데이터 무결성

데이터의 정확성, 일관성, 유효성, 신뢰성을 위해 무효 갱신으로부터 데이터를 보호하기 위해 무결 성 설계가 필요하다. 데이터 모델링 과정에서 정의된 일련의 규칙에 따라 데이터가 생성, 수정, 삭제 될 수 있도록 프로그램이나 데이터베이스 기능을 이용한다. 그 결과로 권한이 부여된 사용자에 의해 야기될 수 있는 의미적 에러를 방지하고, 데이터베이스 내의 데이터가 현실 세계의 올바른 데이터를 갖도록 보장하는 것이다.

데이터 무결성 종류

데이터 무결성은 실체 무결성, 영역 무결성, 참조 무결성, 사용자 정의 무결성 4가지가 있다.

[표 5-1-1] 데이터 무결성 분류

분류	설명
실체 무결성	실체는 각 인스턴스를 유일하게 식별할 수 있는 속성이나 속성 그룹을 가져야 한다.
영역 무결성	칼럼 데이터 타입, 길이, 유효 값이 일관되게 유지되어야 한다.
참조 무결성	데이터 모델에서 정의된 실체 간의 관계 조건을 유지하는 것이다.
사용자 정의 무결성	다양하게 정의될 수 있는 비즈니스 규칙이 데이터적으로 일관성을 유지하는 것이다.

데이터 무결성 강화 방법

데이터 무결성은 데이터 품질에 직접적인 영향을 준다. 프로그램이 완성되고 데이터가 축적된 후 데이터 크린징을 하거나 무결성 방법을 강구할 때는 많은 비용이 발생된다. 데이터 품질을 확보하기 위해서는 데이터베이스 구축 과정에서 적정한 무결성 방안을 확보해야 한다.

데이터베이스에서 모든 무결성 제약을 정의할 수 없으므로 복잡한 규칙에 의해 데이터 상호 간에 유지해야 할 정합성은 애플리케이션 내에서 처리를 해야 한다.

[표 5-1-2] 무결성 강화 방법

분류	설명
애플리케이션	데이터를 조작하는 프로그램 내에 데이터 생성, 수정, 삭제 시 무결성 조건을 검증하는 코드를 추가함
데이터베이스 트리거	트리거 이벤트 시 저장 SQL을 실행하여 무결성 조건을 실행함
제약 조건	데이터베이스 제약 조건 기능을 선언하여 무결성을 유지함

3가지 방법은 무결성 종류에 따라 장단점이 존재하므로 선택적으로 적용한다. 필요 이상 혹은 이 하의 부적절한 무결성 강화 방법을 적용했을 때에는 성능 측면이나 운영적인 측면에서 불필요한 노 력이 발생한다.

[표 5-1-3] 무결성 강화 방법에 따른 장단점

구분	장점	단점
애플리케이션	- 사용자 정의 같은 복잡한 무결성조건을 구현함	- 소스코드에 분산되어 관리의 어려움이 있음 - 개별적으로 시행되므로 적정성 검토에 어려움
데이터베이스 트리거	- 통합 관리가 가능함 - 복잡한 요건 구현 가능	- 운영 중 변경이 어려움 - 사용상 주의가 필요함
제약조건	- 통합 관리가 가능함 - 간단한 선언으로 구현 가능 - 변경이 용이하고 유효/무효 상태 변경이 가능함 - 원천적으로 잘못된 데이터 발생을 막을 수 있음	- 복잡한 제약 조건 구현이 불가능 - 예외적인 처리가 불가능

실체 무결성

실체 무결성은 실체에서 개체의 유일성을 보장하기 위한 무결성으로 반드시 보장되어야 하므로 프 로그램이나 트리거 등을 이용하는 것보다 데이터베이스에서 제공하는 PK(Primary key) 제약 조건 과 Unique 제약 조건 등을 이용하여 보장하는 것이 좋다.

기본키 제약

데이터베이스에서 가장 중요한 무결성 조건으로 식별자 값은 NOT NULL이고 유일(UNIQUE)해 야 한다. PK가 없는 테이블 운영은 데이터 조작 시 이상 현상이 발생하거나 조인에 의해 집계된 금액이 잘못 계산될 가능성이 높다.

UNIQUE 제약

실체 무결성은 식별자 외에 실체 내에 후보키 대상인 UNIQUE 칼럼도 대상이다. 상품 테이블에서 상품 코드가 PK이고 업무 요건에 의해서 상품 바코드도 유일한 값을 가져야 한다면 실체 무결성 을 위해 상품 바코드에 UNIQUE 제약 조건을 적용해야 한다. PK 제약 조건과 UNIQUE 제약 조 건의 차이는 상품 코드는 NULL이 존재해서는 안되고, 상품 바코드는 경우에 따라 바코드 값이 NULL이 될 수 있다.

PK 제약 조?? 적용하면 DBMS 내부적 인 적용은 다르지만 동일한 결과를 얻을 수 있다. 상용 DBMS 중 PK를 선언할 경우 해당 테이블 이 Clustered Index 테이블 구조로 만들어진다. 만약 대용량의 Heap 테이블에 PK를 생성할 경 우 데이터 저장 구조가 변경되어 많은 시간이 소요될 것이다.

PK나 UNIQUE 제약 조건을 적용하면 Unique Index가 생성된다. 이는 데이터 변경 시 제약 조 건을 만족하는지 확인하는 수단으로 인덱스가 필요하기 때문이다. 실체 무결성은 칼럼을 대상으로 제약 조건을 생성하지만 테이블 내의 모든 행에 대해 칼럼 값을 비교하여 실체 무결성을 검증한다.

식별자 설계 - 채번

정보시스템 구축 과정에서 이슈화되는 요소 중 하나가 채번 문제이다. 식별자 발생 규칙에 따라 심 각한 블로킹 현상이 발생하여 전체적인 시스템 성능 저하를 초래한다. 대량의 트랜잭션 처리를 위 해서는 식별자를 데이터베이스에서 제공하는 일련번호를 발생시키는 시퀀스(Sequence) 같은 객 체나 시리얼(Serial) 같은 데이터 타입을 이용하여 해결이 가능하다.

영역 무결성

영역 무결성은 칼럼에 적용되어 단일 로우의 칼럼 값만으로 만족 여부를 판단할 수 있다. 영역 무결성에 대한 예는 다음과 같은 것이 있다.

예1) 주문일 칼럼 값이 20050230이라면 유효한 데이터가 아니다. 2월 30일은 존재할 수 없기 때문이다.

예2) 근무상태를 1 : 정상, 2 : 휴직, 3 : 퇴직 등으로 3가지 상태를 비즈니스 규칙에 의해서 유효값으로 정의된 경우 4 : 복직 이나 NULL 상태는 존재할 수 없다.

예3) 상품 테이블에 상품명은 필수 입력 사항이면 상품명에 NULL 값은 존재할 수 없다.

프로그램 소스와 제약 조건을 상호 보완적으로 사용을 하는 것이 효과적이다. 영역 무결성은 프로그램 기능에 의해서 유효 값에 대한 검증을 선행하고 추가적으로 제약 조건을 선언하여 무결성을 강화하면 효과적이다.

데이터 타입(Data Type) & 길이(Length)

예1)에서 주문일 칼럼을 시간 타입인 DATE로 정의했다면 2월 30일이라는 데이터를 등록되지 않을 것이다. 하지만 DBMS에서 DATE TYPE은 년월일의 일자와 시분초의 시간을 포함한 값을 가진다. 이런 이유로 비교 연산을 하기 위해서는 데이터 값 변환이나 데이터 타입 변환이 필요하다. 따라서 주문일과 같이 조회 조건이나 비교 연산에 많이 사용되는 칼럼은 문자 데이터 타입으로 정의하고 프로그램에 의해서 유효일자인지를 확인하는 것이 효과적이다.

유효 값(CHECK)

예2)와 같은 경우는 칼럼 유효 값에 대한 제약 조건으로 CHECK를 이용한다. CHECK 무결성 제한은 참이 되어야 하는 조건을 명시적으로 정의한다.

NOT NULL

예3)에서 상품명이 반드시 존재하기 위해 NOT NULL 제약 조건을 사용한다. 숫자 타입의 칼럼은 계산에 이용되는 경우가 많다. 금액 계산시 NULL 값이 존재하면 연산이 불가능하여 예외 사항이 발생한다. 이를 방지하기 위해 숫자 타입의 칼럼은 NOT NULL 제약 조건을 부여하고 기본(DEFAULT) 값으로 0’을 정의한다.

참조 무결성

참조 무결성은 두 실체 사이의 관계 규칙을 정의하기 위한 제약 조건으로 데이터가 입력, 수정, 삭 제될 때 두 실체의 튜플들 사이의 정합성과 일관성을 유지하는 데 사용된다. 참조 무결성 제약 조건 은 어떤 실체의 튜플이 다른 실체에 있는 튜플을 참조하려면 참조되는 튜플이 반드시 그 실체 내에 존재하여야 한다는 것이다.

입력 참조 무결성

[표 5-1-4] 입력 참조 무결성

구분	설명
DEPENDENT	참조되는(부모) 테이블에 PK 값이 존재할 때만 입력을 허용
AUTOMATIC	참조되는(부모) 테이블에 PK 값이 없는 경우는 PK를 생성 후 입력
DEFAULT	참조되는(부모) 테이블에 PK 값이 없는 경우 지정된 기본값으로 입력
CUSTOMIZED	특정한 조건이 만족할 때만 입력을 허용
NULL	참조되는(부모) 테이블에 PK 값이 없는 경우 외부키를 NULL 값으로 처리
NO EFFECT	조건 없이 입력을 허용

입력 참조 무결성은 복잡한 처리 규칙을 위해 애플리케이션에서 구현한다. 반드시 참조 무결성을 유지해야 하는 경우에는 추가적으로 FK 제약을 사용한다. 이는 부모 없는 자식 데이터를 생성하 지 않는 확실한 방법이다.

수정 삭제 참조 무결성

[표 5-1-5] 수정/삭제 참조 무결성

구분	설명
RESTRICT	참조하는(자식) 테이블에 PK 값이 없는 경우 삭제/수정 허용
CASCADE	참조되는(부모) 테이블과 참조하는 테이블의 외부키를 연쇄적 삭제/수정
DEFAULT	참조되는(부모) 테이블의 수정을 항상 허용하고 참조하는(자식) 테이블의 외부키를 지정된 기본값으로 변경
CUSTOMIZED	특정한 조건이 만족할 때만 수정/삭제 허용
NULL	참조되는(부모) 테이블의 수정을 항상 허용하고 참조하는(자식) 테이블의 외부키를 NULL 값으로 수정
NO EFFECT	조건 없이 삭제/수정 허용

수정 참조 무결성은 부모 식별자가 변경되었을 경우이다. 식별자 값 변경이 없이 데이터가 운영되 는 것이 바람직하다. 변경이 불가피한 경우라도 삭제되고 다시 입력되는 규칙을 적용하여 애플리 케이션에서 구현한다.

삭제 참조 무결성은 제한(RESTRICT) 기능으로 DBMS가 FK 제약을 이용한다.

디폴트 규칙 정의의 필요성

참참조 무결성에서 NULL 값을 정의하는 것은 바람직하지 않다. NULL은 알 수 없는 상태이거나 아 직 정의되지 않은 상태를 의미한다. 따라서 직관적으로 예상할 수 없는 상태이다. 따라서 NULL 조건은 DEFAULT 조건으로 설계하는 것이 바람직하다.

모델상에서 슈퍼타입(SUPER-TYPE)-서브타입(SUB-TYPE) 관계

삽입 시에는 DEPENDENT, AUTOMATIC 조건을 적용하고, 삭제나 변경 시에는 CASCADE 조 건을 적용하는 것이 바람직하다.

참조 무결성은 데이터베이스에서 제공하는 FK를 정의하는 것만으로는 구현이 불가능하다. 모든 제약 옵션을 데이터베이스가 지원하지 않기 때문이다. 따라서 프로그램, 데이터베이스 트리거, FK 제약을 사용해야 한다. 추가적으로 대량의 트랜잭션이 발생하는 데이터베이스 환경에서는 FK 제약 조건 생성 범위를 조정할 필요가 있다. FK 제약은 가장 확실하고 간편한 방법이지만 성능상에 문제 를 유발할 수 있다. 반드시 적용되어야 하는 부모 자식 관계에 적용하는 것이 일반적이다.

FK 제약은 인덱스를 생성한다. 자식 테이블의 데이터 변경은 부모 테이블에 PK 제약으로 만들어 진 UNIQUE 인덱스를 이용하고, 부모 테이블의 데이터 변경은 자식 테이블의 인덱스를 이용한다. 인덱스가 없다면 테이블 FULL SCAN이 발생할 것이다.