[DB] 키의 개념과 종류

데이터베이스 키의 개념과 종류

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데이터베이스에서 키 (Key) 는 조건에 만족하는 튜플을 찾거나, 순서대로 정렬할 때 다른 튜플들과 구별할 수 있는 기준이 되는 속성이다.

※ 튜플 (Tuple) : 릴레이션 (테이블) 을 구성하는 각각의 행, 속성의 모임으로 구성된다. 파일 구조에서는 레코드와 같은 개념.

튜플의 수 = 카디널리티 = 기수 = 대응수

 

하나의 릴레이션에는 수많은 튜플들이 존재한다. 고객 정보를 저장한 릴레이션에는 많은 고객들에 대한 튜플들이 존재하며, 각 튜플들 간에는 중복되는 속성값이 발생할 수 있다. 

예를 들어 이름, 나이, 사는 곳 등의 정보가 중복될 수 있는데, 이 때 각각의 고객(튜플)을 구분하기 위한 기준이 되는 속성이 필요하다. 이것을 우리는 "키" 라고 부르며, 하나의 속성 또는 여러 속성들의 집합으로 표현할 수 있다.

키의 종류로는 슈퍼키, 후보키, 기본키, 대체키, 외래키 가 있다.

 

최소성, 유일성

각각의 키에 대해 공부하기 전에, 최소성과 유일성이라는 개념에 대해 정리하고 넘어가려 한다.

 

유일성

유일성이란, 하나의 키값으로 튜플을 유일하게 식별할 수 있는 성질을 말한다. 위에서 언급했듯 여러 개의 튜플이 존재할 때 각각의 튜플을 서로 구분할 수 있는 속성이 존재해야 한다. 한 마디로 말하자면, 각각의 튜플은 유일해야 한다는 뜻이다. 예를 들어 어떤 릴레이션에 (주민번호, 나이, 사는 곳, 혈액형) 이라는 속성이 존재한다고 하자. 이 때 나이, 사는 곳, 혈액형 은 모두 충분히 중복될 수 있는 속성들이다. 하지만 주민번호는 모두 다르기 때문에 주민번호 속성에서 중복은 절대 발생할 수 없다. 이 릴레이션에서 키는 주민번호로 지정될 것이며, 이렇게 각각의 튜플을 구분할 수 있는 성질을 유일성이라고 표현한다.

 

최소성

최소성이란, 키를 구성하는 속성들 중 가장 최소로 필요한 속성들로만 키를 구성하는 성질을 말한다. 쉽게 말해, 키를 구성하고 있는 속성들이 진짜 각 튜플을 구분하는 데 꼭 필요한 속성들로만 구성되어 있는지를 의미한다. 예를 들어 위와 같이 (주민번호, 나이, 사는 곳, 혈액형) 릴레이션에서 (주민번호, 나이) 가 키로 지정이 되어 있다면, 당연히 이 키는 각 튜플을 구분할 수 있다. 주민번호와 나이가 모두 같은 사람은 세상에 존재하지 않기 때문에 그렇게 말할 수 있지만, 더 간단하게 주민번호가 중복되는 사람은 세상에 존재하지 않는다. 그렇기 때문에 (주민번호, 나이) 로 지정된 키는 최소성을 만족하지 않고 키에서 나이를 뺀 주민번호 만 키로 지정이 될 경우, 이 키는 최소성을 만족한다고 할 수 있다.

 

1. 슈퍼키 (Super Key) ; 유일성 O, 최소성 X

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슈퍼키는 유일성의 특성을 만족하는 속성 또는 속성들의 집합을 의미한다.

키 값이 같은 튜플은 존재할 수 없다. 예를 들어 (고객 아이디) 의 경우 아이디가 같은 고객은 없기 때문에 슈퍼키가 될 수 있다. 하지만 (직업, 나이, 등급) 의 경우 나이, 직업, 등급이 같은 고객은 충분히 있을 수 있기 때문에 슈퍼키로 사용할 수 없다. 하지만 (고객 아이디, 직업, 나이, 등급) 의 경우는 고객 아이디가 각 튜플을 구분할 수 있는 속성이기 때문에 슈퍼키가 될 수 있다. 이처럼 슈퍼키는 유일성은 만족하지만 최소성은 만족하지 않는 키를 의미한다.

 

2. 후보키 (Candidate Key) ; 유일성 O, 최소성 O

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후보키는 슈퍼키 중 최소성을 만족하는, 즉 유일성과 최소성을 모두 만족하는 속성 또는 속성들의 집합이다. 위의 슈퍼키에서 들었던 예시에서 (고객 아이디, 직업, 나이, 등급) 은 각 튜플을 유일하게 식별할 수 있으므로 유일성은 만족한다. 하지만 여기서 직업, 나이, 등급 정보가 굳이 필요할까? 이 속성들은 튜플 간에 중복되는 속성값을 가지고 있고, 이 속성들이 포함되어 있지 않은 (고객 아이디) 만으로도 튜플의 식별에는 전혀 문제가 되지 않는다. 그러므로 위의 키에서 직업, 나이, 등급을 제외한 (고객 아이디) 는 최소성을 만족하며 후보키가 될 수 있다.

 

3. 기본키 (Primary Key) ; 후보키 중 선택받은 키

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이렇게 각 튜플을 구별할 수 있으며 유일성과 최소성을 모두 만족하는 후보키가 구해졌다. 후보키는 한 테이블 내에서 여러 개 존재할 수 있는데, 여기서 우리는 여러 후보키 중 하나를 택해 사용해야 하며 여기서 선택된 키가 기본키가 된다. 하지만 모든 후보키가 기본키가 되는 것은 아니고 기본키를 선택함에 있어서 다음의 기준을 통과해야 한다.

1. NULL 값을 가질 수 있는 속성이 포함된 후보키는 기본키로 부적절하다.
2. 값이 자주 변경될 수 있는 속성이 포함된 후보키는 기본키로 부적절하다.
3. 단순한 후보키를 기본키로 선택한다.

속성

• NULL 값을 가질 수 없다. (개체 무결성의 첫번째 조건)
• 기본키로 정의된 속성에는 동일한 값이 중복되어 저장될 수 없다. (개체 무결성의 두번째 조건)

 

4. 대체키 (Alternate Key) ; 후보키 중 선택받지 못한 키

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대체키는 기본키로 선택받지 못한 후보키들이다. 이름에서 알 수 있듯 대체키는 기본키를 대신할 수 있는 자격은 있지만, 3-1 ~ 3-3 의 조건에 부합하지 않아 기본키로 선택받지 못한 키들을 의미한다. 대체키는 '보조키' 라는 이름으로도 불린다.

 

5. 외래키 (Foreign Key) ; 다른 릴레이션의 기본키를 참조

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외래키는 관계를 맺고 있는 릴레이션 R1, R2 에서 릴레이션 R1 이 참조하고 있는 릴레이션 R2 의 기본키와 같은 R1 릴레이션의 속성이다. 다시 말해 다른 릴레이션의 기본키를 그대로 참조하는 속성 또는 속성들의 집합이 외래키이다. 외래키는 릴레이션 간의 관계를 올바르게 표현하기 위해 필요하다.

 

속성

• 외래키로 지정되면 참조 테이블의 기본키에 없는 값은 입력이 불가하다. (참조 무결성 조건)

 

예를 들어, 다음과 같은 고객, 주문 릴레이션이 각각 있다고 하자.

※ 기본키는 Bold 로, 외래키는 Underlined 로 표시했다.

• 고객 (고객 아이디, 고객 이름, 나이, 등급, 직업, 적립금)
• 주문 (주문번호, 주문 고객, 제품, 수량, 단가, 주문 일자)

위의 릴레이션에서 고객 릴레이션은 사이트에 가입한 고객에 대한 데이터를 가지고, 주문 릴레이션은 어떤 제품을 어떤 고객이 주문했는지에 대한 데이터를 다룬다. 주문 릴레이션에는 어떤 고객이 어떤 제품을 '언제, 얼마나, 얼마에' 에 대한 정보가 있을 것이다. 그리고 각 튜플을 구분할 수 있는 기본키(주문번호)가 있을 것이다.

 

여기서 주문 릴레이션은 고객의 정보를 모두 저장할 필요가 없다. 단지 고객 릴레이션에서 튜플을 구분할 수 있는 기본키가 되는 속성만을 가지고 있으면 된다. 이렇게 고객 릴레이션의 기본키(고객 아이디)를 참조하는 주문 릴레이션의 속성을 외래키(주문 고객)라 한다. 외래키는 관계를 맺은 릴레이션의 기본키를 참조하고 있으며, 이 때 중요한 점은 기본키와 기본키를 참조하는 외래키의 도메인 또한 반드시 같아야 한다는 것이다.

※ 도메인 (Domain) ; 데이터베이스에서 도메인이란, 릴레이션에 포함된 각 속성들이 가질 수 있는 값의 집합이라 할 수 있다. 도메인이라는 개념이 필요한 이유는 릴레이션에서 본래 의도했던 속성값들만 데이터로 저장되고 관리하기 위해서이다. 예를 들어 '성별' 이라는 속성이 있을 때 이 속성이 가질 수 있는 값은 '남' 또는 '여' 일 것이다. 데이터베이스 설계자가 성별의 도메인으로 'SEX' 를 정의하고 그 값을 '남', '여' 로 지정하면 '성별' 이라는 속성은 'SEX' 도메인에 존재하는 값만을 가질 수 있다. 이렇게 도메인을 정의하면 사용자들이 실수로 도메인 외의 값을 입력하는 것을 방지할 수 있다.

도메인의 이름은 속성의 이름과 같을 수도, 다를 수도 있고 하나의 도메인을 여러 속성에서 공유하는 것 또한 가능하다.

 

 

#Reference.

[데이터베이스] 키의 개념과 종류

[DataBase] 키(Key)의 개념 및 종류