系统设计：短链服务

背景

短链接的现实生活中比较常见，比如我们接受到的广告短信、微信分享、二维码链接等。 其优势是

• 链接简洁，可节省字数，利于宣传推广，而且微信支付 API 会限制链接长度
• 可隐藏短链后的内容，便于动态修改
• 生成的二维码不密集
• 可定制链接，增强链接的标识度

基本原理

将短链标识，传递给服务器，服务器匹配后返回长链接。

这里核心的内容主要有：

• 短链标识设计
• 链接转发
• 性能要求高

标识设计

标识主要考虑的因素有容量和字符集以及长度。

我们希望能用尽可能短的字符表示尽可能大的容量。

以 UUID 为例子，如果用随机字符+时间戳+用户 ID+随机数的形式，那可能会是这样子的：1_ec3665fd60679de5f08c55a9e73533941631246492968

这显然是太长了，不适合在短链的情景。那有办法变短么？回归到计算机的原理，数据都是用二进制存储的，不难发现以下规律：

二进制：111111111111 四进制：333333 八进制：7777

随着进制的增加，字符长度在变短。而在位数相同的情况下，进制越高，能表示的访问就越大，相当于容量增加了。所以短链更适合用高进制来表示。

通常可用的字符集有 0-9，a-z，A-Z，三者混合而成，加起来一共 62 个字符，因此可以用 62 进制来形成标识。

基本上 6 位就够用了。

链接转发

需要实现的效果是访问短链，系统自动跳转到长链上。熟悉计算机网络的大家都知道 301 和 302 都有重定向的功能，那这里该怎么选择呢？

301 和 302 的区别：

301 永久重定向，即浏览器只需要第一次请求拿到长链接后，下次再去访问这个短链就不会向短网址服务器请求了，而是直接从浏览器的缓存里拿。这样可以提高浏览器的访问速度，但是也有一个问题，就是如果我们想统计活动链接的访问数据的话就无从下手了。或者是这个活动结束了我想删除访问入口，但由于浏览器缓存可能还会导致有用户访问到。所以我们一般不使用 301。

302 临时重定向，即每次访问短链都会去请求短网址服务器（除非响应中用 Cache-Control 或 Expired 暗示浏览器缓存），这样就便于 server 数据监控，所以虽然用 302 会给 server 增加一点压力，但明显是利大于弊的。

所以一般为了确保链接的可控性，都是选择 302 的跳转方式。

高性能

短链一般是服务于多个业务场景，具体性能要求有多高，可以根据各个公司的业务场景来决定。

方案 1：redis+nginx+数据库

采用服务化的方式，构建短链服务中心，负责长短链的转换，缓存的管理等功能。其它系统需要使用相关功能时，统一调用短链服务。

缓存设计： 1）因为缓存只用来查询，而且需要满足高流量要求，所以采用 redis 来存储数据

2）数据结构：key=短链码 value=原始链接

3）因为长短链对照数据不存在修改，所以正常数据有效期设置为永久存在。

4）缓存更新模式使用主动推送，在数据新增的时候直接推送到 redis 集群；同时提供数据全量更新的接口，以供手动推送缓存数据或者每天自动更新。

5）因为可能存在热点缓存的问题，使用短链服务的本地内存缓存热点数据，采用 LRU 去更新热点缓存，减少一次网络 io，提高性能

这种方式，高并发情况下只能通过横向服务器节点进行扩容。

方案 2：OpenResty + MySQL

OpenResty® 是一个基于 Nginx 与 Lua 的高性能 Web 平台，其内部集成了大量精良的 Lua 库、第三方模块以及大多数的依赖项。用于方便地搭建能够处理超高并发、扩展性极高的动态 Web 应用、Web 服务和动态网关。

OpenResty® 通过汇聚各种设计精良的 Nginx 模块（主要由 OpenResty 团队自主开发），从而将 Nginx 有效地变成一个强大的通用 Web 应用平台。这样，Web 开发人员和系统工程师可以使用 Lua 脚本语言调动 Nginx 支持的各种 C 以及 Lua 模块，快速构造出足以胜任 10K 乃至 1000K 以上单机并发连接的高性能 Web 应用系统。

OpenResty 定制了 nginx，集成了 redis，支持编写 lua 脚本，其高性能主要取决于支持在 ng 层配合缓存和数据库做业务逻辑处理。减少了很多不必要的中间接，做到快速相应。

功能设计

主要分为 B 端和 C 端，其中 B 端是做短链配置管理，C 端是提供短链转换服务。

B 端功能：

• 短链转换：访问后重定向到长网址。

C 端功能：

• 短链管理：提供将长网址转换成短链的功能，支持设置短链的有效时长，启用、禁用短链，修改短链的映射。支持单个和批量以及接口方式创建。
• 访问日志分析：分析 nginx 的访问日志，将访问记录保存至 MySQL。
• 访问统计：统计访问记录，获取访问的 IP、客户端代理，从而提炼并统计访问的区域、设备等信息。
• 多域名管理：支持配置不通的业务域名，避免因业务公用导致连带问题