高效生成短链接：利用 MurmurHash 和 Base62 编码的实践指南

在数字化和互联网迅速发展的今天，短链接已经成为现代网络应用中不可或缺的一部分。短链接不仅能够节省空间，提高用户体验，还能在社交媒体、短信和二维码中方便地进行分享。然而，生成高效且唯一的短链接并非易事。本文将介绍如何结合 MurmurHash 和 Base62 编码，生成高效、短小且唯一的短链接。

1. 短链接的需求背景

短链接的生成技术广泛应用于以下场景：

• 社交媒体：长网址在社交平台上显得冗长和不美观，短链接可以提高可读性和点击率。
• 二维码：短链接更适合嵌入二维码，使得二维码更加简洁。
• 营销和广告：短链接便于跟踪和统计点击数据，有助于分析广告效果。
• 数据存储：生成唯一的短标识符用于数据库中的索引和缓存键值。

2. 什么是 MurmurHash？

MurmurHash 是一种非加密的高效哈希函数，由 Austin Appleby 开发。它主要用于哈希表和数据分布等场景。

2.1 MurmurHash 的特点

• 高性能：MurmurHash 提供了快速的哈希计算，适合大规模数据处理。
• 低碰撞概率：在大量数据的哈希计算中，MurmurHash 具有较低的碰撞概率。
• 一致性：在不同平台和操作系统上，MurmurHash 生成的哈希值是一致的。

2.2 为什么选择 MurmurHash？

在短链接生成中，我们需要一个快速且具有良好分布性的哈希算法。MurmurHash 之所以适合这个任务，主要有以下几个原因：

• 速度：MurmurHash 设计目标之一就是高效，它能够快速地处理大量数据，适合需要高性能的应用场景。
• 低碰撞率：对于短链接生成来说，我们希望哈希函数能够尽可能地避免碰撞，即不同的输入 URL 尽可能地生成不同的短链接。MurmurHash 提供了良好的碰撞概率特性，能够满足这一需求。
• 简单性：MurmurHash 的实现简单，易于集成，减少了复杂度并提高了系统的稳定性。

3. 什么是 Base62 编码？

Base62 编码是一种将数据压缩成更短字符串的编码方式，它使用 62 个字符：0-9、A-Z 和 a-z。Base62 编码广泛用于生成简短、可读性强的标识符。

3.1 Base62 编码的优点

• 短小：相比于十六进制编码，Base62 编码生成的字符串更短。
• 兼容性强：避免了 URL 中可能出现的特殊字符，使得编码后的字符串在 URL 中使用更为可靠。
• 易于阅读：由常见的字符组成，易于用户记忆和分享。

4. 利用 MurmurHash 和 Base62 生成短链接

结合 MurmurHash 和 Base62 编码，可以实现高效的短链接生成。以下是一个简单的实现工具类。

4.1 代码实现

package com.mps.shortLink.project.toolkit;
import cn.hutool.core.lang.hash.MurmurHash;

/**
 * HASH 工具类
 */
public class HashUtil {

    private static final char[] CHARS = new char[]{
            '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'
    };

    private static final int SIZE = CHARS.length;

    private static String convertDecToBase62(long num) {
        if (num == 0) return "0"; // 特殊情况处理：当数字为0时，返回"0"
        StringBuilder sb = new StringBuilder();
        while (num > 0) {
            int i = (int) (num % SIZE); // 计算余数
            sb.append(CHARS[i]); // 将余数映射到 Base62 字符
            num /= SIZE; // 更新数字
        }
        return sb.reverse().toString(); // 逆序返回 Base62 编码结果
    }

    public static String hashToBase62(String str) {
        int i = MurmurHash.hash32(str); // 使用 MurmurHash 计算字符串的 32 位哈希值
        long num = i < 0 ? Integer.MAX_VALUE - (long) i : i; // 将负数转换为非负数
        return convertDecToBase62(num); // 将哈希值转换为 Base62 编码的短链接
    }
}

4.2 代码解析

convertDecToBase62 方法详解

• 处理特殊情况：

  if (num == 0) return "0";
  

  当 num 为0时，直接返回 “0”。这是为了处理边界情况，确保在所有输入条件下都能返回一个有效的 Base62 编码字符串。

• 计算 Base62 编码：

  StringBuilder sb = new StringBuilder();
  while (num > 0) {
      int i = (int) (num % SIZE);
      sb.append(CHARS[i]);
      num /= SIZE;
  }
  

  通过取模运算 (num % SIZE) 和除法运算 (num /= SIZE) 将数字转换为 Base62 编码。余数 i 被映射到字符数组 CHARS 上，从而生成相应的字符。这个过程反复进行直到 num 变为0。

• 返回结果：

  return sb.reverse().toString();
  

  由于字符是从最低有效位开始添加的，因此需要将字符串反转，以得到正确的 Base62 编码结果。

hashToBase62 方法详解

• int i = MurmurHash.hash32(str);

  • 使用 MurmurHash.hash32 方法计算输入字符串 str 的 32 位哈希值。MurmurHash 提供了高效的哈希计算，这里生成的哈希值是一个整数，可能是负数。

• long num = i < 0 ? Integer.MAX_VALUE - (long) i : i;

  • 将哈希值 i 转换为非负数。如果 i 是负数，则通过 Integer.MAX_VALUE - (long) i 将其映射到正范围内。这一步的目的是确保后续的 Base62 编码操作在非负数上进行。

• return convertDecToBase62(num);

  • 调用 convertDecToBase62 方法将非负的哈希值 num 转换为 Base62 编码的字符串。convertDecToBase62 方法通过将数字逐步除以 Base62 的基数（62），并将余数映射到字符数组 CHARS，最终生成短链接。

4.3 示例使用

public class ShortLinkService {
    public String createShortLink(String longUrl) {
        return HashUtil.hashToBase62(longUrl);
    }

    public static void main(String[] args) {
        ShortLinkService service = new ShortLinkService();
        String shortLink = service.createShortLink("https://www.example.com");
        System.out.println("Short link: " + shortLink);
    }
}

在这个示例中，我们通过 HashUtil.hashToBase62 方法生成了一个短链接。生成的短链接字符串更短、更易于使用和分享。

4.4 生成短链接的结果

生成的短链接是原始 URL 的哈希值经过 Base62 编码后的结果。例如，将 https://www.example.com 转换为短链接可能得到类似于 aB3kLz 的结果。这个短链接比原始 URL 更短，适合在各种需要短标识符的场景中使用，如社交媒体、二维码和广告追踪等。

4.5 使用场景

1. 短链接生成：将长 URL 转换为短链接，方便在社交媒体和二维码中使用。
2. 唯一标识符生成：为各种资源生成唯一的短标识符，简化管理和查询。
3. 缓存键生成：在分布式缓存系统中生成短小的缓存键，提高效率。

4.6 优势分析

• 高效生成：结合 MurmurHash 的速度和 Base62 编码的短小特点，能够快速生成短链接。
• 兼容性强：生成的短链接字符串适合在 URL 和其他需要短标识符的场景中使用。
• 扩展性：可以根据需求调整编码方式或哈希算法，灵活适应不同应用场景。

5. 总结

通过结合使用 MurmurHash 和 Base62 编码，我们可以高效生成短链接，解决长 URL 带来的不便。这种方法不仅适用于 URL 缩短，还可以广泛应用于生成唯一标识符和缓存键等场景。如果你对短链接生成有更深入的需求或遇到问题，欢迎在评论区与我讨论！