短网址系统设计与实战

🎨领域：Java后端开发

🔥收录专栏：系统设计与实战
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文章目录

- 💖介绍
- 💖一、相关概念及技术
- - 🌲1.1 Redis缓存
  - 🌲1.2 生成6位随机码算法
  - 🌲1.3 布隆过滤器
  - 🌲1.4 302和301
- 💖二、系统设计
- - 🌲2.1 数据库设计
  - - 🎄2.1.1 ER图
    - 🎄2.1.1 表设计
    - - ⛅️1.用户表
      - ⛅️2.短链信息表
      - ⛅️3. 短链分组表
      - ⛅️4.短链访问统计表
- 💖三、系统详细设计
- - 🌲3.1 短链生成
  - - 🎄3.1.1 原理
    - 🎄3.1.2 流程图
  - 🌲3.2 短链访问网站
  - - 🎄3.2.1 原理
    - 🎄3.2.2 流程图
- 💖四、结论
- 💖五、开源地址

💖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：

在这里插入图片描述

🌲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？

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。
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。

在这里插入图片描述

@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）

在这里插入图片描述

🎄2.1.1 表设计

⛅️1.用户表

用于保存注册的用户信息

在这里插入图片描述

⛅️2.短链信息表

用于记录生成的短链接信息。

在这里插入图片描述

⛅️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。

在这里插入图片描述

⛅️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

在这里插入图片描述

💖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

在这里插入图片描述

🌲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。