作者 | 呼延十

來源 | http://t.cn/AilftMhR

前言

想必大家也經常收到垃圾簡訊吧...簡訊中的連結一般都是短連結,類似於下圖這樣:

為什麼這裡面的url都是短的呢?有什麼好處呢?怎麼做到的呢?

短url的好處有:

短. 簡訊和許多平台(微博)有字數限制,太長的連結加進去都沒有辦法寫正文了.
好看. 比起一大堆不知所以的參數,短連結更加簡潔友好.
方便做一些統計.你點了連結會有人記錄然後分析的.
安全. 不暴露訪問參數.

這就是為什麼我們現在收到的垃圾簡訊大多數都是短URL的原因了.

那麼短URL是怎麼做到的呢?

短URL基礎原理

短URL從生成到使用分為以下幾步.

有一個服務,將要發送給你的長URL對應到一個短URL上.例如www.baidu.com -> www.t.cn/1
把短url拼接到簡訊等的內容上發送.
用戶點擊短URL,瀏覽器用301/302進行重定向,訪問到對應的長URL.
展示對應的內容.

本文主要集中於第一步,即如何將一個長URL對應到短URL上.

服務設計

如果你在往長短URL真實的對應關係上想,那麼就走遠了.

最理想的情況是: 我們用一種算法,對每一個長URL,唯一的轉換成短URL.還能保持反向轉換的能力.

但是這是不可能的,如果有這樣的算法,世界上的所有壓縮算法都可以原地去世了.

正確的思路是建立一個發號器,每次有一個新的長URL進來,我們就增加一,並且將新的數值返回.第一個來的url返回"www.x.cn/0",第二個返回"www.x.cn/1".

接下來以QA形式寫幾個小問題:

對應關係如何存儲?

這個對應數據肯定是要落盤的,不能每次系統重啟就重新排號,所以可以採用mysql等資料庫來存儲.而且如果數據量小且qps低,直接使用資料庫的自增主鍵就可以實現.

如何保證長短連結一一對應?

按照上面的發號器策略,是不能保證長短連結的一一對應的,你連續用同一個URL請求兩次,結果值都是不一樣的.

為了實現長短連結一一對應,我們需要付出很大的空間代價,尤其是為了快速響應,我們可以需要在內存中做一層緩存,這樣子太浪費了.

但是可以實現一些變種的,來實現部分的一一對應, 比如將最近/最熱門的對應關係存儲在K-V資料庫中,這樣子可以節省空間的同時,加快響應速度.

短URL的存儲

我們返回的短URL一般是將數字轉換成32進位,這樣子可以更加有效的縮短URL長度,那麼32進位的數字對計算機來說只是字符串,怎麼存儲呢?直接存儲字符串對等值查找好找,對範圍查找等太不友好了.

其實可以直接存儲10進位的數字,這樣不僅占用空間少,對查找的支持較好,同時還可以更加方便的轉換到更多/更少的進位來進一步縮短URL.

高並發

如果直接存儲在MySQL中,當並發請求增大,對資料庫的壓力太大,可能會造成瓶頸,這時候是可以有一些優化的.

緩存

上面保證長短連結一一對應中也提到過緩存,這裡我們是為了加快程序處理速度.可以將熱門的長連結(需要對長連結進來的次數進行計數),最近的長連結(可以使用redis保存最近一個小時的)等等進行一個緩存,保存在內存中或者類似redis的內存資料庫中,如果請求的長URL命中了緩存,那麼直接獲取對應的短URL進行返回,不需要再進行生成操作.

批量發號

每一次發號都需要訪問一次MySQL來獲取當前的最大號碼,並且在獲取之後更新最大號碼,這個壓力是比較大的.

我們可以每次從資料庫獲取10000個號碼,然後在內存中進行發放,當剩餘的號碼不足1000時,重新向MySQL請求下10000個號碼.在上一批號碼發放完了之後,批量進行寫入.

這樣可以將對資料庫持續的操作移到代碼中進行,並且異步進行獲取和寫入操作,保證服務的持續高並發.

分布式

上面設計的系統是有單點的,那就是發號器是個單點,容易掛掉.

可以採用分布式服務,分布式的話,如果每一個發號器進行發號之後都需要同步給其他發號器,那未必也太麻煩了.

換一種思路,可以有兩個發號器,一個發單號,一個發雙號,發號之後不再是遞增1,而是遞增2.

類比可得,我們可以用1000個服務,分別發放0-999尾號的數字,每次發號之後遞增1000.這樣做很簡單,服務互相之間基本都不用通信,做好自己的事情就好了.

實現

由於我懶得寫JDBC代碼,更懶得弄Mybatis,所以代碼中使用到MySQL的地方都使用了Redis.

package util;

import redis.clients.jedis.Jedis;

/**
 * Created by pfliu on 2019/06/23.
 */
publicclass ShortUrlUtil {


    privatestaticfinal String SHORT_URL_KEY = "SHORT_URL_KEY";
    privatestaticfinal String LOCALHOST = "http://localhost:4444/";
    privatestaticfinal String SHORT_LONG_PREFIX = "short_long_prefix_";
    privatestaticfinal String CACHE_KEY_PREFIX = "cache_key_prefix_";
    privatestaticfinalint CACHE_SECONDS = 1 * 60 * 60;

    privatefinal String redisConfig;
    privatefinal Jedis jedis;

    public ShortUrlUtil(String redisConfig) {
        this.redisConfig = redisConfig;
        this.jedis = new Jedis(this.redisConfig);
    }

    public String getShortUrl(String longUrl, Decimal decimal) {
        // 查詢緩存
        String cache = jedis.get(CACHE_KEY_PREFIX + longUrl);
        if (cache != null) {
            return LOCALHOST + toOtherBaseString(Long.valueOf(cache), decimal.x);
        }

        // 自增
        long num = jedis.incr(SHORT_URL_KEY);
        // 在資料庫中保存短-長URL的映射關係,可以保存在MySQL中
        jedis.set(SHORT_LONG_PREFIX + num, longUrl);
        // 寫入緩存
        jedis.setex(CACHE_KEY_PREFIX + longUrl, CACHE_SECONDS, String.valueOf(num));
        return LOCALHOST + toOtherBaseString(num, decimal.x);
    }

    /**
     * 在進位表示中的字符集合
     */
    finalstaticchar[] digits = {'0', '1', '2', '3', '4', '5', '6', '7', '8',
            '9', 'A', 'B', 'C', 'D', 'E', 'F', 'G', 'H', 'I', 'J', 'K', 'L',
            'M', 'N', 'O', 'P', 'Q', 'R', 'S', 'T', 'U', 'V', 'W', 'X', 'Y',
            'Z', 'a', 'b', 'c', 'd', 'e', 'f', 'g', 'h', 'i', 'j', 'k', 'l', 'm', 'n', 'o', 'p', 'q', 'r', 's', 't', 'u', 'v', 'w', 'x', 'y', 'z'};

    /**
     * 由10進位的數字轉換到其他進位
     */
    private String toOtherBaseString(long n, int base) {
        long num = 0;
        if (n < 0) {
            num = ((long) 2 * 0x7fffffff) + n + 2;
        } else {
            num = n;
        }
        char[] buf = newchar[32];
        int charPos = 32;
        while ((num / base) > 0) {
            buf[--charPos] = digits[(int) (num % base)];
            num /= base;
        }
        buf[--charPos] = digits[(int) (num % base)];
        returnnew String(buf, charPos, (32 - charPos));
    }

    enum Decimal {
        D32(32),
        D64(64);

        int x;

        Decimal(int x) {
            this.x = x;
        }
    }


    public static void main(String[] args) {

        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            System.out.println(new ShortUrlUtil("localhost").getShortUrl("www.baidudu.com", Decimal.D32));
            System.out.println(new ShortUrlUtil("localhost").getShortUrl("www.baidu.com", Decimal.D64));
        }
    }
}

最後

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短 URL 服務，怎麼設計與實現？

前言

短URL基礎原理

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對應關係如何存儲?

如何保證長短連結一一對應?

短URL的存儲

高並發

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