다대다(N:N) 관계를 조금 더 쉽게 풀어보자 (2진법의 활용)

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다대다(N:N) 관계는 왜 피해야할까?

 

이전 글에서 다대다(M:N) 관계를 해결하기 위해 1:N, N:1로 관계를 풀어주었습니다.

 

이를 통해 데이터 무결성과 중복성을 해결할 수 있었고, 유지보수와 확장에 대한 장점을 얻을 수 있었습니다.

하지만 이런 관계가 무한정 증가하다보면 관계가 복잡해지면서 이해하기가 어려워지는 단점이 존재합니다.

 

이번에는 1:N, N:1로써 해결하는것이 아닌 2진법을 통해 이 관계를 풀어보도록 하겠습니다.

 

 

2진법과 비트연산

컴퓨터를 조금이라도 공부해본사람이라면 2진법에 대해서 익숙하실겁니다. 따라서 간단하게 짚고 넘어가겠습니다.

 

2진법은 위와 같이 나타낼 수 있습니다. 다음은 이 수를 비트연산으로 표현해보겠습니다.

 

 

AND

두개의 2진수의 자리수가 둘다 1이면 1, 나머지는 0이되는 연산입니다.

 

 

OR

어느 하나라도 1이라면 1이되고, 둘다 0이라면 0이 되는 연산입니다.

 

 

XOR

두개의 값이 서로 다르면 1을 반환하고 그렇지 않으면 0을 반환합니다.

 

 

 

연산자는 더 있지만 이 글에서는 비트연산이 주제가 아니기때문에 생략하도록 하겠습니다.

 

그렇다면이 2진수 연산을 통해 어떻게 N:N관계를 풀수 있을까요?

 

 

 

2진법의 적용

기존의 1:N, N:1의 관계입니다.

1번의 홍길동 학생이 수강하는 과목은 JAVA, JS, Flutter, React 를 수강하고 그 과목코드는 1,2,3,4 입니다.

2번의 홍길순 학생이 수강하는 과목은 JAVA, JS 를 수강하고 그 과목코드는 1,2 입니다.

 

지금부터 한 단계씩 밟으며 관계를 정리해보겠습니다.

 

 

1. 과목코드 수정

현재 과목코드는 1 부터 오름차순으로 정의되어있습니다. 이를 2진수로 변경하겠습니다.

기존의 1,2,3,4 처럼 증가하는 수를 2의 지수로 표현하여 2의 0, 2의 1, 2의 2, 2의 3 로 나타내었습니다.

 

과목코드	과목명
0001	JAVA
0010	JS
0100	Flutter
1000	React

 

 

 

 

2. 수강테이블 합치기

우리는 위에서 잠깐 비트연산자 OR에 대해서 짚고 넘어갔습니다. 이 OR 연산자를 이용해서 수강테이블을 하나로 정리할 수 있습니다.

1번 홍길동의 수강목록 0001 + 0010 + 0100 + 1000 = 1111

2번 홍길순의 수강목록  0001 + 0010 = 0011

 

학번	수강코드
1	15 ( = 1111b)
2	3 ( = 0011b)

 

 

 

3. 수강테이블 삭제

학생과 수강 테이블간의 관계가 1:N에서 1:1로 변경되었습니다. 따라서 수강테이블을 삭제하더라도 1:N관계가 유지되므로 삭제해도 무방합니다.

 

과목코드를 직접 매핑시키지 않고 이와같이 사용할 수 있습니다.

최종적으로 수강테이블이 사라져 깔끔해졌습니다.

 

 

 

실제로 어떻게 사용해야할까?

실제로 조회, 추가, 삭제를 하려면 어떻게 해야할까요? 하나하나 알아봅시다.

 

아래부터 MySQL 기준으로 설명하겠습니다.

 

조회

홍길순 학생이 어떤과목을 수강하고 있는지 조회하려고합니다. 

 

SELECT *
FROM 학생
JOIN 과목 ON (학생.과목코드 & 과목.과목코드 = 과목.과목코드)

 

JOIN에서 비트연산을 해줍니다. 홍길순 학생의 수강하는 과목코드 3 ( = 0011b) 과 과목테이블의 과목코드 (0001, 0010, 0100, 1000)  가 같은지 확인해보면 됩니다. 

홍길순의 과목코드 첫번째자리는 JAVA의 1에 해당하는 위치입니다. 따라서 (홍길순의 과목코드) AND (JAVA 과목코드) = JAVA 과목코드 가 성립됩니다.

 

Flutter와 AND 연산을 했지만 그 결과는 0이고 이해 해당하는 과목은 존재하지 않으니 출력이 되지않습니다.

 

 

 

 

추가

홍길순 학생이 Flutter를 추가로 신청했을때 코드를 보겠습니다.

UPDATE 학생
SET 과목코드 = 과목코드 | ( SELECT 과목코드 FROM 과목 WHERE 과목명 = 'Flutter' )
WHERE 학번 = 2

 

서브쿼리에는 Flutter에 해당하는 과목코드만 존재하면 됩니다. 과목코드를 이미 알고있다면 서브쿼리를 사용하지 않고 바로 넣어줄 수 있습니다.

 

OR 연산자를 사용해서 기존 3 ( = 0011b) 에서 7 ( = 0111b) 로 업데이트 되었습니다. 

OR 연산의 장점은 만약 문제가 발생하여 Flutter 과목이 중복 수강이 되었어도, 중복으로 추가되지 않는다는것입니다. 

(0111 | 0100 = 0111)

 

 

 

삭제

이번엔 홍길동 학생이 JS 과목을 수강취소했을때의 코드입니다.

UPDATE 학생
SET 과목코드 = 과목코드 ^ ( SELECT 과목코드 FROM 과목 WHERE 과목명 = 'JS' )
WHERE 학번 = 2

XOR 연산을 통해 서로 다른값이어야 1을 반환하고 같은 값은 0으로 반환되었습니다.

 

 

 

결론

이 이진법을 이용한 테이블 관계매핑은 다대다 관계를 해소하기위한 보조 테이블들을 생성하지 않아 최적화에 도움이 되고, 데이터를 하나로 관리하는 편리함이 존재합니다.

하지만 단점으로는 데이터를 보관할 수 있는 한계가 존재한다는 점입니다.

데이터를 30개만 넣어도 값은 10억이 넘어가기 때문에 확장성을 고려해야하는 상황이라면 비트연산을 통한 매핑은 사용되어선 안됩니다.

오로지 한계가 정해져있는 부분에 사용되어야합니다.

 

최근 비트연산에 대해서 공부하고있는데 재미있어서 이렇게 글을 써보았는데, 혼자 공부하고 작성한 글이라 분명히 틀린부분이 존재할겁니다. 그대로 받아드리지 말고 참고만 해주시길 바랍니다. 틀린부분이 있다면 지적부탁드립니다.