「这是我参与11月更文挑战的第6天，活动详情查看：2021最后一次更文挑战」。
作者：Mintimate
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短链接
什么是短链接
短链接，又称缩略网址服务、缩址、短址、短网址、缩略网址、网址缩短、缩短网址、URL缩短等，指的是一种互联网上的技术与服务。
此服务可以提供短URL以代替原来可能较长的URL，将长的URL地址缩短。
用户访问缩短后的URL时，通常将会重定向到原来的URL。
为什么用短链接
使用短链接，主要的场景有：
- Twitter、微博等平台，消息字数限制，使用短链接对原有链接缩短。
- 隐藏Get、PATH参数。
- ……
实例演示
有些小伙伴可能还是没有概念，这里举个腾讯云自带的短链接。比如:腾讯云活动的链接是：
https://cloud.tencent.com/act/cps/redirect?redirect=1077&cps_key=&from=console
复制代码而腾讯云对外给的短链接：
https://curl.qcloud.com/XnaFxKqr
复制代码可以看到，链接有效地缩短了。同时，已经看不到PATH和Get参数。用户访问短链接，会自动301/302跳转到原链接：
实现思路
其实实现的思路很简单，我们生成一个短链接，大概的思路是传入原链接，在后台进行处理后，得到一个唯一识别码，一同存入数据库，最后再把这个唯一识别码回显给用户。
得到短链接后，用户发给其他用户进行访问时，后台根据这个识别码，再进行数据库查询（完善的系统内，还会有Redis进行缓存），最后重定向到原链接即可：
所以，其实实现很简单，要点：
- 生成唯一
识别码，对应链接，且识别码要短。 - 后台301/302
重定向跳转。
如何实现上述两个要点呢？
本文以Java（Springboot）为例，其他编程语言可以按图索骥。
唯一识别码
每次后台接收前台的响应，则生成一个识别码存储到数据库，已备后续调取重定向。
这个识别码最好与时间戳有关，同时，如果有多个服务器同时组网，这个识别码最好还要加上机械识别码。
相信很多人已经知道我要用什么了……
综上，我们可以使用雪花ID；同时，雪花ID为一个Long类型，转换为int类型有19位，肯定是太长了，但是肯定不会重复。
雪花ID
雪花算法（Snowflake）是一种生成分布式全局唯一ID的算法，生成的ID称为Snowflake IDs或snowflakes。
这种算法由Twitter创建，并用于推文的ID。Discord和Instagram等其他公司采用了修改后的版本。
一个雪花ID：
- 前41位是时间戳：
这意味着，雪花ID是可以排序的。 - 之后10位代表计算机ID：便于分布式存储。
- 其余12位代表每台机器上生成ID的序列号：便于分布式存储和集群。
Java版本参考代码：
/**
* Twitter的SnowFlake算法,使用SnowFlake算法生成一个整数，然后转化为62进制变成一个短地址URL
*
* https://github.com/beyondfengyu/SnowFlake
*/
public class SnowFlakeShortUrl {
/**
* 起始的时间戳
*/
private final static long START_TIMESTAMP = 1480166465631L;
/**
* 每一部分占用的位数
*/
private final static long SEQUENCE_BIT = 12; //序列号占用的位数
private final static long MACHINE_BIT = 5; //机器标识占用的位数
private final static long DATA_CENTER_BIT = 5; //数据中心占用的位数
/**
* 每一部分的最大值
*/
private final static long MAX_SEQUENCE = -1L ^ (-1L << SEQUENCE_BIT);
private final static long MAX_MACHINE_NUM = -1L ^ (-1L << MACHINE_BIT);
private final static long MAX_DATA_CENTER_NUM = -1L ^ (-1L << DATA_CENTER_BIT);
/**
* 每一部分向左的位移
*/
private final static long MACHINE_LEFT = SEQUENCE_BIT;
private final static long DATA_CENTER_LEFT = SEQUENCE_BIT + MACHINE_BIT;
private final static long TIMESTAMP_LEFT = DATA_CENTER_LEFT + DATA_CENTER_BIT;
private long dataCenterId; //数据中心
private long machineId; //机器标识
private long sequence = 0L; //序列号
private long lastTimeStamp = -1L; //上一次时间戳
private long getNextMill() {
long mill = getNewTimeStamp();
while (mill <= lastTimeStamp) {
mill = getNewTimeStamp();
}
return mill;
}
private long getNewTimeStamp() {
return System.currentTimeMillis();
}
/**
* 根据指定的数据中心ID和机器标志ID生成指定的序列号
*
* @param dataCenterId 数据中心ID
* @param machineId 机器标志ID
*/
public SnowFlakeShortUrl(long dataCenterId, long machineId) {
if (dataCenterId > MAX_DATA_CENTER_NUM || dataCenterId < 0) {
throw new IllegalArgumentException("DtaCenterId can't be greater than MAX_DATA_CENTER_NUM or less than 0！");
}
if (machineId > MAX_MACHINE_NUM || machineId < 0) {
throw new IllegalArgumentException("MachineId can't be greater than MAX_MACHINE_NUM or less than 0！");
}
this.dataCenterId = dataCenterId;
this.machineId = machineId;
}
/**
* 产生下一个ID
*
* @return
*/
public synchronized long nextId() {
long currTimeStamp = getNewTimeStamp();
if (currTimeStamp < lastTimeStamp) {
throw new RuntimeException("Clock moved backwards. Refusing to generate id");
}
if (currTimeStamp == lastTimeStamp) {
//相同毫秒内，序列号自增
sequence = (sequence + 1) & MAX_SEQUENCE;
//同一毫秒的序列数已经达到最大
if (sequence == 0L) {
currTimeStamp = getNextMill();
}
} else {
//不同毫秒内，序列号置为0
sequence = 0L;
}
lastTimeStamp = currTimeStamp;
return (currTimeStamp - START_TIMESTAMP) << TIMESTAMP_LEFT //时间戳部分
| dataCenterId << DATA_CENTER_LEFT //数据中心部分
| machineId << MACHINE_LEFT //机器标识部分
| sequence; //序列号部分
}
public static void main(String[] args) {
SnowFlakeShortUrl snowFlake = new SnowFlakeShortUrl(2, 3);
for (int i = 0; i < (1 << 4); i++) {
//10进制
System.out.println(snowFlake.nextId());
}
}
}
复制代码当然，如果你用使用Mybatis Plus，可以引用Mybatis Plus的IdWorker.getId方法，生成雪花ID。
生成后的Long类型，我们使用十进制展开，应该是一个17-19位的数字。
六十二进制
因为雪花ID通过十进制展开是一个17-19位的数字，如果直接用来当作短链接，太长了点，我们需要对其缩短。
为了保证唯一，且可对照。我们转换为六十二进制。
原因很简单：六十二进制使用A-Z、a-z和0-9组成。
把十进制，转换为六十二进制，能有效减短长度。
根据Wiki-Base62规定，六十二进制中0-61对应0123456789ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz。所以，我们编写编码和解码：
/**
* 初始化 62 进制数据，索引位置代表转换字符的数值 0-61，比如 A代表1，z代表61
*/
private static String CHARS = "0123456789ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz";
/**
* 进制转换比率
*/
private static int SCALE = 62;
/**
* 匹配字符串只包含数字和大小写字母
*/
private static String REGEX = "^[0-9a-zA-Z]+$";
/**
* 十进制数字转为62进制字符串
*
* @param val 十进制数字
* @return 62进制字符串
*/
public static String encode10To62(long val)
{
if (val < 0)
{
throw new IllegalArgumentException("this is an Invalid parameter:" + val);
}
StringBuilder sb = new StringBuilder();
int remainder;
while (Math.abs(val) > SCALE - 1)
{
//从最后一位开始进制转换，取转换后的值，最后反转字符串
remainder = Long.valueOf(val % SCALE).intValue();
sb.append(CHARS.charAt(remainder));
val = val / SCALE;
}
//获取最高位
sb.append(CHARS.charAt(Long.valueOf(val).intValue()));
return sb.reverse().toString();
}
/**
* 十进制数字转为62进制字符串
*
* @param val 62进制字符串
* @return 十进制数字
*/
public static long decode62To10(String val)
{
if (val == null)
{
throw new NumberFormatException("null");
}
if (!val.matches(REGEX))
{
throw new IllegalArgumentException("this is an Invalid parameter:" + val);
}
String tmp = val.replace("^0*", "");
long result = 0;
int index = 0;
int length = tmp.length();
for (int i = 0; i < length; i++)
{
index = CHARS.indexOf(tmp.charAt(i));
result += (long)(index * Math.pow(SCALE, length - i - 1));
}
return result;
}
复制代码再测试一下：
//Test
public static void main(String[] args) {
Long snow = IdWorker.getId();
System.out.println(snow);
String str = encode10To62(snow);
System.out.println(str);
Long g = decode62To10(str);
System.out.println(g);
}
复制代码输出：
1425664925648310274
1hJYkVByV0M
1425664925648310274
复制代码可以看到，这样生成一个短、不可重复的字符串了。这样用于短链接生成，挺合适的：
- 每个短链接程度基本固定。
- 短链接长度不至于过长。
- 生成的短链接可排序（时间排序）
响应头
重定向链接，响应头很重要。Nginx内可以使用配置直接跳转301/302，比如强制HTTPS：
if ($server_port !~ 443){
rewrite ^(/.*)$ https://$host$1 permanent;
}
复制代码而我们搭建短链接平台，也利用301或者302进行重定向：
301/302
301和302都是重定向，那它们的区别是什么呢？
- 301：
永久重定向，在请求的URL已被移除时使用，响应的location首部中应包含资源现在所处的URL - 302：
临时重定向，和永久重定向类似，客户端应用location给出URL临时定位资源，将来的请求仍为原来的URL。
实际场景里，301在跳转后，浏览器会记住这个跳转，后续请求，不再请求原地址，而是直接请求新地址；所以301一般用于网站域名的迁移，强制网站https等，而302一般是网站维护，需要临时跳转到非维护页面等情况。
那我们搭建短链接平台，需要什么重定向呢？我认为是都可以。使用301重定向，可以减少服务器负载，而使用302重定向，可以方便我们统计链接实际调取次数。
Java内，进行301/302的跳转，其实很简单，使用类RedirectView，其中的HttpStatus即可：
# RedirectView类
RedirectView redirectView = new RedirectView(fullURL);
# 301跳转
redirectView.setStatusCode(HttpStatus.MOVED_PERMANENTLY);
# 302跳转
redirectView.setStatusCode(HttpStatus.MOVED_TEMPORARILY);
复制代码实际上，看HttpStatus的源码，可以看到这里枚举了很多HTTP的响应头：
Maven部署（代码实现）
最后，我们看看实际部署和代码实现。只是随便提供思路，代码可能有逻辑不严谨地方嗷。实际开发，应该还需要Redis缓冲，避免数据库过载。
本次使用MariaDB作为数据库，使用Mybatis Plus对数据库进行操作，Springboot提供框架并方便打包。
再次强调：实际开发，应该还需要Redis缓冲，避免数据库过载。
依赖包
首先，我们创建一个工程，其中Lombok是为了方便实体类生成Set/Get方法：
<dependencies>
<!-- Springboot-->
<dependency>
<groupId>org.springframework.boot</groupId>
<artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>
</dependency>
<!-- MariaDB驱动-->
<dependency>
<groupId>org.mariadb.jdbc</groupId>
<artifactId>mariadb-java-client</artifactId>
<scope>runtime</scope>
</dependency>
<!-- MybatisPlus-->
<dependency>
<groupId>com.baomidou</groupId>
<artifactId>mybatis-plus-boot-starter</artifactId>
<version>3.4.0</version>
</dependency>
<!-- lombok插件-->
<dependency>
<groupId>org.projectlombok</groupId>
<artifactId>lombok</artifactId>
<optional>true</optional>
</dependency>
<!-- Test-->
<dependency>
<groupId>org.springframework.boot</groupId>
<artifactId>spring-boot-starter-test</artifactId>
<scope>test</scope>
</dependency>
</dependencies>
复制代码实体类
我们看看短链接实体类：
@Data
@NoArgsConstructor
public class ShortUrl {
@TableId
private Long id;
private String baseUrl;
private String suffixUrl;
private String fullUrl;
private String shortCode;
@TableField(fill = FieldFill.INSERT)
private Integer totalClickCount;
@TableField(fill = FieldFill.INSERT)
private Date expirationDate;
public ShortUrl(String baseUrl, String suffixUrl, String fullUrl) {
this.baseUrl = baseUrl;
this.suffixUrl = suffixUrl;
this.fullUrl = fullUrl;
}
}
复制代码其中：
- baseUrl：用户提供的原链接域名，如：
tool.mintimate.cn。 - suffixUrl：用户提供链接的参数，如：
/user?login=yes。 - fullUrl：用户提供的原链接，如：
https://tool.mintimate.cn/user?login=yes。 - shortCode：生成的短链接。
- totalClickCount：统计点击次数（
Hander自动设置默认值） - expirationDate：失效时间（
Hander自动设置默认值）
短链接处理
首先，做一个控制器，用来接收用户请求：
// 接收原链接，返回短链接
@ResponseBody
@PostMapping(value = "/add")
public ShortUrl encodeURL(@RequestParam(value = "UserURL") String UserURL){
String Domain = DomainUntil.getDomain(UserURL);
if (Domain==null){
return null;
}
return shortUrlService.saveURL(UserURL);
}
复制代码之后，看看业务层，我们需要对域名进行加工，先得到一个雪花ID，再对其转至六十二进制，并回显：
@Resource
ShortUrlMapper shortUrlMapper;
@Override
public ShortUrl saveURL(String UserURL) {
// 创建新对象
ShortUrl shortUrl=new ShortUrl(DomainUntil.getTopDomain(UserURL),DomainUntil.getFile(UserURL),UserURL);
// 使用Mybatis Plus，提前拿到对象的雪花ID
Long ID= IdWorker.getId(shortUrl);
// 转六十二进制
String Short_URL_CODE = DecimalAndSixtyBinary.encode10To62(ID);
shortUrl.setShortCode(Short_URL_CODE);
int code=shortUrlMapper.insert(shortUrl);
return shortUrl;
}
复制代码这个时候，我们使用Postman来测试一下：
可以看到，测试成功。
短链接重定向
短链接重定向，就很简单了。我们写一个请求即可：
@ResponseBody
@RequestMapping(value = "/{UrlID}")
public RedirectView reverseURL(@PathVariable(value = "UrlID") String UrlID) {
// 接收请求参数为String
String fullURL=shortUrlService.findURL(UrlID);
if (fullURL==null){
// 定义的404页面
RedirectView redirectView = new RedirectView("/error/404");
redirectView.setStatusCode(HttpStatus.NOT_FOUND);
return redirectView;
}
else {
RedirectView redirectView = new RedirectView(fullURL);
redirectView.setStatusCode(HttpStatus.MOVED_PERMANENTLY);
return redirectView;
}
}
复制代码其中，shortUrlService的 findURL就是简单的JDBC查询，不具体实现。
Demo
我根据上述思路，初略搭建一个Demo，并部署在个人服务器：
- 前端：基于Vue，使用element ui和Bootstrap
- 后端：Springboot
我们可以在Linux/macOS上使用curl测试一下，比如直接用腾讯云轻量应用服务器的Linux远程终端：
curl -I "https://curl.mintimate.ml/1Hjsg8wDe8i"
复制代码完善思路
可以看到，文章实现的有些粗糙，提供以下完善思路：
- 限制单IP一段时间的请求频率：目前我是使用前端Vue进行控制，但是最好后端也进行控制。
- 数据库优化：目前使用的是MariaDB，如果要更好的体验，或者响应数据量大，使用Redis进行缓冲会更好。
- Cron定时任务：使用雪花ID转六十二进制，在链接长度上，还是有点长，但是安全性应该是很高的；如果降低安全性，并进一步缩短长度，可以创建Cron定时线程，无效旧的短链接。
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