高性能系統(tǒng)設(shè)計(jì)：互聯(lián)網(wǎng)短鏈接服務(wù)

什么是短鏈接服務(wù)

短鏈接服務(wù)將原本較長(zhǎng)的網(wǎng)址轉(zhuǎn)化成較短的網(wǎng)址，從而便于用戶的記憶與社交軟件上的傳播。

假設(shè)，我們要做一次簡(jiǎn)單的營(yíng)銷活動(dòng)，活動(dòng)流程大體如下：

• 首先，將營(yíng)銷落地頁(yè)，一個(gè)較長(zhǎng)的 URL ( https://www.glo.com/2021/09/15/ddd/tactics/introduction/#more ) 通過短鏈接服務(wù)轉(zhuǎn)化為一個(gè)比較短的 URL（ http://glo.com/s ）；

• 然后，通過營(yíng)銷渠道將短鏈接發(fā)送給目標(biāo)用戶（比如短信）；

• 在用戶獲得短鏈接后，通過鏈接訪問短鏈接服務(wù)。系統(tǒng)接受請(qǐng)求并將請(qǐng)求重定向到原始的長(zhǎng)鏈地址；

• 最后，用戶使用長(zhǎng)鏈地址直接訪問目標(biāo)網(wǎng)站，從而獲得最終響應(yīng)結(jié)果。

整體流程如下：

短鏈接服務(wù)的核心流程主要包括 創(chuàng)建短鏈接 和 訪問短鏈接 。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

短鏈接服務(wù)的核心流程主要圍繞 Key 和 Map 進(jìn)行構(gòu)建的，如：

• 創(chuàng)建短鏈接。首先，生成一個(gè) Key，將長(zhǎng)鏈地址作為 value 保存到 Map 中，然后將短鏈域名和 key 拼接成短鏈接，返回給調(diào)用方；

• 訪問短鏈接。服務(wù)從 URL 中提取 key，然后在 Map 中查找目標(biāo)鏈接，對(duì)目標(biāo)地址做重定向處理。

Map 結(jié)構(gòu)我們可以基于 MySQL 和 Cache 進(jìn)行構(gòu)建，那就剩下如下問題了：

• Key 怎么來，又是怎么維護(hù)的？

• 如何通過 Http 協(xié)議進(jìn)行請(qǐng)求重定向？

2.1 Key 生成

通常情況下，Key 的生成方式由很多。但對(duì)于短鏈接服務(wù)來說，生成 Key 的長(zhǎng)度是一個(gè)非常重要的指標(biāo)。

首先，生成的 Key 不能重復(fù)；其次，Key 要盡可能短。這樣才能使最終短鏈長(zhǎng)度盡可能的小。

基于此，我們無法使用分布式 Key 生成算法，如 UUID。最佳的生成策略應(yīng)該是基于 Number 自增的方案。

結(jié)論：我們需要一個(gè)基于 Number 自增的 Key 生成器。

2.2 Key 編解碼

如果我們使用 Number 作為 Key，那么還有沒有方案進(jìn)一步壓縮 Number 長(zhǎng)度呢？

對(duì)于數(shù)字來說：

• 8 進(jìn)制比 2 進(jìn)制短；

• 10 進(jìn)制比 8 進(jìn)制短；

• 16 進(jìn)制比 10 進(jìn)制短；

• ......

因此，我們可以使用高進(jìn)制對(duì)數(shù)字 Key 進(jìn)行編解碼，從而進(jìn)一步壓縮 Key 的長(zhǎng)度。

2.3 請(qǐng)求重定向

請(qǐng)求重定向是 HTTP 協(xié)議的一部分，JEE 的 HttpServletResponse 就提供重定向接口，同時(shí) Spring MVC 對(duì)其也提供了支持。

基于 HttpServletResponse 的重定向：

public void redirect(@PathVariable String code, HttpServletResponse response) throws IOException {    String url = getTargetUrl(code);    // 調(diào)用 sendRedirect 方法，進(jìn)行請(qǐng)求重定向    response.sendRedirect(url);}

基于 Spring MVC 的重定向：

public ModelAndView redirect(@PathVariable String code){    String url = getTargetUrl(code);    // 使用 RedirectView，進(jìn)行請(qǐng)求重定向    RedirectView redirectView = new RedirectView();    redirectView.setUrl(url);    return new ModelAndView(redirectView);}

要點(diǎn)分析完成后，讓我們先把 maven 項(xiàng)目搭建起來。

項(xiàng)目搭建

該項(xiàng)目使用 Spring Boot 作為主要開發(fā)框架。

項(xiàng)目依賴組件：

隨著功能的增加，將為項(xiàng)目添加更多依賴。

3.1. 項(xiàng)目生成

瀏覽器中輸入 https://start.spring.io/ ，打開 spring-boot 項(xiàng)目生成器，按照下列配置生成項(xiàng)目：

點(diǎn)擊“Generate Project”，生成并下載項(xiàng)目。將下載的項(xiàng)目解壓，得到一個(gè)完整的 maven 項(xiàng)目，打開熟悉的 IDE，將項(xiàng)目導(dǎo)入到 IDE 中。

我們生成了一個(gè)空的 Spring Boot 項(xiàng)目，稍后的所有操作都會(huì)基于這個(gè)項(xiàng)目完成。

項(xiàng)目成功生成后，讓我們對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步分析。首先，需要對(duì)系統(tǒng)中的核心組件進(jìn)行梳理。

核心組件

基于設(shè)計(jì)分析，我們可以整理出系統(tǒng)所需的核心組件。

4.1 NumberGenerator

通過自增方式生成 Number 類型的 Key。

其接口簽名如下：

public interface NumberGenerator {    /**     * 生成自增 Key     * @return     */    Long nextNumber(NumberType type);}

4.2 NumberEncoder

對(duì) Number 進(jìn)行編解碼操作，以進(jìn)一步減少 Key 的長(zhǎng)度。

其接口簽名如下：

public interface NumberEncoder {    /**     * 對(duì) Number 進(jìn)行編碼     * @param id     * @return     */    String encode(Long id);
    /**     * 對(duì) Number 進(jìn)行解密     * @param str     * @return     */    Long decode(String str);}

4.3 TargetUrlRepository

用于處理目標(biāo) URL 的持久化。

其接口定義如下：

public interface TargetUrlRepository {    /**     * 添加鏈接     * @param targetUrl     */    void save(TargetUrl targetUrl);
    /**     * 獲取連接     * @param id     * @return     */    TargetUrl getById(Long id);}

至此，系統(tǒng)核心組件就分析完了。接下來，讓我們看下核心流程。

核心流程

核心流程主要包括創(chuàng)建短鏈接和訪問短鏈接。

5.1 創(chuàng)建短鏈接

創(chuàng)建短鏈接，主要服務(wù)于內(nèi)部系統(tǒng)，將較長(zhǎng)的 URL 地址提交到短鏈接服務(wù)，并獲取與之對(duì)應(yīng)的較短的 URL 地址。

創(chuàng)建短鏈接流程大體如下：

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