📌 [정보처리기사] 논리 데이터베이스 설계 - 관계형 데이터베이스의 제약 조건: 키(Key)/무결성

자격증/정보처리기사 📌 [정보처리기사] 논리 데이터베이스 설계 - 관계형 데이터베이스의 제약 조건: 키(Key)/무결성

Dexter_- 2024. 2. 13. 18:03

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✨ 제약 조건이란 데이터베이스에 저장되는 데이터의 정확성을 보장하기 위하여 키(Key)를 이용하여 입력되는 데이터에 제한을 주는 것으로 개체 무결성 제약, 참조 무결성 제약 등이 해당된다.

키(Key)의 개념 및 종류

📌 키는 데이터베이스에서 조건에 만족하는 튜플을 찾거나 순서대로 정렬할 때 튜플들을 서로 구분할 수 있는 기준이 되는 애트리뷰트를 말한다.

<학생> 릴레이션

학번	주빈번호	성명
1001	010429-3******	홍길동
1002	000504-3******	강감찬
1003	011215-3******	윤봉길
1004	001225-4******	유관순

<수강> 릴레이션

학번	과목명
1001	영어
1001	전산
1002	영어
1003	수학
1004	영어
1004	전산

키의 종류에는 후보키, 기본키, 대체키, 슈퍼키, 외래키 등이 있다.

후보키(Candidate Key)

📌 후보키는 릴레이션을 구성하는 속성들 중에서 튜플을 유일하게 식별하기 위해 사용하는 속성들의 부분집합, 즉 기본키로 사용할 수 있는 속성들을 말한다.

하나의 릴레이션 내에서는 중복된 튜플들이 있을 수 없으므로 모든 릴레이션에는 반드시 하나 이상의 후보키가 존재한다.
후보키는 릴레이션에 있는 모든 튜플에 대해서 유일성과 최소성을 만족시켜야 한다.
- 유일성(Unique) : 하나의 키 값으로 하나의 튜플만을 유일하게 식별할 수 있어야 한다.
- 최소성(Minimality) : 모든 레코드들을 유일하게 식별하는 데 꼭 필요한 속성만으로만 구성되어야 한다.

💡 <학생> 릴레이션에서 '학번'이나 '주민번호'는 다른 레코드를 유일하게 구별할 수 있는 기본키로 사용할 수 있으므로 후보키이다.

기본키(Primary Key)

📌 기본키는 후보키 중에서 특별히 선정된 주기(Main Key)로 중복된 값을 가질 수 없다.

한 릴레이션에서 특정 튜플을 유일하게 구별할 수 있는 속성이다.
기본키는 후보키의 성질을 갖는다. 즉, 유일성과 최소성을 가지며 튜플을 식별하기 위해 반드시 필요한 키이다.
기본키는 NULL 값을 가질 수 없다. 즉 튜플에서 기본키로 설정된 속성에는 NULL 값이 있어서는 안된다.

🔔 예) <학생> 릴레이션에서는 '학번'이나 '주민번호'가 기본키가 될 수 있고, <수강> 릴레이션에서는 '학번'+'과목'으로 조합해야 기본키가 만들어진다.

🔔 예) '학번'이 <학생> 릴레이션의 기본키로 정의되면 이미 입력된 '1001'은 다른 튜플의 '학번'속성의 값으로 입력할 수 없다.

💡 널 값(NULL Value) : 데이터베이스에서 아직 알려지지 않거나 모르는 값으로서 '해당 없음' 등의 이유로 정보 부재를 나타내기 위해 사용하는 이론적으로 아무것도 없는 특수한 데이터를 말한다.

대체키(Alternate Key)

📌 대체키는 후보키가 둘 이상일 때 기본키를 제외한 나머지 후보키를 의미한다.

보조키 라고도 한다.

🔔 예) <학생> 릴레이션에서 '학번'을 기본키로 정의하면 '주민번호'는 대체키가 된다.

슈퍼키(Super Key)

📌 슈퍼키는 한 릴레이션 내에 있는 속성들의 집합으로 구성된 키로서 릴레이션을 구성하는 모든 튜플들 중 슈퍼키로 구성된 속성의 집합과 동일한 값은 나타나지 않는다.

슈퍼키는 릴레이션을 구성하는 모든 튜플에 대해 유일성은 만족시키지만, 최소성은 만족시키지 못한다.

🔔 예) <학생> 릴레이션에서는 '학번', '주민번호', '학번' + '주민번호', '주민번호' + '성명', '학번' + '주민번호' + '성명' 등으로 슈퍼키를 구성할 수 있다.

💡 최소성 : '학번' + '주민번호'를 사용하여 슈퍼키를 만들면 다른 튜플들과 구분할 수 있는 유일성은 만족하지만, '학번'이나 '주민번호' 하나만 가지고도 다른 튜플들을 구분할 수 있으므로 최소성은 만족시키지 못한다.

외래키(Foreign Key)

📌 외래키는 다른 릴레이션의 기본키를 참조하는 속성 또는 속성들의 집합을 의미한다.

외래키는 참조되는 릴레이션의 기본키와 대응되어 릴레이션 간에 참조 관계를 표현하는데 중요한 도구이다.
한 릴레이션에 속한 속성 A와 참조 릴레이션의 기본키인 B가 동일한 도메인 상에서 정의되었을 때의 속성 A를 외래키라고 한다.
외래키로 지정되면 참조 릴레이션의 기본키에 없는 값은 입력할 수 없다.

🔔 예) <수강> 릴레이션이 <학생> 릴레이션을 참조하고 있으므로 <학생> 릴레이션의 '학번'은 기본키 이고, <수강> 릴레이션의 '학번'은 외래키이다.

🔔 예) <수강> 릴레이션의 '학번'에는 <학생> 릴레이션의 '학번'에 없는 값은 입력할 수 없다.

💡 참조 릴레이션 : 외래키를 포함하는 릴레이션이 참조하는 릴레이션이고 대응되는 기본키를 포함하는 릴레이션이 참조 릴레이션이다. 여기서는 <수강> 릴레이션이 참조하는 릴레이션이고, <학생> 릴레이션이 참조 릴레이션이다.

무결성(integrity)의 개념 및 종류

📌 무결성이란 데이터베이스에 저장된 데이터 값과 그것이 표현하는 현실 세계의 실제 값이 일치하는 정확성을 의미한다.

무결성 제약 조건은 데이터베이스에 들어 있는 데이터의 정확성을 보장하기 위해 부정확한 자료가 데이터베이스 내에 저장되는 것을 방지하기 위한 제약 조건을 말한다.
무결성의 종류에는 개체 무결성, 도메인 무결성, 참조 무결성, 사용자 정의 무결성 등이 있다.

학번	주빈번호	성명
1001	010429-3******	홍길동
1002	000504-3******	강감찬
1003	011215-3******	윤봉길
1004	001225-4******	유관순

<수강> 릴레이션

학번	과목명
1001	영어
1001	전산
1002	영어
1003	수학
1004	영어
1004	전산

💡 무결성이란 ? 쉽게 말해 저장된 데이터베이스에 잘못된 데이터가 없다는 것을 의미한다. 위 릴레이션 테이블에서 주어진 <학생> 릴레이션과 <수강> 릴레이션은 '학번'을 기준으로 일대다(1:N)의 관계를 맺고 있다.
<학생> 릴레이션과 <수강> 릴레이션을 통해 무결성 종류를 확실하게 이해하자.

개체 무결성(Entity Integrity, 실체 무결성)

📌 개체 무결성은 기본 테이블의 기본키를 구성하는 어떤 속성도 Null 값이나 중복 값을 가질 수 없다는 규정이다.

🔔 예) <학생> 릴레이션에서 '학번'이 기본키로 정의되면 튜플을 추가할 때 '주민번호'나 '성명' 필드 에는 값을 입력하지 않아도 되지만 '학번' 속성에는 반드시 값을 입력해야 한다. 또한 '학번' 속성에는 이미 한 번 입력한 속성 값을 중복하여 입력할 수 없다.

도메인 무결성(Domain Integrity, 영역 무결성)

📌 도메인 무결성은 주어진 속성 값이 정의된 도메인에 속한 값이어야 한다는 규정이다.

🔔 예) <수강> 릴레이션의 '과목명' 속성에는 영어, 수학, 전산 세 가지만 입력되도록 유효값이 지정된 경우 반드시 해당 값만 입력해야 한다.

💡 기본키(Primary Key) : 기본키는 한 릴레이션에서 특정 튜플을 유일하게 구별할 수 있는 속성이다.
💡 도메인 : 하나의 애트리뷰트가 취할 수 있는 같은 타입의 원자 Atomic 값들의 집합이다.

참조 무결성(Referential Integrity)

📌 참조 무결성은 외래키 값은 Null 이거나 참조 릴레이션의 기본키 값과 동일해야 한다. 즉 릴레이션은 참조할 수 없는 외래키 값을 가질 수 없다는 규정이다.

외래키와 참조하려는 테이블의 기본키는 도메인과 속성 개수가 같아야 한다.

🔔 예) <수강> 릴레이션의 '학번' 속성에는 <학생> 릴레이션의 '학번' 속성에 없는 값은 입력할 수 없다.

🔔 예) <수강> 릴레이션의 '학번'과 <학생> 릴레이션의 '학번' 속성에는 같은 종류의 데이터가 입력되어 있어야 하며, <학생> 릴레이션의 기본키가 '학번' + '이름' 이었다면 <수강> 릴레이션의 외래키도 '학번' + '이름'으로 구성되어져야 한다.

사용자 정의 무결성

📌 사용자 정의 무결성(User-Defined Integrity)은 속성 값들이 사용자가 정의한 제약 조건에 만족해야 한다는 규정이다.

💡 외래키 : 다른 릴레이션의 기본키를 참조하는 속성 또는 속성들의 집합을 의미한다.

데이터 무결성 강화

📌 데이터 무결성은 데이터 품질에 직접적인 영향을 미치므로 데이터 특성에 맞는 적절한 무결성을 정의 하고 강화해야 한다.

프로그램이 완성되고 데이터가 저장된 상태에서 무결성을 정의할 경우 많은 비용이 발생하므로 데이터베이스 구축 과정에서 정의한다.
데이터 무결성은 애플리케이션, 데이터베이스 트리거, 제약 조건을 이용하여 강화할 수 있다.
1. 애플리케이션
  - 데이터 생성, 수정, 삭제 시 무결성 조건을 검증하는 코드를 데이터를 조작하는 프로그램 내에 추가한다.
  - 코드를 이용한 복잡한 규칙 등을 검토하는 무결성 검사는 데이터베이스에서 수행하기 어려우므로 애플리케이션 내에서 처리한다.
  - 장점 : 사용자 정의 같은 복잡한 무결성 조건의 구현이 가능하다.
  - 단점 : 소스 코드에 분산되어 있어 관리가 힘들고, 개별적인 시행으로 인해 적정성 검토가 어렵다.
2. 데이터 베이스 트리거
  - 트리거 이벤트에 무결성 조건을 실행하는 절차형 SQL을 추가한다.
  - 장점 : 통합 관리가 가능하고, 복잡한 요구 조건의 구현이 가능하다.
  - 단점 : 운영 중 변경이 어렵고, 사용상 주의가 필요하다.
3. 제약 조건
  - 데이터베이스에 제약 조건을 설정하여 무결성을 유지한다.
  - 장점 : 통합 관리 가능, 간단한 선언으로 구현 가능, 변경 용이, 오류 데이터 발생 방지 등이 있다.
  - 단점 : 복잡한 제약 조건의 구현과 예외적은 처리가 불가능하다.

💡 트리거(Trigger) : 데이터베이스 시스템에서 데이터의 입력, 갱신, 삭제 등의 이벤트(Event)가 발생할 때마다 자동적으로 수행되는 절차형 SQL이다.
💡 이벤트(Event) : 이벤트는 시스템에 어떤 일이 발생한 것을 말하며, 트리거에서 이벤트는 데이터의 입력, 갱신, 삭제와 같이 데이터를 조작하는 작업이 발생했음을 의미한다.