기술 면접 준비하기 - 데이터베이스

데이터베이스란?

데이터베이스는 구조화된 정보 또는 데이터의 조직화된 모음으로서 일반적으로 컴퓨터 시스템에 전자적으로 저장된다. 

데이터베이스는 일반적으로 DBMS에 의해 제어된다. 

연결된 애플리케이션과 함께 데이터와 DBMS를 묶어 데이터베이스 시스템(줄여서 데이터베이스)라고 한다. 

 

SQL과 NoSQL 데이터베이스의 차이점은?

• SQL
  • 관계형 데이터베이스로 SQL을 사용하여 데이터에 접근하고 조작한다. 
  • 스키마가 고정되어 있으며 ACID 트랜잭션을 지원한다. 
  • 스키마에 맞춰 데이터를 관리하기 때문에 명확한 데이터 구조를 보장한다. 
  • 시스템이 커지면 쿼리가 복잡해지고 성능이 저하됨. 
• NoSQL
  • 비관계형 데이터베이스이다. 
  • 스키마가 유연하고 비정형 데이터를 처리하는데 적합하다
  • 높은 확장성과 성능을 제공한다. 
  • 데이터 분산이 용이하고 Scale-out이 가능하다. 
  • 데이터 중복이 발생할 수 있으며, 데이터 변경시 연산이 오래 걸림
  • 데이터 구조 결정이 어렵다. 

트랜잭션이란?

• 트랜잭션은 데이터베이스에서 수행되는 일련의 작업을 하나의 단위로 묶은 것을 의미한다. 
• 트랜잭션의 주요 속성(ACID)
  • 원자성 (Atomic) 
    • 트랜잭션이 완전히 실행되거나 전혀 실행되지 않아야 함을 보장. 
    • 트랜잭션의 모든 작업이 성공적으로 완료되거나, 오류가 발생하면 모든 작업이 롤백되어 데이터베이스가 원래 상태로 돌아간다. 
    • 트랜잭션 내의 모든 연산이 하나의 단위로 처리됨을 의미
  • 일관성 (Consistency)
    • 트랜잭션이 완료된 후 데이터베이스가 일관된 상태를 유지해야 함. 
    • 데이터베이스는 트랜잭션 실행 전후에 모든 제약 조건과 규칙을 만족해야함. 
  • 격리성 (Isolation)
    • 동시에 실행되는 트랜잭션이 서로 독립적으로 실행되어야 함. 
    • 실행되는 트랜잭션들이 서로의 작업에 영향을 주지 않도록 보장해야한다.
  • 지속성 (Durability)
    • 트랜잭션이 성공적으로 완료되면 그 상태가 영구적으로 데이터베이스에 저장되어야 함.
    • 시스템 장애 발생시에도 트랜잭션의 결과는 손실되지 않고 지속적으로 유지되어야 한다. 

데이터베이스의 정규화란?

데이터베이스 정규화란 데이터베이스 설계에서 데이터 중복을 줄이고 무결성을 유지하기 위해 테이블 구조를 최적화하는 과정이다. 

데이터의 중복을 최소화 하고, 데이터의 무결성을 유지하며, 데이터 베이스의 성능 향상을 목적으로 사용된다. 

• 제 1 정규형
  • 테이블의 모든 열이 원자 값을 가져야하며, 반복 그룹이 없어야 함. 
• 제 2 정규형
  • 제 1 정규형을 만족하고, 모든 비 주요 속성이 기본 키의 전체에 대해 완전 함수 종속을 가져야함(부분 종속 x)
  • 기본키가 복합 키일 때, 기본키의 일부가 결정하는 속성이 없어야 한다. 
• 제 3 정규형
  • 제 2 정규형을 만족하고, 모든 비 주요 속성이 기본 키에 대해 이행적 종속이 없어야 한다. 
  • 비 주요 속성이 기본키가 아닌 다른 비주요 속성에 의존해서는 안됨
• 보이스-코드 정규형(BCNF)
  • 제 3 정규형을 만족하면서, 모든 결정자가 후보키여야 함. 

비 정규화란?

비 정규화는 데이터베이스 설계에서 성능 향상을 위해서 의도적으로 정규화된 데이터베이스 구조에 중복을 추가하는 과정을 의미한다. 

 

데이터베이스의 VIEW 와 TABLE의 차이점

• TABLE
  • 실제 데이터를 저장하는 데이터베이스의 기본 구조.
  • 데이터가 물리적으로 저장되어 있으며 데이터를 삽입, 수정, 삭제할 수 있다. 
• VIEW
  • 테이블의 가상 테이블. 실제 데이터를 저장하지 않고 커리의 결과를 기반으로 함.
  • 데이터 조회의 편의를 제공하며, 복잡한 쿼리를 단순화하는데 사용됨. 

 

트랜잭션의 격리 수준?

동시에 실행되는 트랜잭션들이 서로 어떻게 상호작용할지 정의하는 속성.

트랜잭션 격리 수준은 트랜잭션이 충돌 없이 일관성 있는 상태로 유지되도록 보장한다. 

격리 수준이 높을 수록 데이터의 무결성이 보장되지만, 성능이 저하될 수 있다. 

1. Read Uncommitted (Lv. 0)
   • 트랜잭션이 아직 커밋되지 않은 다른 트랜잭션의 변경사항을 읽을 수 있음
   • 더티 읽기(Dirty Read)가 발생하여 커밋되지 않은 트랜잭션의 변경사항을 읽었을 때, 그 트랜잭션이 롤백되면 읽은 데이터가 무효과 된다. 
   • 낮은 격리 수준으로 성능이 높지만, 데이터 무결성 문제를 초래할 수 있다. 
   • 성능이 중요한 비즈니스 요구사항이 있을 때 유용하지만 데이터 무결성 문제가 있다. 
2. Read Committed (Lv. 1)
   • 트랜잭션은 커밋된 다른 트랜잭션의 데이터만 읽을 수 있다. 
   • 비 반복 읽기(Non-Repeatable Read) 문제가 발생하여 트랜잭션 내에서 동일한 쿼리를 여러번 실행할 때 다른 결과를 얻을 수 있다. 
   • 일반적인 경우에 적합함. 
3. Repeatable Read (Lv. 2)
   • 트랜잭션이 시작된 이후 읽은 데이터는 트랜잭션이 완료될 때까지 변경되지 않는다. 
   • 팬텀 읽기(Phantom Read)가 발생하여 같은 쿼리가 트랜잭션 내에서 여러번 실행 될 때, 쿼리 결과에 새로운 행이 포함될 수 있다. 
   • 데이터 읽기가 반복되는 경우에 유용.
4. Serializable(Lv. 3)
   • 트랜잭션이 순차적으로 실행되는 것처럼 동작한다. 모든 트랜잭션이 완전히 독립적이며 서로 간섭하지 않는다. 
   • 성능이 낮아질 수 있고, 많은 잠금과 조정이 필요하다. 
   • 성능이 저하될 수 있지만, 데이터 무결성이 가장 잘 보장된다. 
   • 데이터 무결성을 최우선으로 고려할 때 사용

SQL의 JOIN들의 차이점

• INNER JOIN
  • 두 테이블 간의 공통된 열의 값이 일치하는 행만 반환한다. 양쪽 테이블에 모두 존재하는 데이터만 포함.
  • 특징
    • 일치하는 행만 반환한다.
    • 공통된 열 값이 없는 행은 제외
• LEFT [OUTER] JOIN
  
  • 왼쪽 테이블의 모든 행과 오른쪽 테이블의 일치하는 행을 반환한다. 일치하지 않는 경우 오른쪽 테이블의 값은 NULL로 표시한다. 
  • 특징
    • 왼쪽 테이블의 모든 행 반환
    • 오른쪽 테이블과 일치하지 않는 경우는 NULL
• FULL [OUTER] JOIN
  • FULL JOIN은 양쪽 테이블의 모든 행을 반환하며, 일치하지 않는 경우 상태 테이블 값은 NULL로 표시한다. 
  • 특징
    • 양쪽 테이블의 모든 행 반환
    • 일치하지 않는 경우 NULL
• CROSS JOIN
  • 두 테이블 간의 모든 조합을 반환. 테이블의 행 수를 곱한 만큼의 결과를 반환
  • 특징
    • 두 테이블의 카티시안 곱
    • 모든 조합을 생성

예시

TableA

id	name	dept_id	location_id
1	Alice	10	100
2	Bob	20	200
3	Charlie	10	100
4	David	30	300

TableB

id	name	city
1	Alice	Seoul
2	Bob	Busan
5	Eve	Daejeon
4	David	Ulsan

1. INNER JOIN : 두 테이블 간에 일치되는 행만 반환

SELECT A.*, B.city
FROM TableA A
INNER JOIN TableB B ON A.id = B.id AND A.name = B.name;

 

id	name	dept_id	location_id	city
1	Alice	10	100	Seoul
2	Bob	20	200	Busan
4	David	30	300	Ulsan

2. LEFT JOIN : 왼쪽 테이블의 모든 행과 오른쪽 테이블의 일치하는 행을 반환

SELECT A.*, B.city
FROM TableA A
LEFT JOIN TableB B ON A.id = B.id AND A.name = B.name;

 

id	name	dept_id	location_id	city
1	Alice	10	100	Seoul
2	Bob	20	200	Busan
3	Charlie	10	10	NULL
4	David	30	300	Ulsan

 3. RIGHT JOIN : 오른쪽 테이블의 모든 행과 왼쪽 테이블의 일치하는 행을 반환

SELECT A.*, B.city
FROM TableA A
RIGHT JOIN TableB B ON A.id = B.id AND A.name = B.name;

 

id	name	dept_id	location_id	city
1	Alice	10	100	Seoul
2	Bob	20	200	Busan
NULL	Eve	NULL	NULL	Daejeon
4	David	30	300	Ulsan

4. FULL JOIN : 양쪽 테이블의 모든 행을 반환하며, 일치하지 않는 경우는 상대 테이블 값을 NULL로 

SELECT A.*, B.city
FROM TableA A
FULL JOIN TableB B ON A.id = B.id AND A.name = B.name;

 

id	name	dept_id	location_id	city
1	Alice	10	100	Seoul
2	Bob	20	200	Busan
3	Charlie	10	100	NULL
NULL	Eve	NULL	NULL	Daejeon
4	David	30	300	Ulsan

5. CROSS JOIN : 두 테이블간의 모든 조합을 반환

 

TableA : 3 x TableB : 4 = 12

Distinct와 GROUP BY의 차이점?

• Distinct와 GROUP BY 모두 중복 데이터를 처리하고 요약하는 데 사용되지만 목적과 동작 방식에 차이가 있다 
• "DISTINCT"
  • 중복된 데이터를 제거하고 고유한 값을 반환하는데 사용된다. 
  • 주로 선택된 열의 고유한 값을 얻기 위해 사용된다. 
  • 집계 함수와는 직접적인 관계는 없다. 
• "GROUP BY"
  • 주어진 열을 기준으로 데이터를 그룹화하고, 각 그룹에 대해 집계 함수를 적용하는데 사용됨. 
  • SUM, COUNT, AVG와 같은 집계함수화 함께 사용된다. 
  • 각 그룹에 대해 하나의 결과 행을 생성함.

SELECT 쿼리의 실행 순서

• FROM -> ON -> JOIN -> WHERE -> GROUP BY -> HAVING -> SELECT -> DISTINCT -> ORDER BY -> LIMIT

Having 과 WHERE의 차이

• Having
  • 그룹화된 결과를 필터링 하는데 사용
  • GROUP BY 절 이후에 위치
  • 집계함수 사용 가능
• Where
  • 개별 행을 필터링할 때 사용
  • GROUP BY 절 이전에 위치
  • 집계함수를 사용할 수 없다. 

데이터베이스 INDEX란?

• INDEX란 데이터베이스 검색 속도를 향상시키기 위한 자료구조로, 테이블 처음부터 끝까지 검색하지 않고, 인덱스를 검색하여 해당 자료의 테이블로 엑세스할 수 있게 해준다. 
• 장점
  • 인덱스는 정렬된 상태를 유지해서 ORDER BY 연산의 비용을 줄일 수 있다. 
  • WHERE이나 JOIN을 자주 사용되는 열에 인덱스를 적용하면 쿼리 성능이 크게 오른다. 
• 단점 
  • 인덱스를 저장하기 위한 추가적인 공간이 필요하다. 
  • INSERT, UPDATE, DELETE 작업시에 인덱스도 업데이트 해야하기 때문에 오버헤드가 크다. 

데이터베이스 샤딩(Sharding)이란?

데이터베이스 샤딩이란 대규모의 데이터베이스를 여러개의 작은 파티션(사드)로 분할하는 기술이다. 

각 샤드는 독립적인 데이터베이스로 동작하며 전체 데이터의 부분집합을 저장한다. 

TRIGGER란?

• 데이터베이스에 특정 이벤트나 조건이 발생했을 시 자동으로 실행되는 프로시저이다. 
• 데이터의 무결성을 유지하고, 복잡한 비즈니스 규칙을 구현하며, 데이터베이스의 일관성을 유지하는데 사용된다. 
• 사용자가 직접 호출하지 않고, 데이터베이스에서 자동으로 호출한다.