# [database] 키와 제약 조건

# 릴레이션(Relation)과 키(Key)

## 관계형 데이터 모델

관계형 데이터베이스 개념은 관계형 데이터 모델에 기반하고 있다.  
관계형 데이터 모델은 이론적으로는 릴레이션(relation)이라는 **수학적 집합** 개념에 기초하고 있다.  


> 관계 모델에서 **릴레이션**(relation)은 동일한 구조로 이뤄진 **튜플(tuple)의 집합**을 말한다.   
쉽게 표현하면 릴레이션은 **2차원 테이블(table)** 형태의 단순한 구조다.  

<img src="https://odinuv.cz/slides/relational-database/relation.svg" width="50%" height="50%">

테이블 개념은 내부 저장 구조에 대한 추상적인 표현일 뿐이고, 물리적으로는 복잡한 구조 속에 데이터가 저장된다.  

관계형 데이터베이스에서 데이터베이스는 전체 릴레이션들의 모임이다.

## 릴레이션 용어 정리
- 속성(**attribute**) : 테이블의 열(column). 데이터를 표현하는 **가장 작은 논리적 단위**
- 속성 집합(attribute **domain**) : 각 속성이 취할 수 있는 모든 값들의 집합을 정의한 것. 데이터 타입과 비슷!  
  <img src="https://people.cs.pitt.edu/~chang/156/images/fig41.gif" width="50%" height="50%">
- 튜플(tuple), record : 테이블의 각 행(row)
- 차수(degree) : 릴레이션을 구성하는 전체 속성의 개수. 각 튜플이 가지는 속성값의 개수는 해당 릴레이션의 차수와 같다.

## 키(Key)
튜플의 **유일성** 규칙을 충족시키기 위해 모든 릴레이션은 **키(Key)** 를 갖는다.  
키는 릴레이션이 단순한 테이블이 아님을 보여주는 대표적 개념이다.  
데이터베이스에서 키는 여러 **무결성** 제약 조건에 대해 중요한 역할을 한다.  

### 후보키(Candidate Key)
> 튜플을 유일하게 식별할 수 있는 속성들의 최소(부분) 집합.  
후보키는 유일성과 최소성 조건을 모두 만족해야 한다.  

- **유일성** : Key로 하나의 튜플을 유일하게 식별할 수 있음
- **최소성** : 각 튜플들을 유일하게 식별하기 위해 꼭 필요한 최소한을 만족

예를 들어, 속성 중 '이름'을 기본키로 사용한다면 **동명이인**이 있을 수 있기 때문에 **유일성**을 만족할 수 없다.    

모든 릴레이션은 최소 하나 이상의 후보키를 가진다.

<img src="http://wiki.hash.kr/images/thumb/d/da/%EB%8C%80%EC%B2%B4%ED%82%A4_%EC%98%88%EC%8B%9C_%EC%88%98%EC%A0%95%EB%B3%B8.PNG/900px-%EB%8C%80%EC%B2%B4%ED%82%A4_%EC%98%88%EC%8B%9C_%EC%88%98%EC%A0%95%EB%B3%B8.PNG"  width="50%" height="50%">

### 기본키(Primary Key)
> 튜플을 **대표**하도록 선정된 후보키.  
대부분의 DB에서는 `id`로 튜플을 식별한다.  

### 대체키(Alternate Key)
> 기본키로 **선정되지 못한** 후보키. 
### 슈퍼키(Super Key)
> **유일성**은 만족하지만, 최소성과는 상관 없는 키.  
투플을 유일하게 식별할 수 있는 속성들의 집합.  
꼭 필요한 속성이 아니어도 포함된다.  

<img src="https://img1.daumcdn.net/thumb/R1280x0/?scode=mtistory2&fname=https%3A%2F%2Fblog.kakaocdn.net%2Fdn%2Fb61dOa%2FbtqGgjeFbnE%2F3PLqMbKhtALl89KtYX4Bt1%2Fimg.png" width="20%" height="20%">


### 외래키(Foreign Key)
> 외부 릴레이션의 키를 **참조**하는 키
외래키의 값은 참조될 다른 릴레이션의 **기본키(PK)** 중에서 하나를 골라 정한다.  


<img src="http://wiki.hash.kr/images/8/8b/%EC%99%B8%EB%9E%98%ED%82%A4_%EC%98%88%EC%8B%9C.jpg" width="50%" height="50%">

<details>
<summary>외래키 포함한 테이블 생성 (sql)</summary>

```sql
CREATE TABLE table_name (
  id    INTEGER PRIMARY KEY,
  col3  INTEGER FOREIGN KEY 
      REFERENCES other_table(other_id),
  ... )
```  
</details>


## 무결성 제약 조건
> 데이터 **무결성(integrity)** 은 데이터베이스에 저장된 데이터의 **일관성**과 **정확성**을 지키는 것을 말한다.
### 개체 무결성 제약 조건(PK constraint)
> 기본키(PK)로 지정한 모든 속성은 **NULL값을 가질 수 없고** 릴레이션 안에서 중복되지 않는 **유일한 값**을 가지도록 하는 제약 조건
<img src="https://img1.daumcdn.net/thumb/R1280x0/?scode=mtistory2&fname=https%3A%2F%2Ft1.daumcdn.net%2Fcfile%2Ftistory%2F996030495B3646B627" width="50%" height="50%">

개체의 **유일성**을 위해, 왠만하면 릴레이션마다 PK를 정의해야 한다.  
보통은 테이블을 생성할 때 `PRIMARY KEY(기본키)`를 선언함으로써 적용된다.  


<details>
<summary>SQL PRIMARY KEY</summary>

```sql
CREATE TABLE Persons (
   ID int NOT NULL PRIMARY KEY,
   LastName varchar(255) NOT NULL,
   FirstName varchar(255),
   Age int
);
```  
</details>


### 참조 무결성 제약 조건(FK constraint)
> 외래키(FK)로 지정한 속성은 참조하는 릴레이션의 **기본키(PK) 값과 일치**하거나 **NULL값**을 가지도록 하는 제약 조건
어떤 개체의 외래키가 NULL 값을 갖는다는건 관련된 개체가 없음을 의미한다.   
반면에 어떤 값을 갖는다면, 그 값은 반드시 관련된 개체의 기본키값과 일치해야 한다.  

만약 관계된 개체를 삭제하려면, 그걸 참조중인 개체를 먼저 삭제하거나 관계를 끊어야 한다.   
외래키의 값이 존재하지 않는 기본키라면 PK 제약 조건을 위배하기 때문이다.   


<details>
<summary>SQL FOREIGN KEY</summary>

```sql
CREATE TABLE Orders (
  OrderID int NOT NULL PRIMARY KEY,
  OrderNumber int NOT NULL,
  PersonID int FOREIGN KEY REFERENCES Persons(PersonID)
);
```  
</details>


### 도메인 무결성 제약 조건(domain constraint)
> 튜플의 모든 속성 값이 각 속성 **도메인에 속한 값만을 취하도록** 하는 제약 조건. 
SQL에서 테이블 생성시 각 열의 타입을 명시하거나  
`NULL` 혹은 `NOT NULL`, `DEFAULT(디폴트 값)`, `CHECK(값 범위 체크 조건)` 등의 키워드 설정을 써서 제약을 명시한다.  

### 유일성 제약 조건(uniqueness constraint)
> **키** 속성 값이 서로 중복되지 않고 **유일하도록** 하는 제약 조건.
SQL에서 테이블 생성시에 `UNIQUE(유일 조건)` 키워드 설정을 써서 명시한다.  

# 참고
- https://ko.wikipedia.org/wiki/SQL
- https://victorydntmd.tistory.com/126
- http://wiki.hash.kr/index.php/%EC%88%98%ED%8D%BC%ED%82%A4