短链接是怎么设计的？带你入门

小灰灰 2024-03-26 15:51 89阅读 0赞

#### 文章目录 ####

*  前言
 *  一、短链
 *   *  1、原理
     *   *  1.1 短链生成原理
         *  1.2 短链跳转原理：
     *  2、设计：
     *   *  2.1 短链需求
         *  2.2 考虑的问题？
 *  二、实践案例
 *   *  1、设计表：
     *  2、生成短链：

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## 前言 ##

说到 URL 你肯定不陌生，浏览器输入一段 URL，立马就跳转到你想要的网站，不过你应该也遇到过一些带了很多参数、特别长的 URL，看起来就乱糟糟的，能不能把它变短一点？

首先你要知道的是，长链是没法压缩成短链的，那我们这里怎么设计短链？

答案是：`映射`。

将需要的长链生成对应的短链，你可以把这个映射关系放在缓存、也可以放在数据库。然后，每次访问短链的时候，都需查到这个对应关系，并`重定向`到真正长链接对应的网址。

短链设计本身很简单，不过现在的需求量非常大，这个量级上去了，简单的东西都会变得复杂，因此，本文从简入深探讨锻炼设计原理与方法。

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## 一、短链 ##

URL 短链，就是把原来较长的网址，转换成比较短的网址，比如这样：`https://s.xxx.com/1WB5A3`。那这样设计的好处？

首先，网址短、美观、便于发布、传播，可以写更多有意义的文字。

其次，省钱省成本：在短信中，如果含长网址的短信内容超过 70 字，就会被拆成两条发送，而用短链则可能一条短信就搞定，如果短信量大也可以省下不少钱。

再则，易识别：我们平常看到的二维码，本质上也是一串 URL ，如果是长链，对应的二维码会密密麻麻，扫码的时候机器很难识别，而短链则不存在这个问题。

另外，出于安全考虑，不想让有意图的人看到原始网址。

### 1、原理 ###

#### 1.1 短链生成原理 ####

**获取短链：**

短链标志（flag）长度一般 5 - 7位，一般由数字、字母（可选择区分大小写）等字符组成。有几种常见的获取方式：

1）截取前缀：我们可以从众多 hash 算法中选择一种（比如 MD5），将 url 经过 hash 计算之后得到一串字符，然后截取前缀 5 - 7位即可。

案例如下：

public static String toHex(String url) {
        
            String hash = Md5.hash(url);
            return hash.substring(0, 6);
        }

2）除法取模：选择一种 hash 算法可以输出 32 位、64位 … 的整数 x，对字符集合大小取模，得到下标 id，记录下来，从指定的字符编码集合中找到对应字符，循环该操作直到 x 小于编码集大小。

这里的 hash 算法我们选择比较有代表性的 `MurMurHash`，是一种简单、高效、散列均匀的算法，众多开源框架中都采用了这种算法，比如 Redis。

这种算法不用你自己去实现，很多工具包已经帮你实现了，我们这里采用 `Hutool` 工具包里的实现，如下：

int hash = HashUtil.murmur32(url.getBytes());

然后将整数散列值通过 除法取模 运算并从指定字符编码集选定字符输出，如下：

private static String to62HEX(int num) {
        
            num = Math.abs(num);
            String chars = "0123456789abcdefghijklmnopqrstuvwxyzABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ";
    
            StringBuilder sb = new StringBuilder();
            int remainder;
    
            while (num > 62 - 1) {
        
                remainder = Long.valueOf(num % 62).intValue();
                sb.append(chars.charAt(remainder));
                num = num / 62;
            }
    
            sb.append(chars.charAt(Long.valueOf(num).intValue()));
            return sb.reverse().toString();
        }

**解决短链碰撞：**

所谓碰撞就是出现了重复，短链重复了肯定不行，因为映射关系需要唯一对应。

你也知道，很多常见的散列算法输出的散列值，都有可能出现极小概率冲突，尤其是我们这里只有 5 - 7 位，冲突概率就进一步加大，怎么解决？考虑短链的应用场景，我们介绍常见的一种方式：

加随机串，多次计算，直到找到没有冲突的短链：

// 已被占用，则增加随机延长串进行重新计算
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
        
            flag = genShortLink(link + RandomStringUtils.randomAlphabetic(10));
            if (shortLinkDao.findByFlag(flag).isEmpty()) {
        
                break;
            }
        }

以上是根据我们目前的场景设计，循环 10 次基本够用，如果你的场景不够用，你可以考虑酌情优化。

#### 1.2 短链跳转原理： ####

当你从浏览器输入短链地址并回车时，浏览器地址栏立马出现类似于这样一长串的地址：

https://wx36fb82dbb481a6a2.shop.xxxxxx.com.cn/shop/nw0f7c60fd7000/success/19515?type=source&sign=01FB60A657676C6905C84F8C90A1DA99&timestamp=1678366800

这个地址才是短链真正的目标地址。`也就是说，短链不是真正的目标网址，我们需要重定向找到短链映射的目标地址`，怎么找？从哪里找？

还是那句话，完全取决于你的场景选择，如果你的用量非常大，设计一个单独的短链服务并独立部署也是很有必要的。

当然，如果你的用量一般，直接在基础服务上设计短链接口也是没有问题的。

然后，重定向？请求一般是先通过网关，所以，在网关，需要识别到当前是 `短链` 请求，然后直接调用接口查询短链的映射地址，并给客户端返回重定向信息。

具体我这里给一个例子：

![在这里插入图片描述][26ee564f0ef84567965b55b3aae5c0e7.png]

访问流程基本就以下几点：

*  1）客户端通过浏览器访问短链
 *  2）服务端返回 301 / 302 重定向码并携带 location= `原链接`
 *  3）客户端浏览器重新访问原链接

### 2、设计： ###

前文我们讲到了短链的基本原理，实际场景变化万千，我们来看看通常情况下，你在设计短链的时候需要考虑到哪些问题。

#### 2.1 短链需求 ####

1）唯一：给定原始的长 URL ，短链服务能生成比它`短且唯一`的 URL，即 短链

2）映射：用户点击短链 ， 能跳转到原始的长 URL

3）过期：短链经过一定时间后，会`过期`

4）REST API：接口需要设计成 REST API

5）过滤：有些关键字眼，比如 NS`SB`M 比如这种，可酌情考虑过滤掉。

#### 2.2 考虑的问题？ ####

1）过期：短链一般都不是长期有效的，3个月、6个月、一年 … 处理方式很多，你可以定期手动删除、任务定时检查删除 …

2）过滤：有些客户可能对特殊的字眼比较敏感，比如 SB、SC、MD … 可以酌情考虑过滤掉。

3）安全：短链不可被预测，否则简单的遍历就能把所有短链都遍历完，空耗系统资源。因此，常见的递增主键的方式一般不能采用。

4）高性能：生成短链的过程，以及从短链跳转到原始 URL 要近实时，你可以考虑预先生成足够多的短链、映射关系缓存等等 …

5）高可用：服务不能存在单点故障，如果你的请求量比较大或者要求低容错率，一般你需要考虑集群部署，分散单节点的压力。

6）系统容量预估：需要提前预估你的需求场景，尤其是量大的时候，如何快速存、快速取是一个设计要点。

7）系统扩展：这个一般也是量大的时候需要考虑。

…

## 二、实践案例 ##

这里我们看看如何快速设计一个可线上使用的短链服务。

### 1、设计表： ###

CREATE TABLE `t_short_link` (
      `id` bigint(20) NOT NULL AUTO_INCREMENT COMMENT 'id',
      `flag` varchar(10) NOT NULL COMMENT '短链标识',
      `link` varchar(2048) NOT NULL COMMENT '原始链接',
      `md5` varchar(64) NOT NULL COMMENT '原始链接的md5',
      `created_at` datetime NOT NULL DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP COMMENT '创建时间',
      `deleted` tinyint(4) DEFAULT '0',
      PRIMARY KEY (`id`),
      UNIQUE KEY `uk_flag` (`flag`),
      UNIQUE KEY `uk_md5` (`md5`)
    )

其中，flag 就是我们的短链标志，通过 flag 可以找出具体的映射的 link（url），然后重定向访问 link 即可。

另外，这里我们记录了原始链接的 MD5 值，有什么作用？你想，如果你想要判断某个长链接是否已经存在，要去对比原链接吗？太麻烦，直接用 MD5 值来判断，非常方便。

最后，还是建议你从数据库层面确保短链的唯一性，因此，我们这里将 flag、md5 字段设置成了唯一键，确保不会出现重复。

### 2、生成短链： ###

业务层面还是比较简单了，主要有查询判断、去重、以及散列冲突解决。

public String createShortLink(Params params) {
        
            String link=params.getLink();
            String host=params.getHost();
            String md5 = DigestUtils.md5DigestAsHex(link.getBytes(StandardCharsets.UTF_8));
            Optional<ShortLink> shortLinkOptional = shortLinkDao.findByMd5(md5);
            // 已存在，直接返回
            if (shortLinkOptional.isPresent()) {
        
                return getShortLink(shortLink, host);
            }
            
            // 加锁避免相同链接并发处理
            final RLock lock = redissonClient.getLock(CacheConstants.LOCK_SHORT_LOCK_CREATE + md5);
            try {
        
                if (lock.tryLock(3, TimeUnit.SECONDS)) {
        
                    // 二次检测
                    shortLinkOptional = shortLinkDao.findByMd5(md5);
                    if (shortLinkOptional.isPresent()) {
        
                        return getShortLink(shortLinkOptional.get(), host);
                    }
                    
                    String flag = "";
                    flag = genShortLink(link);
                    if (shortLinkDao.findByFlag(flag).isPresent()) {
        
                        // 已被占用，则增加随机延长串进行重新计算
                        for (int i = 0; i < 10; i++) {
        
                            flag = genShortLink(link + RandomStringUtils.randomAlphabetic(10));
                            if (shortLinkDao.findByFlag(flag).isEmpty()) {
        
                                break;
                            }
                        }
                    }
                    ShortLink shortLink = new ShortLink(flag, link, md5);
                    shortLinkDao.save(shortLink);
                    return getShortLink(shortLink, host);
                }
            } catch (Exception e) {
        
                if (e instanceof InterruptedException) {
        
                    Thread.currentThread().interrupt();
                }
                log.error("[short_link] 短链生成失败", e);
                
                throw new BizException(ErrorEnum.SHORT_LINK_FAIL);
            } finally {
        
                if (lock.isHeldByCurrentThread() && lock.isLocked()) {
        
                    lock.unlock();
                }
            }
            return link;
        }

生成短链，核心就是要生成一个不重复的 短链标志（flag），一般短链的 flag 会设计成 5、6 位由数字、字母组成的`随机`字符串，原则上长度越长，冲突的概率越小。

具体生成短链的方法我们前面已经提过了，我们简单回顾下：

public static String genShortLink(String link) {
        
            return to62HEX(HashUtil.murmur32(link.getBytes()));
        }

至此，一个基本可用短链能够满足一般的场景了 …

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