非关系型数据库（NoSQL）：MongoDB和Redis

        非关系型数据库（NoSQL）在大数据和分布式计算环境中广泛使用，主要用于处理海量、结构化不统一的数据。NoSQL 数据库种类包括文档型、键值型、列族型和图形数据库等。

        下面我将以 MongoDB（一种流行的文档型 NoSQL 数据库）以及Redis为例，通过代码和案例讲解如何使用它。

MongoDB 简介

        MongoDB 是一种基于文档存储模式的 NoSQL 数据库，数据以 BSON 格式（类似 JSON）存储。它支持灵活的模式和水平扩展，适合快速变化的应用需求。

1. 安装与配置

        首先，请确保 MongoDB 已在你的系统上安装并正在运行。你可以从 MongoDB官方网站 下载适合自己平台的版本。

2. 基本操作

创建数据库与集合

        在 MongoDB 中，数据库是集合（类似表）的容器，而集合包含的是文档（类似记录）。下面是一些基本命令：

# 使用 mongo shell 连接到服务器
mongo

# 切换或创建一个新数据库 (例如 'shop')
use shop

# 创建或者切换到新的集合 (例如 'products')
db.createCollection('products')

插入数据

        插入单个或多个文档：

// 插入单个产品信息到 products 集合
db.products.insertOne({
    product_id: "P001",
    name: "Laptop",
    price: 799.99,
    stock: 50
})

// 插入多个产品信息
db.products.insertMany([
    { product_id: "P002", name: "Smartphone", price: 399.99, stock: 150 },
    { product_id: "P003", name: "Tablet", price: 299.99, stock: 100 }
])

查询数据

        执行基本查询以查找特定条件下的文档：

// 查找所有产品
db.products.find()

// 查找价格低于500美元的产品
db.products.find({price: {$lt: 500}})

// 查找名称为 'Laptop' 的产品，仅显示其name和price字段，不显示_id字段
db.products.find(
    {name: "Laptop"},
    {name: 1, price: 1, _id: 0}
)

更新数据

        更新特定文档的信息：

// 将名为 Smartphone 的商品价格更新为450美元
db.products.updateOne(
    { name: "Smartphone" },
    { $set:{ price: 450 } }
)

删除数据

        从集合中删除不需要的文档：

// 删除库存数小于20件的商品记录
db.products.deleteMany({stock: {$lt: 20}})

MongoDB案例：购物应用中的数据存储

        假设我们设计了一个在线购物应用，需要记录用户及订单信息，这些都可以用 MongoDB 存放：

定义用户集合

db.createCollection('users')

// 添加用户信息，包括嵌套对象来表示地址条目
db.users.insertOne({
    user_id: "U001",
    name: "Alice Johnson",
    email: "[email protected]",
    addresses:[
        { type:"home", address:"123 main street"},
        { type:"work", address:"456 corporate ave"}
    ]
})

定义订单集合

db.createCollection('orders')

// 添加订单记录，其中包含嵌套数组物品项
db.orders.insertOne({
    order_id : "O10001",
    user_id : "U001",
    items : [
        { product_id :"P001", quantity :1},
        { product_id :"P002", quantity :3}
    ],
    order_date : new Date(),
    total_amount :1349.97 
})

        通过这种方式，你可以高效地管理有关客户、订单以及相关产品的信息，并且能够轻松处理这些复杂而多变的数据要求，实现快速响应业务。

Redis 简介

        Redis 是一种开源的内存中键值存储系统，通常用于缓存、会话管理和实时分析等场景。它支持多种数据结构，包括字符串、哈希、列表、集合和有序集合等，适合需要快速访问的数据操作。

1. 安装与启动 Redis

首先，请确保你已经在本地或服务器上安装了 Redis。可以通过以下步骤进行：

• 下载并安装：从 Redis官方网站 下载，并按照说明编译安装。

• 启动 Redis 服务器：

  redis-server
  

• 连接到 Redis 客户端：

  redis-cli
  

2. 基本操作

字符串 (String)

        Redis 中的字符串类型是二进制安全的，可以包含任何数据。

# 设置一个键值对
SET mykey "Hello, World!"

# 获取已设置的键值对
GET mykey

# 自增计数器使用INCR命令（例如用户页面访问次数）
INCR page_views

哈希 (Hash)

        哈希用于存储对象信息，例如用户配置或属性。

# 设置用户资料为哈希类型
HSET user:1000 username "alice" email "[email protected]"

# 获取单个字段的值
HGET user:1000 username

# 获取多个字段的值
HMGET user:1000 username email

# 查看整个哈希表内容
HGETALL user:1000 

列表 (List)

        列表是一组按插入顺序排序的字符串元素，常用来实现消息队列功能。

# 将新元素推入列表头部(左侧)
LPUSH tasks "Task1"

# 将新元素推入列表尾部(右侧)
RPUSH tasks "Task2"

# 弹出并返回列表头部第一个元素（先进先出 - FIFO）
LPOP tasks

# 查看完整任务列表范围(索引0开始到终点-1表示全部获取)
LRANGE tasks 0 -1 

集合 (Set)

        集合是唯一无序元素组合，适合做交集、差集运算等。

# 添加新标签到文章标签集合中
SADD article:12345:tags "redis" "nosql" "database"

# 检查标签是否存在于某集合中
SISMEMBER article:12345:tags "redis"

# 返回所有标签成员组成子集内容清单查看检验正确性监督分享透明公开促进合作共赢交流沟通！
SMEMBERS article:12345:tags 

Redis案例：用户会话管理

        假设我们有一个在线购物网站，需要管理用户登录后的会话。可以使用 Redis 来存储和管理这些会话信息。

步骤1: 设置会话

        在用户成功登录后，我们为每个用户创建一个唯一的会话ID，并将其存储在 Redis 中，同时设置一个过期时间（如60分钟）来自动删除该会话，防止资源占用。

# 首先安装 redis-py 库
# pip install redis

import redis

# 连接到本地运行的 Redis 服务器
client = redis.StrictRedis(host='localhost', port=6379, decode_responses=True)

def create_session(user_id):
    # 生成一个随机的session ID (这里简单假设为 user_id)
    session_id = f'session:{user_id}'
    
    # 存储用户的数据（此处简单示例，实际应用可包括更多信息）
    client.setex(session_id, 3600, str(user_id))  # 设置1小时过期
    
    return session_id

# 创建新的用户会话
session_id = create_session('user123')
print(f'Session created: {session_id}')

步骤2: 验证会话

        当用户请求受保护的资源时，我们需要验证他们提供的会话ID是否有效：

def verify_session(session_id):
    return client.exists(session_id) > 0

# 检查会话是否有效
is_valid = verify_session('session:user123')
print(f'Is session valid? {is_valid}')

步骤3: 销毁会话

        当用户退出或需要销毁特定会话时，可以删除回收对应的数据资源：

def destroy_session(session_id):
    client.delete(session_id)

# 当用户登出时调用此函数销毁其会话
destroy_session('session:user123')
print(f'Session destroyed for user123.')

案例总结

1. 创建与管理：通过 SETEX 命令在 Redis 中存储包含过期时间的键值对来创建和维护用户会话。

2. 验证有效性：利用 EXISTS 判断给定 session_id 是否存在，以确认当前用户是否已经登录且不超时。

3. 安全性保障：使用 DELETE 删除无效或已结束交互下线处理操作恢复最初状态使得系统高效灵活同时统一规范标准保持干净整洁井然有序化程度。

        通过以上步骤，你就能够使用 Redis 高效地实现基于内存的快速响应型会话管理机制，不论对于提升网站性能、加速系统应答速度，或者优化资源配置具有显著意义。