短网址服务设计

背景

短网址服务，用来将输入的一个长网址转换为一个短网址（比如附录中的案例），当用户请求这个短网址时，服务查询出真实的url;
设计这么一个短网址服务，需要考虑哪些点？

数据结构

首先，需要考虑短网址应该如何存储，使用一个key-value结构就可以；
key是生成的短网址，具有唯一性；
value为原始真实网址；

算法

计算短网址的算法可以很简单，短网址与原始网址就只存在一个映射关系。
从1开始递增来映射每一个网址；
1个位上可以使用26位字母+10个数字，即36进制；而如果也用上大写字母，就是62进制；
当然，在计算前需要通过value来查一遍，确定是否有重复键，如果有重复，直接返回；
那通过value如何快速定位是否有重复？再使用一个STL set来解决判重是个方法，有没有更好的方式？

使用一个hash表或STL set保存所有的长url会消耗很大的空间；而如果不保存这个映射关系，用户针对同一个长url的多次请求都返回的是不同的短url，体验不好，也消耗短url资源；
好的做法：保存最近一段时间（比如6小时）的长url记录，这段时间内，对同一长url的转换，返回的是同一个短url；而过期之后再做转换，返回另一个新的URL;

确定key的长度和value的长度

value长度可以设置在500，一般的网址不会超过这个数；
key: t.cn/**
key的长度决定了能够支持多少个短网址；
如果是5位长度,能够支持6000多万的网址，6位长度就是21亿;

数据容量

预估数据容量
会占用多大的空间；对于这类服务，基于效率考虑，一般是全内存操作；
如果单机能够装下，使用单机；
如果单机无法装下，需要分片；分片策略可以根据key的递增范围来定，也可以根据取模来确定；

分片策略

根据key的递增范围分片

优点：扩容简单，超过1个服务器的容量后就增加一台机器；
缺点：负载可能不均衡；一般后生成的短网址访问比较频繁，造成装载早期短网址的服务器空闲；

根据key的取模来分片

优点：用户的负载比较均衡；
缺点：难以扩容

取舍：可以先预估数据容量，确定使用的服务器数，使用第二种分片方法；当数据超出预估的容量，对于超出的key再使用第一种分片方法路由到新的服务器上（打补丁）

接口设计

确定用户传入的接口协议,用户的输入和输出

并发读写和数据存储

使用什么来存放这些key-value数据？
貌似一个STL hash map容器就可以，但map不是线程安全的，考虑加锁？
如果实时性要求不高，可以使用AB两块内存操作，一块内存线上读，一块线下写，定期更新；
由于用户输入了长的网址之后，需要在终端上能够显示出被转换的短网址，所有对写的实时性也是有要求的；
要求实时，针对map可能得用上锁，或者直接使用第三方内存产品，如redis，memcache等；
对redis的读写使用异步进一步提高并发效率；

网络

对于用户请求量，如果是千兆网能够满足，使用一个单线程事件循环来处理；（IO non-blocking + io multiplexing）
如果用户请求更大，使用多个Reactor事件循环来处理，接入的reactor只负责事件的监听，连接建立后，将用户请求的处理转到后续的计算reactor中处理；
查询和更新逻辑简单，可以直接在IO事件循环中处理（类似ngnix架构）
如果更新逻辑复杂，考虑后台增加额外的进程/线程池，处理异步写操作；

安全

（可选）考虑有恶意用户，构造不存在的网址来连续触发请求，以此来占满短网址的id；
可对网址进行合法性校验（直接访问那个网址太耗时间，不太显示）
对同一来源用户限制请求数；

案例

http://t.im/ 这个短网址生成器上使用的就是36进制递增来做的：
例如，多次输入不同的长网址，得到的短网址：
http://t.im/vgu8
http://t.im/vgu9
http://t.im/vgu0
http://t.im/vgua
从这也可看出这个网站的并发并不大，我这几次请求都是相隔几秒的；
这个网站也没有做特殊的网址校验规则，比如输入a.bb.ccc之类的网址，都为合法；