短链接平台搭建详细分析及代码实现

本文最后更新于 2023年9月17日上午

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。比如腾讯云服务器限时秒杀活动的链接是：

1	`https://cloud.tencent.com/act/cps/redirect?redirect=1077&cps_key=&from=console`

而腾讯云给的短链接：

1	`https://curl.qcloud.com/XnaFxKqr`

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：
腾讯重定向

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。
生成短链接
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，最后重定向到原链接即可：
解析短链接

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。

使用Java作为后台API服务，处理上面两点很简单：

雪花ID转换为六十二进制，得到短的识别码。
使用RedirectView设置响应头，并重定向链接。

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。

综上，我们可以使用雪花ID，但是雪花ID最为一个Long类型，转换为int类型有19位，肯定是太长了，所以，我们还需要转码为六十二进制。

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
之后10位代表计算机ID
其余12位代表每台机器上生成ID的序列号

雪花ID组成

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());
        }
    }
}

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-Base62，六十二进制中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;
    }

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);
}

输出：

1
2
3

1425664925648310274
1hJYkVByV0M
1425664925648310274

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：

1
2
3

if ($server_port !~ 443){
    rewrite ^(/.*)$ https://$host$1 permanent;
}

而我们搭建短链接平台，也利用301或者302进行重定向：
雪花ID组成

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);

实际上，看HttpStatus的源码，可以看到这里枚举了很多HTTP的响应头：
HttpStatus枚举

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。

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。

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>

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;
    }
}

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/curl。
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);
}

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;
}

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;
    }
}

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，并部署在了腾讯云轻量应用服务器（不得不说，个人开发者，使用轻量应用服务器实在是太方便了，而且性价比极高）：

前端：基于Vue，使用element ui和Bootstrap
后端：Springboot

在线演示
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：

1	`curl -I "https://curl.mintimate.ml/1Hjsg8wDe8i"`

在线演示

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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