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数据结构与算法简记--实现一个短网址系统

时间:2020-01-20 21:08:14      阅读:79      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

实现一个短网址系统


短网址服务

  • 把一个长的网址转化成一个短的网址,访问这个短网址,就相当于访问原始的网址
  • 原始网址:https://github.com/wangzheng0822/ratelimiter4j
    短网址:http://t.cn/EtR9QEG
  • 上面第二个网址是通过新浪提供的短网址服务生成的

  • 核心功能:
    • 把原始的长网址转化成短网址
    • 当用户点击短网址的时候,短网址服务会将浏览器重定向为原始网址
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如何通过哈希算法生成短网址?

  • 使用比较著名并且应用广泛的一个哈希算法:MurmurHash 算法
  • 提供了两种长度的哈希值,一种是 32bits,一种是 128bits。为了尽可能短,可以选择 32bits 的哈希值
  • 对于开头那个 GitHub 网址,经过 MurmurHash 计算后,得到的哈希值就是 181338494。
  • 再拼上短网址服务的域名,就变成了最终的短网址 http://t.cn/181338494(其中,http://t.cn 是短网址服务的域名)。

 

  • 如何让短网址更短
    • 将 10 进制的哈希值,转化成更高进制的哈希值,这样哈希值就变短了
    • 在网址 URL 中,常用的合法字符有 0~9、a~z、A~Z 这样 62 个字符。
    • 为了让哈希值表示起来尽可能短,将 10 进制的哈希值转化成 62 进制。具体的计算过程如下图。最终用 62 进制表示的短网址就是http://t.cn/cgSqq。
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  • 如何解决哈希冲突问题

    • 给原始网址拼接一串特殊字符,比如“[DUPLICATED]”,然后跟再重新计算哈希值,两次哈希计算都冲突的概率,显然是非常低的。
    • 假设出现非常极端的情况,又发生冲突了,再换一个拼接字符串,比如“[OHMYGOD]”,再计算哈希值。
    • 然后把计算得到的哈希值,跟原始网址拼接了特殊字符串之后的文本,一并存储
    • 当用户访问短网址的时候,短网址服务先通过短网址,在数据库中查找到对应的原始网址。
    • 如果原始网址有拼接特殊字符(这个很容易通过字符串匹配算法找到),先将特殊字符去掉,然后再将不包含特殊字符的原始网址返回给浏览器。
  • 如何优化哈希算法生成短网址的性能
    • 首先可以给短网址字段添加 B+ 树索引
    • 其次减少sql语句执行次数来减少通讯次数:
      • 给数据库中的短网址字段,添加一个唯一索引(不止是索引,还要求表中不能有重复的数据)
      • 当有新的原始网址需要生成短网址的时候,并不会先拿生成的短网址,在数据库中查找判重,而是直接将生成的短网址与对应的原始网址,尝试存储到数据库中。
      • 如果数据库能够将数据正常写入,那说明并没有违反唯一索引,也就是说,这个新生成的短网址并没有冲突。
      • 在大部分情况下,我们把新生成的短网址和对应的原始网址,插入到数据库的时候,并不会出现冲突
      • 通过布隆过滤器减少SQL语句执行次数:
        • 把已经生成的短网址,构建成布隆过滤器。
        • 布隆过滤器是比较节省内存的一种存储结构,长度是 10 亿的布隆过滤器,也只需要 125MB 左右的内存空间。
        • 当有新的短网址生成的时候,先拿这个新生成的短网址,在布隆过滤器中查找。
        • 如果查找的结果是不存在,那就说明这个新生成的短网址并没有冲突。此时,只需要再执行写入短网址和对应原始网页的 SQL 语句就可以了。
        • 通过先查询布隆过滤器,总的 SQL 语句的执行次数减少了。

如何通过 ID 生成器生成短网址?

  • 维护一个 ID 自增生成器。它可以生成 1、2、3…这样自增的整数 ID。
  • 当短网址服务接收到一个原始网址转化成短网址的请求之后,它先从 ID 生成器中取一个号码,然后将其转化成 62 进制表示法,拼接到短网址服务的域名(比如http://t.cn/)后面,就形成了最终的短网址。
  • 最后,把生成的短网址和对应的原始网址存储到数据库中。
  • 几个细节问题:
    • 相同的原始网址可能会对应不同的短网址
      • 不处理:用户只关心短网址能否正确地跳转到原始网址,不关心短网址长什么样子。
      • 借助哈希算法生成短网址的处理思想:当要给一个原始网址生成短网址的时候,先拿原始网址在数据库中查找,如果数据库中存在,就取出对应的短网址,直接返回给用户
    • 如何实现高性能的 ID 生成器
      • 给 ID 生成器装多个前置发号器
      • 技术分享图片

         

         

      • 多个ID生成器
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数据结构与算法简记--实现一个短网址系统

原文:https://www.cnblogs.com/wod-Y/p/12219180.html

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