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短链接URL系统是怎么设计的?

www.ft12.com5年前 (2017-05-05)短网址资讯1533

最实在的回答

实现一个算法,将长地址转成短地址。实现长和短一一对应。然后再实现它的逆运算,将短地址还能换算回长地址。

这个回答看起来挺完美的,然后候选人也会说现在时间比较短,如果给我时间我去找这个算法就解决问题了。但是稍微有点计算机或者信息论常识的人就能发现,这个算法就跟永动机一样,是永远不可能找到的。即使我们定义短地址是100位。那么它的变化是62的100次方。62=10数字+26大写字母+26小写字母。无论这个数多么大,他也不可能大过世界上可能存在的长地址。所以实现一一对应,本身就是不可能的。

再换一个说法来反驳,如果真有这么一个算法和逆运算,那么基本上现在的压缩软件都可以歇菜了,而世界上所有的信息,都可以压缩到100个字符。这~可能吗。

短 URL 系统是怎么设计的?

另一个很烂的回答

和上面一样,也找一个算法,把长地址转成短链接,但是不存在逆运算。我们需要把短对长的关系存到DB中,在通过短查长时,需要查DB。

怎么说呢,没有改变本质,如果真有这么一个算法,那必然是会出现碰撞的,也就是多个长地址转成了同一个短地址。因为我们无法预知会输入什么样的长地址到这个系统中,所以不可能实现这样一个绝对不碰撞的hash函数。

比较烂的回答

那我们用一个hash算法,我承认它会碰撞,碰撞后我再在后面加1,2,3不就行了。

ok,这样的话,当通过这个hash算法算出来之后,可能我们会需要做btree式的大于小于或者like查找到能知道现在应该在后面加1,2,或3,这个也可能由于输入的长地址集的不确定性。导致生成短地址时间的不确定性。同样烂的回答还有随机生成一个短地址,去查找是否用过,用过就再随机,如此往复,直到随机到一个没用过的短网址

正确的原理

上面是几种典型的错误回答,下面咱们直接说正确的原理。

正确的原理就是通过发号策略,给每一个过来的长地址,发一个号即可,小型系统直接用mysql的自增索引就搞定了。如果是大型应用,可以考虑各种分布式key-value系统做发号器。不停的自增就行了。第一个使用这个服务的人得到的短地址是 http://u6.gg/0 第二个是 http://u6.gg/1 第11个是 http://u6.gg/a 第依次往后,相当于实现了一个62进制的自增字段即可。

几个子问题

1. 62进制如何用数据库或者KV存储来做?

其实我们并不需要在存储中用62进制,用10进制就好了。比如第10000个长地址,我们给它的短地址对应的编号是9999,我们通过存储自增拿到9999后,再做一个10进制到62进制的转换,转成62进制数即可。这个10~62进制转换,你完全都可以自己实现。

2. 如何保证同一个长地址,每次转出来都是一样的短网址

上面的发号原理中,是不判断长地址是否已经转过的。也就是说用拿着百度首页地址来转,我给一个http://u6.gg/abc 过一段时间你再来转,我还会给你一个 http://u6.gg/xyz。这看起来挺不好的,但是不好在哪里呢?不好在不是一一对应,而一长对多短。这与我们完美主义的基因不符合,那么除此以外还有什么不对的地方?

有人说它浪费空间,这是对的。同一个长地址,产生多条短地址记录,这明显是浪费空间的。那么我们如何避免空间浪费,有人非常迅速的回答我,建立一个长对短的KV存储即可。嗯,听起来有理,但是。。。这个KV存储本身就是浪费大量空间。所以我们是在用空间换空间,而且貌似是在用大空间换小空间。真的划算吗?这个问题要考虑一下。当然,也不是没有办法解决,我们做不到真正的一一对应,那么打个折扣是不是可以搞定?

这个问题的答案太多种,各有各招。这个方案最简单的是建立一个长对短的hashtable,这样相当于用空间来换空间,同时换取一个设计上的优雅(真正的一对一)。实际情况是有很多性价比高的打折方案可以用,这个方案设计因人而异了。那我就说一下我的方案吧。

我的方案是:用key-value存储,保存“最近”生成的长对短的一个对应关系。注意是“最近”,也就是说,我并不保存全量的长对短的关系,而只保存最近的。比如采用一小时过期的机制来实现LRU淘汰。

这样的话,长转短的流程变成这样:

  • 在这个“最近”表中查看一下,看长地址有没有对应的短地址

    • 有就直接返回,并且将这个key-value对的过期时间再延长成一小时

    • 如果没有,就通过发号器生成一个短地址,并且将这个“最近”表中,过期时间为1小时

所以当一个地址被频繁使用,那么它会一直在这个key-value表中,总能返回当初生成那个短地址,不会出现重复的问题。如果它使用并不频繁,那么长对短的key会过期,LRU机制自动就会淘汰掉它。

当然,这不能保证100%的同一个长地址一定能转出同一个短地址,比如你拿一个生僻的url,每间隔1小时来转一次,你会得到不同的短地址。但是这真的有关系吗?

3. 如何保证发号器的大并发高可用

上面设计看起来有一个单点,那就是发号器。如果做成分布式的,那么多节点要保持同步加1,多点同时写入,这个嘛,以CAP理论看,是不可能真正做到的。其实这个问题的解决非常简单,我们可以退一步考虑,我们是否可以实现两个发号器,一个发单号,一个发双号,这样就变单点为多点了?依次类推,我们可以实现1000个逻辑发号器,分别发尾号为0到999的号。每发一个号,每个发号器加1000,而不是加1。这些发号器独立工作,互不干扰即可。而且在实现上,也可以先是逻辑的,真的压力变大了,再拆分成独立的物理机器单元。1000个节点,估计对人类来说应该够用了。如果你真的还想更多,理论上也是可以的。

4. 具体存储如何选择

这个问题就不展开说了,各有各道,主要考察一下对存储的理解。对缓存原理的理解,和对市面上DB、Cache系统可用性,并发能力,一致性等方面的理解。

5. 跳转用301还是302

这也是一个有意思的话题。首先当然考察一个候选人对301和302的理解。浏览器缓存机制的理解。然后是考察他的业务经验。301是永久重定向,302是临时重定向。短地址一经生成就不会变化,所以用301是符合http语义的。同时对服务器压力也会有一定减少。

但是如果使用了301,我们就无法统计到短链接被点击的次数了。而这个点击次数是一个非常有意思的大数据分析数据源。能够分析出的东西非常非常多。所以选择302虽然会增加服务器压力,但是我想是一个更好的选择。

大概就是这样。


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