URL缩短器:详细说明

介绍

URL缩短器是一种用于从非常长的URL创建短链接的服务。通常，短链接的大小是原始URL的三分之一甚至四分之一，这使得它们更易于键入，呈现或发布。单击短链接用户将自动重定向到原始URL。

在线提供许多URL缩短服务，例如tiny.cc，bitly.com，cutt.ly等。实现URL缩短服务并不是一项复杂的任务，并且通常是系统设计方面的一部分。在这篇文章中，我将尝试解释实现服务的过程。

理论

在实施之前，最好以功能和非功能需求的形式分清楚需要完成的工作。

功能要求：

• 用户需要能够输入长网址。我们的服务应保存该URL并生成一个短链接
• 用户应该可以选择输入到期日期。在该日期之后，短链接应无效
• 单击短链接应将用户重定向到原始长URL
• 用户应创建一个帐户以使用服务。服务可以有每个用户的使用限制*
• 允许用户创建自己的短链接*
• 服务应具有指标，例如访问最多的链接*

非功能需求：

• 服务应已启动并正在运行100％的时间
• 重定向的时间不应超过两秒

网址转换

假设我们要有一个最大长度为7的短链接。URL缩短器中最重要的是转换算法。URL转换可以通过几种不同的方式实现，每种方式各有利弊。

生成短链接的一种方法是使用某种哈希函数（例如MD5 或SHA-2）哈希原始URL 。使用哈希函数时，请确保不同的输入将导致不同的输出。哈希的结果超过七个字符，因此我们需要获取前七个字符。但是，在这种情况下，可能会发生冲突，因为前七个字符可能已经用作短链接。然后，我们接下来的七个字符，直到找到未使用的短链接。

生成短链接的第二种方法是使用UUID。UUID将被复制的概率不为零，但它足够接近零而可以忽略不计。由于UUID包含36个字符，这意味着我们遇到了与上述相同的问题。我们应该采用前七个字符，并检查该组合是否已被使用。

第三种方式是将数字从基数10转换为基数62。基数是可用于表示特定数字的许多数字或字符。以10为基数的数字是[0-9]，我们在日常生活中使用的数字是以0为基数的数字[0-9] [az] [AZ]。这意味着，例如，以10为底的四位数数字将以以62为底的相同数字，但带有两个字符。

在URL转换中使用基数62，最大长度为7个字符，这使我们可以为短链接提供62 ^ 7个唯一值。

Base 62转换如何工作

我们有一个以10为底的数字，我们想要转换以62为底的数字。我们将使用以下算法：

while(number > 0)
    remainder = number % 62
    number = number / 62
    //将余数附加到结果收集的开始

之后，我们只需要将结果集中的数字映射到以62为基础的字母= [0,1,2，...，a，b，c ...，A，B，C，...]。

让我们用一个真实的例子看看它是如何工作的。在此示例中，让我们将1000从10转换为62。

1st iteration:
    number = 1000
    remainder = 1000 % 62 = 8
    number = 1000 / 62 = 16
    result list = [8]
2nd iteration:
    number = 16
    remainder = 16 % 62 = 16
    number = 16 / 62 = 0
    result list = [16,8]
There is no more iterations since number = 0 after 2nd iteration

将[16,8]映射到基数62将是g8。这意味着1000 base10 = g8 base62。

从基础62转换为基础10也很简单：

i = 0
while(i < inputString lenght)
    counter = i + 1
    mapped = base62alphabet.indexOf(inputString[i]) 
    //根据字母索引将字符映射到数字
    result = result + mapped * 62^(inputString lenght - counter)
    i++

真实的例子：

inputString = g8
inputString length = 2
i = 0
result = 0
1st iteration 
    counter = 1
    mapped = 16 // base62alphabet中g的索引是16
    result = 0 + 16 * 62^1 = 992
2nd iteration
    counter = 2
    mapped = 8 // base62alphabet中8的索引是8
    result = 992 + 8 * 62^1 = 1000

实作

我将使用数据库的自动增量功能。自动递增的数字将用于以62为基数的转换。也可以使用任何其他具有自动增量功能的数据库。

首先，访问Spring初始化程序，然后选择Spring Web和MySql Driver。之后，单击“ 生成”按钮，然后下载zip文件。解压缩文件，然后在您喜欢的IDE中打开项目。每次启动新项目时，我都喜欢创建一些文件夹来按逻辑划分代码。在这种情况下，我的文件夹是controller，entity，service，repository，dto和config。

里面的实体文件夹，让我们创建一个Url.java有四个属性类：id，longUrl，createdDate，expiresDate。

请注意，没有短链接属性。每当有GET请求时，我们就将id属性从10转换为62。这样，我们可以节省数据库空间。

该LongUrl属性是我们应该重定向到当一个用户访问一个短链接的URL。创建日期仅用于查看longUrl保存的时间（这并不重要），expiresDate如果用户希望在一段时间后使短链接不可用，则创建日期在此处。

接下来，让我们在服务文件夹中创建BaseService.java。包含从10转换为62的方法，反之亦然。

private static final String allowedString = "abcdefghijklmnopqrstuvwxyzABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ0123456789";
private char[] allowedCharacters = allowedString.toCharArray();
private int base = allowedCharacters.length;

就像我之前提到的，如果要使用基数为62的转换，则需要有一个基数为62的字母，在这种情况下称为allowedCharacters。另外，base如果我们要更改允许的字符，则从允许的字符的长度计算出变量的值。

该encode方法以数字作为输入并返回短链接。该decode方法将字符串（短链接）作为输入并返回数字。该算法应按照上面的说明进行实施。

然后，在存储库文件夹中，创建一个UrlRepository.java文件，该文件只是的扩展JpaRepository。它为我们提供了很多方法，例如findById，save等。我们无需为此添加任何其他内容。

然后，让我们在controller文件夹中创建一个UrlController.java文件。控制器应具有一种用于创建短链接的POST方法和一种用于重定向至原始URL的GET方法。

@PostMapping("create-short")
public String convertToShortUrl(@RequestBody UrlLongRequest request) {
    return urlService.convertToShortUrl(request);
}

@GetMapping(value = "{shortUrl}")
public ResponseEntity<Void> getAndRedirect(@PathVariable String shortUrl) {
    var url = urlService.getOriginalUrl(shortUrl);
    return ResponseEntity.status(HttpStatus.FOUND)
            .location(URI.create(url))
            .build();
}

POST方法将UrlLongRequest作为其请求正文。它只是具有longUrl和expiresDate属性的类。

GET方法将短URL作为路径变量，然后获取并重定向到原始URL。在控制器的顶部，作为依赖项UrlService 被注入，接下来将对其进行说明。

UrlService.java是大多数逻辑所在的位置，并且是控制器使用的服务。ConvertToShortUrl由控制器的POST方法使用。它只是在数据库中创建一条新记录并获取一个ID。然后将该id转换为以62为基础的短链接，并返回给控制器。

GetOriginalUrl是控制器的GET方法使用的方法。它首先将字符串转换为以10为底的字符串，其结果是一个id。然后，它通过该ID从数据库中获取一条记录，如果不存在则抛出异常。之后，它将原始URL返回给控制器。

结论

URL缩短服务是一种简单的服务，它需要较长的URL并将其转换为短链接。访问该链接后，用户将被重定向到原始URL。