短网址系统设计与实战

领域：Java后端开发

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收录专栏： 系统设计与实战
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介绍

今天介绍一个短网址系统的设计与实现。所谓的短链接就是不管你的链接有多么长，最终它都会生成一个固定长度的短链接。虽然说义务很简单，但是里面会涉及很多的细节。保证短链接唯一和访问速度成为一个核心的问题，接下来就开始表演。
短链接的应用场景：

• 营销推广:短信发送、移动端链接转发（哔哩哔哩）
• 文章内容排版
• 企业发送面试题
• 投票和问卷

一、相关概念及技术

1.1 Redis缓存

在本系统中，我们会用到redis数据类型Hash，用于存储我们要访问的长链接，我们都知道，Hash的查询时间复杂度为O（1），故而采用其保存code和长链接的一个KV对应就可以提高短链到长链接的转发速度（302协议），存储模型如下所示：

1.2 生成6位随机码算法

短网址实现的核心是必须保证生成的6位code必须唯一，使用该算法也不能够完全保证唯一，所以本人设计时在义务层引入redis高级数据类型布隆过滤器做了一个优化，以保证生成的6位编码唯一。

public class ShortUrlCodeUtil {
    private static final String randomStr = "hnmnd0d";

    public static String genShortCode(String url, String randomStr) {
        return shortUrl(url, randomStr)[0];
    }

    public static String genShortCode(String url) {
        return shortUrl(url, randomStr)[0];
    }

    private static String[] shortUrl(String url, String randomStr) {
        String[] chars = new String[]{"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", "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"
        };
        String encrypt = (MD5.encrypt(randomStr + url));
        String hex = encrypt;
        String[] resUrl = new String[4];
        for (int i = 0; i < 4; i++) {
            String t = hex.substring(i * 8, i * 8 + 8);
            long lHex = 0x3FFFFFFF & Long.parseLong(t, 16);
            String charTemp = "";
            for (int j = 0; j < 6; j++) {
                long index = 0x0000003D & lHex;
                charTemp += chars[(int) index];
                lHex = lHex >> 5;
            }
            resUrl[i] = charTemp;
        }
        return resUrl;
    }
}

1.3 布隆过滤器

思考问题：

• 为什么要使用布隆过滤器，不使用set集合？
• 布隆过滤器有哪些义务场景？
• 布隆过滤器的底层原理？

1. 本系统使用布隆过滤器的目的是对生成的6位code去重，防止存在重复的编码，虽然说重复的概率很小，但是还是要防止，所以对其做了一个优化，至于同样是去重，为什么不用set，由于篇幅原因，不再展开。
2. 其次，布隆过滤器在本系统还有一个作用，就是解决缓存击穿透问题，当一个用户发送一个短链接请求来的时候，首先系统会解析出6位code，然后先去布隆过滤器查找，如果存在再去缓存获取code对应的长链接，缓存不存在再去数据库查找；如果不存在的话，直接抛出异常，不在去数据库和缓存查询。

@Service
public class ShortURLService {
    /**
     * 预计要放入的值数量
     */

    private Integer size=10_0000;
    /**
     * 期望的误判率
     */
    private Double error=0.01;
    /**
     * 实例化布隆过滤器
     */
    private BloomFilter<String> shortUrlCodeFilter = BloomFilter.create(Funnels.stringFunnel(Charset.defaultCharset()), size, error);

    /**
     * 放入短网址编码
     *
     * @param code
     */
    public void put(String code) {
        shortUrlCodeFilter.put(code);
    }

    /**
     * 判断布隆过滤器是否包含此元素
     *
     * @param code 短网址编码
     * @return
     */
    public boolean contain(String code) {
        return shortUrlCodeFilter.mightContain(code);
    }
}

1.4 302和301

由于本系统需要将长链接在后台通过请求转发的方式转发出去，所以会用到请求转发协议。请求转发有两种，一种是301，另一种是302，那他们有什么区别呢？
1）301永久重定向
2）302临时重定向
由于我们需要做数据统计，也就是记录短链接的访问量，所以需要使用302协议。

二、系统设计

2.1 数据库设计

本系统设计的是一个稍微简单的短链生成系统，所以表的设计不复杂，义务简单，主要的表是短链接信息表，用于存储生成的短链接。

2.1.1 ER图

就4张表：用户表、数据统计表、短链分组表、短链接信息表。

• 一个用户可以新建多个分组
• 一个组可以有多个短链接信息
• 一条短链接可以有多个数据统计（每天的访问量）

2.1.1 表设计

⛅️1.用户表

用于保存注册的用户信息

⛅️2.短链信息表

用于记录生成的短链接信息。

⛅️3. 短链分组表

登录的用户可以为新建的短链接分组，每个用户注册成功都会有一个默认的分组且至少有一个组。

⛅️4.短链访问统计表

用于记录每条短链接每天的用户访问量

三、系统详细设计

3.1 短链生成

3.1.1 原理

短链接生成的流程大概就是，用户输入一个长链接，请求短链生成方法，首先该方法需要进行加锁，防止多线程多个用户同时请求该方法出现多线程问题，长链通过短链生成器后得到一个6为数的编码，然后去布隆过滤器去判断是否已经存在，如果已经存在的话需要重新调用生成器生成，接下来就是把这6位编码保存到数据库和布隆过滤器。

3.1.2 流程图

3.2 短链访问网站

3.2.1 原理

短链的访问流程大致是：用户在浏览器输入一个短链接，系统解析出最后的6位编码，然后用这个编码去布隆过滤器查询是否存在，如果存在就去缓存获取长链，如果缓存不存在的话再去数据库查询，并将查询出来的短链解析刷新到缓存，接下来通过请求转发，将获取到的长链接通过302协议转发出去；如果布隆过滤器不存在6位编码的话直接抛出异常。

3.2.2 流程图

四、结论

短链接的应用场景非常的广泛，所以当面对这样的义务时，设计一个可靠的短链接变得很重要，由于本系统是本人设计和开发的第一个版本，设计也很简单，可能会出现些问题，欢迎大家在评论区留言指出，也可以提出问题和修改建议，感谢！。

五、开源地址

后端	前端
https://gitee.com/BreezAm/TZ-SHORTURL	https://gitee.com/BreezAm/shorturl-site

线上地址：http://url.breez.work

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