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# Redis缓存集成
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<cite>
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**本文档引用的文件**
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- [redis.go](file://pkg/redis/redis.go)
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- [manager.go](file://pkg/redis/manager.go)
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- [config.go](file://pkg/config/config.go)
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- [jwt.go](file://pkg/auth/jwt.go)
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- [captcha_service.go](file://internal/service/captcha_service.go)
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- [verification_service.go](file://internal/service/verification_service.go)
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</cite>
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## 目录
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1. [项目结构](#项目结构)
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2. [Redis客户端封装设计](#redis客户端封装设计)
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3. [连接池与健康检查机制](#连接池与健康检查机制)
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4. [缓存操作实现原理](#缓存操作实现原理)
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5. [JWT令牌存储应用](#jwt令牌存储应用)
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6. [会话管理与验证码应用](#会话管理与验证码应用)
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7. [限流控制实现](#限流控制实现)
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8. [缓存问题预防策略](#缓存问题预防策略)
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9. [高可用架构支持](#高可用架构支持)
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## 项目结构
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graph TB
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subgraph "pkg"
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Redis[redis]
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Config[config]
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Auth[auth]
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end
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subgraph "internal"
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Service[service]
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Repository[repository]
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end
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Redis --> Service
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Config --> Redis
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Auth --> Service
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Service --> Repository
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**图示来源**
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- [redis.go](file://pkg/redis/redis.go#L1-L175)
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- [config.go](file://pkg/config/config.go#L1-L305)
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- [captcha_service.go](file://internal/service/captcha_service.go#L1-L166)
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## Redis客户端封装设计
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CarrotSkin项目中的Redis客户端封装采用分层设计模式，通过`Client`结构体对`github.com/redis/go-redis/v9`库进行包装，提供更简洁的API接口。`Client`结构体包含`*redis.Client`指针和`*zap.Logger`日志记录器，实现了日志记录和错误处理的统一管理。
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封装设计遵循单一职责原则，将Redis连接管理、操作执行和日志记录分离。通过`New`函数创建客户端实例时，会根据配置参数初始化连接，并执行连接测试，确保连接的可用性。这种设计模式提高了代码的可维护性和可测试性。
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**本节来源**
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- [redis.go](file://pkg/redis/redis.go#L15-L52)
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- [manager.go](file://pkg/redis/manager.go#L11-L18)
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## 连接池与健康检查机制
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Redis连接池配置在`RedisConfig`结构体中定义，包含`Host`、`Port`、`Password`、`Database`和`PoolSize`等关键参数。连接池大小通过`PoolSize`字段配置，默认值为10，可根据实际负载情况进行调整。
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健康检查机制在客户端初始化时实现，通过`Ping`命令测试连接可用性。使用`context.WithTimeout`设置5秒超时，防止连接测试阻塞主线程。连接成功后会记录包含主机、端口和数据库信息的日志，便于监控和故障排查。
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```mermaid
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sequenceDiagram
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participant App as 应用程序
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participant Manager as Redis管理器
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participant Client as Redis客户端
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participant Redis as Redis服务器
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App->>Manager : Init(cfg, logger)
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Manager->>Client : New(cfg, logger)
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Client->>Redis : Ping()
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Redis-->>Client : PONG
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Client-->>Manager : 返回客户端实例
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Manager-->>App : 初始化完成
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**图示来源**
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- [redis.go](file://pkg/redis/redis.go#L22-L47)
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- [config.go](file://pkg/config/config.go#L49-L56)
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**本节来源**
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- [redis.go](file://pkg/redis/redis.go#L22-L47)
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- [config.go](file://pkg/config/config.go#L49-L56)
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## 缓存操作实现原理
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缓存操作通过`Client`结构体的方法实现，包括`Set`、`Get`、`Del`、`Exists`、`Expire`等基本操作。这些方法直接代理到底层`redis.Client`的对应方法，保持了与原生API的一致性。
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`Set`方法接受`context.Context`、键、值和过期时间参数，支持设置键值对及其过期时间。`Get`方法返回字符串值和错误，通过`Nil`方法可以判断键不存在的情况。`Expire`方法用于修改现有键的过期时间，支持动态调整缓存策略。
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```mermaid
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classDiagram
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class Client {
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+*redis.Client
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+*zap.Logger
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+Set(ctx, key, value, expiration) error
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+Get(ctx, key) (string, error)
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+Del(ctx, keys) error
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+Exists(ctx, keys) (int64, error)
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+Expire(ctx, key, expiration) error
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+Nil(err) bool
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}
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class RedisConfig {
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+Host string
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+Port int
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+Password string
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+Database int
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+PoolSize int
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}
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Client --> RedisConfig : 使用
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```
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**图示来源**
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- [redis.go](file://pkg/redis/redis.go#L60-L83)
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- [config.go](file://pkg/config/config.go#L49-L56)
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**本节来源**
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- [redis.go](file://pkg/redis/redis.go#L60-L83)
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## JWT令牌存储应用
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JWT令牌存储利用Redis作为临时存储介质，通过`Set`方法将令牌与用户信息关联存储。令牌的过期时间与JWT的有效期保持一致，确保令牌在Redis中的生命周期与JWT一致。
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在`jwt.go`中，JWT服务生成令牌后，可以通过Redis存储令牌的元数据，如用户ID、角色等信息。这种设计实现了无状态认证与有状态缓存的结合，既保持了JWT的无状态特性，又可以通过Redis快速验证令牌的有效性。
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```mermaid
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sequenceDiagram
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participant User as 用户
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participant Auth as 认证服务
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participant Redis as Redis缓存
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User->>Auth : 登录请求
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Auth->>Auth : 生成JWT令牌
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Auth->>Redis : Set(token, userInfo, expireTime)
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Redis-->>Auth : 存储成功
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Auth-->>User : 返回JWT令牌
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User->>Auth : 带JWT的请求
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Auth->>Redis : Get(token)
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Redis-->>Auth : 返回用户信息
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Auth-->>User : 处理请求
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**图示来源**
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- [jwt.go](file://pkg/auth/jwt.go#L32-L52)
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- [redis.go](file://pkg/redis/redis.go#L60-L63)
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**本节来源**
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- [jwt.go](file://pkg/auth/jwt.go#L32-L52)
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- [redis.go](file://pkg/redis/redis.go#L60-L63)
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## 会话管理与验证码应用
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会话管理通过Redis存储会话数据，每个会话以唯一ID作为键，会话数据作为值进行存储。验证码应用在`captcha_service.go`中实现，使用`redisKeyPrefix = "captcha:"`作为键前缀，确保验证码数据的隔离性。
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验证码生成时，将滑块的目标坐标等验证信息序列化后存储到Redis，设置300秒过期时间。验证时从Redis获取原始数据，与用户输入进行比对，验证成功后立即删除Redis记录，防止重复使用。
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```mermaid
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flowchart TD
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Start([生成验证码]) --> Generate["生成滑块坐标(Tx,Ty)"]
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Generate --> Serialize["序列化为JSON"]
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Serialize --> Store["Set(captcha:id, json, 300s)"]
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Store --> Return["返回验证码数据"]
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Verify([验证验证码]) --> Get["Get(captcha:id)"]
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Get --> Check{"是否存在?"}
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Check --> |否| Expired["返回: 验证码已过期"]
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Check --> |是| Parse["解析JSON数据"]
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Parse --> Validate["验证用户输入"]
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Validate --> Delete["Del(captcha:id)"]
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Delete --> Result["返回验证结果"]
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```
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**图示来源**
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- [captcha_service.go](file://internal/service/captcha_service.go#L75-L135)
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- [redis.go](file://pkg/redis/redis.go#L60-L63)
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**本节来源**
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- [captcha_service.go](file://internal/service/captcha_service.go#L75-L135)
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- [redis.go](file://pkg/redis/redis.go#L144-L146)
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## 限流控制实现
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限流控制在`verification_service.go`中实现，通过Redis的`Set`命令设置频率限制。使用`codeType`和`email`组合生成限流键，值设为"1"，过期时间由`CodeRateLimit`常量定义。
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当用户请求发送验证码时，先检查限流键是否存在，若存在则拒绝请求，防止频繁发送。这种基于Redis的限流机制简单高效，能够有效防止恶意刷屏攻击，保护系统资源。
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```mermaid
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flowchart LR
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Request[发送验证码请求] --> Check["Exists(verification:rate:email)"]
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Check --> |存在| Reject[拒绝请求]
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Check --> |不存在| Send[发送验证码]
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Send --> Set["Set(verification:rate:email, 1, 60s)"]
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Set --> Response[返回响应]
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```
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**图示来源**
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- [verification_service.go](file://internal/service/verification_service.go#L58-L67)
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- [redis.go](file://pkg/redis/redis.go#L75-L78)
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**本节来源**
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- [verification_service.go](file://internal/service/verification_service.go#L58-L67)
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## 缓存问题预防策略
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针对缓存穿透、雪崩、击穿问题，CarrotSkin采用多种预防策略。对于缓存穿透，使用`Nil`方法识别空值情况，避免频繁查询数据库。对于缓存雪崩，建议在配置中设置随机的过期时间偏移，避免大量缓存同时失效。
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缓存击穿问题通过互斥锁或逻辑过期策略解决。当热点数据失效时，只允许一个请求加载数据，其他请求等待并使用旧数据，直到新数据加载完成。这种策略既保证了数据的一致性，又避免了数据库的瞬时压力。
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**本节来源**
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- [redis.go](file://pkg/redis/redis.go#L160-L162)
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- [captcha_service.go](file://internal/service/captcha_service.go#L144-L145)
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## 高可用架构支持
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Redis高可用架构支持通过配置文件中的连接参数实现。虽然当前代码主要针对单机模式，但`github.com/redis/go-redis/v9`库原生支持哨兵模式和集群模式。通过修改配置，可以无缝切换到高可用架构。
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连接故障恢复机制内置于客户端库中，自动处理网络抖动和临时故障。建议在生产环境中配置合理的超时时间和重试策略，确保系统的稳定性和可靠性。监控连接状态和性能指标，及时发现和解决潜在问题。
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**本节来源**
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- [redis.go](file://pkg/redis/redis.go#L24-L32)
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- [config.go](file://pkg/config/config.go#L49-L56)
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