아도 됩니다. 이런 postgresql의 고유한 기능들은 개발자와 데이터베이스 관리자가 보다 강력하고 유연한 데이터 제어를 가능하게 해줍니다.

결론

데이터베이스의 정규화는 데이터의 중복성 제거, 일관성 유지, 업데이트 과정의 효율성 확보 등에 중요한 역할을 합니다. 하지만, 과도한 정규화는 성능 저하를 가져올 수 있으므로 적절한 수준에서의 정규화가 필요합니다. 한편, PostgreSQL 같은 데이터베이스 관리 시스템을 이용하면 다양한 기능을 활용하여 데이터 관리를 더욱 효과적으로 할 수 있습니다.

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