Node.js 分布式缓存：Redis 集群、哨兵模式与读写分离配置

1. Redis在Node.js生态中的特殊地位

在Node.js高并发场景中，单机Redis很快会遇到内存和吞吐量瓶颈。此时我们需要将鸡蛋放在不同篮子里——这就是分布式缓存的意义。本文将以Node.js 18 LTS+ioredis 5.3.0技术栈为例，展示三种企业级解决方案：

// 示例1：基础连接验证（技术栈：Node.js + ioredis）
const Redis = require('ioredis');
const redis = new Redis({
  host: '127.0.0.1',
  port: 6379,
  retryStrategy: times => Math.min(times * 50, 2000) // 指数退避重连策略
});

async function basicTest() {
  await redis.set('version', '6.2.5');
  const value = await redis.get('version');
  console.log(`当前Redis版本: ${value}`); // 输出：当前Redis版本: 6.2.5
}

basicTest().catch(console.error);

这个简单示例展示了Node.js操作Redis的基本范式，接下来我们将从单机走向集群...

2. Redis集群实战：自动分片与高可用部署

当单节点无法支撑业务压力时，官方集群方案是最佳选择。我们模拟一个3主3从的集群环境：

// 示例2：集群连接与自动路由（技术栈：Node.js + ioredis集群模式）
const RedisCluster = require('ioredis').Cluster;

const cluster = new RedisCluster([
  { host: '192.168.1.101', port: 7000 },
  { host: '192.168.1.102', port: 7001 }
], {
  enableReadyCheck: true,
  scaleReads: 'slave', // 读请求自动分发到从节点
  retryDelayOnFailover: 1000
});

async function clusterDemo() {
  // 自动根据CRC16算法选择槽位
  await cluster.set('user:1001', JSON.stringify({name: 'Alice'}));
  const userData = await cluster.get('user:1001');
  console.log('用户数据:', userData); // 输出反序列化后的对象
}

clusterDemo().catch(console.error);

关键要点解析：

• 槽位分配：Redis将16384个槽分配给各主节点
• MOVED重定向：客户端自动处理节点迁移
• 集群不可用条件：超过半数主节点失效时触发保护机制

3. 哨兵模式详解：故障转移自动切换

当需要更灵活的高可用方案时，哨兵体系闪亮登场：

// 示例3：哨兵模式自动故障转移（技术栈：Node.js + ioredis哨兵客户端）
const Redis = require('ioredis');

const sentinelClient = new Redis({
  sentinels: [
    { host: 'sentinel1.prod.com', port: 26379 },
    { host: 'sentinel2.prod.com', port: 26379 }
  ],
  name: 'mymaster', // 主节点别名
  role: 'slave',    // 默认连接从库
  preferredSlaves: [{ ip: '192.168.1.103', port: 6380, prio: 1 }]
});

// 主节点连接实例（用于写操作）
const masterClient = new Redis({
  sentinels: [...],
  name: 'mymaster',
  role: 'master'
});

// 典型读写分离操作
async function sentinelDemo() {
  await masterClient.set('config', 'cluster_mode=1');
  const config = await sentinelClient.get('config');
  console.log('最新配置:', config);
}

sentinelClient.on('+switch-master', (msg) => {
  console.warn('主节点切换事件:', msg); // 监控切换事件
});

哨兵架构核心组成：

• 监控节点：持续检查主从可用性
• 通知系统：通过Pub/Sub传播状态变化
• 自动故障转移：满足多数哨兵确认条件时执行

4. 读写分离进阶：动态路由策略优化

在大规模读多写少场景中，智能路由能显著提升性能：

// 示例4：基于权重的智能读写分离（技术栈：Node.js + ioredis）
class RedisRouter {
  constructor() {
    this.master = createMasterConnection();
    this.slaves = createSlavePool();
  }

  async get(key) {
    const node = this._selectSlave();
    return node.get(key);
  }

  async set(key, value) {
    return this.master.set(key, value);
  }

  _selectSlave() {
    // 根据负载动态选择算法
    return this.slaves[Math.floor(Math.random() * this.slaves.length)];
  }
}

// 使用示例
const router = new RedisRouter();
await router.set('session:'+userId, token);   // 走主节点
const session = await router.get('session:'+userId); // 走从节点

优化策略：

1. 权重轮询：根据节点配置分配请求
2. 延迟探测：优先选择响应快的节点
3. 热点数据缓存：本地内存缓存高频查询结果

5. 模式对比与实施指南

5.1 应用场景分析

• 电商库存系统：集群模式处理高并发扣减
• 社交媒体平台：哨兵模式保障feed流稳定性
• 新闻资讯站点：读写分离支撑海量读取

5.2 技术优缺点对比

5.3 注意事项

1. 数据分片策略：避免大Key导致分片不均
2. 连接池配置：根据QPS调整maxClients参数
3. 监控告警：重点关注keyspace命中率
4. 版本兼容性：Redis 7+对TLS连接有重大改进

5.4 总结展望

Redis分布式架构就像乐高积木，不同模式可组合出适应各种业务场景的方案。建议按照业务发展阶段逐步演进：

• 初期：主从复制+读写分离
• 成长期：引入哨兵模式
• 爆发期：迁移至集群架构

在云原生时代，云数据库提供的托管服务虽降低了运维复杂度，但掌握底层原理仍是在突发故障时快速定位问题的关键能力。