19. 외래키 이해하기
데이터베이스에서 외래키 (Foreign Key)는 왜 필요할까?
배경
지난 기본키 이해하기 글에서는 하나의 테이블에 중복된 데이터가 삽입되는 것을 방지하기 위한 기본키 제한조건에 대해서 배웠습니다. 기본키를 활용하면 하나의 테이블내에서 고유한 행을 선택할 수 있다는 것을 기억하실 겁니다. 예를 들어, '주민등록번호'는 사용자 한명에 하나의 고유한 값만 존재하기 때문에, 사용자 정보가 담겨있는 사용자 테이블의 기본키가 될 수 있습니다.
SQL 기반으로 데이터분석을 진행하는데 있어서 반드시 이해해야하는 2가지 '키 (Key)'가 존재합니다. 하나가 방금 전에 언급한 기본키 (Primary Key)이며, 또 다른 하나가 바로 오늘 글에서 배울 외래키 (Foriegn Key) 입니다. 외래키는 하나의 테이블을 이용해서 데이터를 분석하는 과정에서는 큰 의미가 없습니다. 하지만, 여러개의 테이블을 조합해서 데이터분석을 진행한다면 반드시 이해해야하는 개념입니다.
효율적인 테이블 구조
외래키를 활용하는 방법에 대해서 알아보기 전에, 왜 외래키가 필요한지에 대해서 알아보도록 합시다. 우리가 온라인 식료품 마트를 운영하고 있다고 가정해봅시다. 온라인 식료품 마트는 사용자로부터 주문을 받아서 배송해주는 시스템을 운영하고 있습니다. 우리는 데이터베이스를 다룰 줄 알기 때문에, 사용자의 주문 내역을 스프레드시트가 아닌 데이터베이스에 테이블을 만들어서 저장, 관리, 분석할 것 입니다.
먼저, 사용자에 대한 정보를 저장하기 위해 테이블에 기본적으로 아래와 같은 열이 필요할 것입니다.
아이디 (user_id), 비밀번호 (user_pwd), 이름 (name), 성별 (gender), 배송 주소 (address)
온라인 마켓이다보니 위의 정보만으로는 주문 정보를 저장할 수 없으므로, 아래와 같은 주문과 관련된 정보들이 추가로 필요합니다.
주문 일자 (order_date), 제품 ID (product_id), 제품명 (product_title), 수량 (qty)
위의 모든 열을 합쳐서 테이블을 만든다면 아래와 같은 테이블이 만들어 집니다. 2개의 예시 데이터를 넣어두었습니다. 예를 들어, marco117 아이디를 사용하는 사용자는 10월 1일 coke를 5개 주문했고, blondy121 아이디를 사용하는 사용자는 같은 날인 10월 1일에 sprite를 10개 주문했습니다.
위의 테이블 구조는 당장에는 큰 문제가 없어보입니다. 하지만, 사실 아주 큰 비효율을 발생시키는 테이블 구조입니다. 왜냐하면, 주문을 추가할때마다 데이터가 계속 중복해서 쌓이기 때문입니다. 예를 들어, Marco가 몇일 동안 여러개의 제품을 주문했다고 가정합시다. 주문 테이블은 아래와 같이 계속해서 빨간색으로 표시한 중복 데이터가 발생할 것입니다.
Marco는 이틀에 걸쳐 네번의 주문을 넣었습니다. 이 네번의 주문은 주문입장에서는 모두 달라져서 우측에 파란색으로 표시된 데이터는 새롭게 추가되는 것이 당연합니다. 하지만, 사용자 Marco 와 관련된 정보들 즉, 아이디, 비밀번호, 이름, 성별, 주소는 주문시 변경되는 데이터가 아닙니다. 이렇게 주문에 따라 매번 새롭게 발생하는 주문 정보와 주문을 해도 변경되지 않는 사용자 정보가 하나의 테이블에 들어있으면, 엄청난 양의 데이터 중복이 발생하는 문제가 생깁니다.
중복 데이터가 많다는 것은 하나의 데이터를 찾는데 더 많은 시간이 들며 데이터를 저장하기 위한 공간도 훨씬 많이 필요하다는 의미입니다. 어떻게 이 문제를 해결할 수 있을까요? 바로 아래와 같이 주문과 사용자 정보를 나누어서 다른 테이블로 관리하면 됩니다.
사용자 테이블
사용자 테이블은 사용자에 해당하는 정보만 가지고 있으면 됩니다. 위에서 4개의 행으로 존재했던 데이터들은 모두 중복되기 때문에 아래와 같이 하나의 행으로 데이터를 저장하면 됩니다.
주문 테이블
주문 테이블은 주문을 관리하는 테이블로 주문과 관련된 정보만 가지고 있으면 됩니다. 위에서 파란색에 해당하는 정보들만 가지고 있으면 됩니다. 하지만, 이렇게만 테이블을 만들면 큰 문제가 발생합니다. 주문 정보는 추가되는데, 누가 주문을 했는지 알 수 있는 방법이 없다는 것입니다.
이 문제를 해결하기 위해서 orders 테이블에 주문한 사용자를 사용자 테이블에서 찾을 수 있는 정보를 추가하면 됩니다. 이때 사용하는 정보가 바로 사용자 테이블의 기본 키 (Primary Key) 입니다. 기본키는 해당 테이블에서 고유한 값을 가지는 열의 조합입니다. 다시 말해, 사용자 테이블의 기본키 정보만 주문 테이블이 가지고 있으면 사용자 테이블에서 한명의 사용자를 찾을 수 있다는 것 입니다. 위의 사용자 테이블은 사용자 아이디가 기본키 입니다. 그러므로, 아래와 같이 주문 테이블 마지막에 사용자 테이블의 기본키를 추가하면, 중복된 데이터가 없으면서도 문제 없이 데이터를 저장, 관리할 수 있게 됩니다.
주문 테이블에서 사용자 아이디 정보를 활용해 사용자 테이블의 정보를 찾을 수 있게 되었습니다. 바로, 주문 테이블에 존재하는 사용자 아이디 정보 (기본키) 를 우리는 외래키 (Foriegn Key)라고 부릅니다.
외래키 역할
앞서 살펴본바와 같이, 외래키는 두개의 테이블을 연결해주는 연결 다리 역할을 합니다. 기본키가 중복된 데이터가 하나의 테이블에 삽입되는 것을 방지하는 역할을 했던 것을 기억하실 것 입니다. 외래키 역시 비슷하게 문제를 방지하는 역할을 수행합니다. 외래키는 새롭게 추가되는 행에서 외래키에 해당하는 값이 외래키가 참조하는 테이블에 존재하는지를 체크합니다.
예를 들어, 위의 주문 테이블에 새로운 데이터를 넣고자 할때 외래키에 해당하는 사용자 아이디가 아직 가입하지 않은 사용자 아이디 정보면 DBMS 는 에러를 발생시켜서 해당 데이터 삽입을 막습니다. 이 기능은 테이블 내에 저장되어있는 데이터가 항상 참조하는 값이 있다는 것을 보장해주는 역할을 합니다.
마치며
오늘 글에서는 외래키의 개념에 대해서 이해하는 시간을 가졌습니다. 본문에서 설명했던 것처럼, 외래키는 두개의 테이블을 연결하는 연결다리 역할을 하며, 참조하는 테이블에 무결성을 높여주는 역할을 한다는 것을 기억하시기 바랍니다.
SQL은 테이블로 시작해서 테이블로 끝난다고 말씀드렸었습니다. 데이터 분석을 해나가는 과정에서 중간 중간 쿼리의 결과를 테이블 형태로 시각화해서 생각하는 것이 효율적이고 안정적인 SQL을 작성하는데 도움이 됩니다. 외래키의 경우 아래와 같이, 외래키가 다른 테이블의 기본키를 화살표로 가리키는 형태로 머릿속에 시각화해서 기억하시면 좋을 것 같습니다.
다음 글에서는 2개로 나누어진 테이블을 하나로 합치는 작업인 조인 (JOIN)에 대해서 배워보도록 하겠습니다.
