一、为什么需要短链

内容营销中给用户推送营销消息最常见的方式就是发短信，比如三大运营商移动、联通、电信平时会发送一些诸如套餐办理、消费查询、话费充值这些短信，还有像银行、云服务厂商等等推送的各种包含查询服务的短信等等。

我们都知道单条短信发送的内容长度是有限制的，而如果要推送包含URL的消息，如果URL太长，不仅影响用户观感，而且会占用太多无用字数。

这时，我们需要将长的URL转换为短URL，也就是接下来我们要说的短链（短域名 + 短请求路径）。

二、短链跳转访问原理

原理还是很简单的，其实就是在后台保存有短链和长链的映射关系，然后进行重定向，让浏览器跳转到对应的长链接。

举个栗子，原始长链接为：https://www.baidu.com，通过某平台我生成了一个短链接：https://suo.nz/378IQe。

我们可以看到当访问https://suo.nz/378IQe时，后端返回了302，同时多了一个Location响应头，值就是原始链接https://www.baidu.com.

这里有个小问题，关于重定向使用301还是302？

301其实是比较符合HTTP协议语义的，但浏览器会缓存目标网址，下次访问时会直接跳过短链，跳转到目标网址，无法做一些统计，比如短链访问次数等。

302：浏览器访问时，会先后访问短链代理服务和目标服务，对服务器的压力也就相应大些，但可以做一些统计。
备注：很多短链生成平台其实都是走的302重定向。

三、短链生成实现方案

1、自增序列算法

常用的自增序列算法有雪花算法、Redis自增、MySQL主键自增等，生成唯一ID后，再转换为62进制字符串，转换后的62进制字符串可用作短链。

问题：为什么需要转换为62进制字符串呢？

因为自增ID会越来越长，经过62进制转换后可以变得更短。

现在说下关于自增序列生成短链的优缺点：

优点：ID唯一，生成的短链不会重复和冲突。
缺点：随着ID越来越大，短链长度也会随之变化，长度不固定。

再说下各种自增序列算法的优缺点：

算法	优点	缺点
雪花算法	高性能，不依赖任何中间件	存在系统时钟回拨问题，原始雪花算法长度为64位，生成的ID比较长。
Redis自增	高性能，高并发	既然是中间件，有维护成本，同时要考虑持久化、灾难恢复等。
MySQL主键自增	使用简单，易于扩展	高并发下有性能瓶颈。

301其实是比较符合HTTP协议语义的，但浏览器会缓存目标网址，下次访问时会直接跳过短链，跳转到目标网址，无法做一些统计，比如短链访问次数等。
302：浏览器访问时，会先后访问短链代理服务和目标服务，对服务器的压力也就相应大些，但可以做一些统计。

2、Hash算法

简单来说就是对目标长链接进行hash，然后再对hash值进行62进制编码转换为短链接。Hash算法我们熟知的有MD5、SHA等算法。

这两种算法为加密型hash算法，性能相对比较低，这里我们一般采用Google Guava中实现的Murmurhash算法，该算法为非加密型hash算法，相比MD5优点如下：

速度比MD5快。

哈希冲突的概率低，该算法支持32位和128位哈希值，MD5也是128位哈希值，基本不用担心哈希冲突。

离散度高，散列值比较均匀。

关于Murmurhash示例如下：

String url = "https://www.baidu.com/";
// 输出：e9ac4fbdc398e8c104d1b8415f42cbf8
System.out.println(Hashing.murmur3_128().hashString(url, StandardCharsets.UTF_8));
// 输出：06105412
System.out.println(Hashing.murmur3_32_fixed().hashString(url, StandardCharsets.UTF_8));
// 输出：bf447182
System.out.println(Hashing.murmur3_32_fixed().hashLong(Long.MAX_VALUE));
// 转成Long型
// 输出：307499014
System.out.println(Hashing.murmur3_32_fixed().hashString(url, StandardCharsets.UTF_8).padToLong());
// 输出：2188461247
System.out.println(Hashing.murmur3_32_fixed().hashLong(Long.MAX_VALUE).padToLong());

这里说下通过Hash算法生成短链的优缺点：

优点：去中心化，哈希后生成的短链长度基本固定。

缺点：有概率会发生哈希冲突，解决哈希冲突的方法主要有拉链法和重新哈希。由于短链是通过哈希值转62进制字符串生成，如果发生哈希冲突，得重新哈希生成。如果存库的话，每次生成短链至少会有一次查询和一次保存操作，有性能损耗。

四、代码示例

接下来的示例我们主要用Hash算法 + Base62 编码生成短链，流程图如下：

1、表结构及索引

# 短链信息表
create table `t_short_link`
(
    `id`             bigint primary key auto_increment comment '主键ID',
    `short_link`     varchar(32)  not null default '' comment '短链接',
    `long_link_hash` bigint       not null default 0 comment 'hash值',
    `long_link`      varchar(128) not null default '' comment '长链接',
    `status`         tinyint      not null default 1 comment '状态：1-可用，0-不可用',
    `expiry_time`    datetime     null comment '过期时间',
    `create_time`    datetime     not null default current_timestamp comment '创建时间'
) comment '短链信息表';
create index idx_sl_hash_long_link on t_short_link (long_link_hash, long_link);
create index idx_sl_short_link on t_short_link (short_link);

2、外部依赖

<!--Google Guava-->
<dependency>
    <groupId>com.google.guava</groupId>
    <artifactId>guava</artifactId>
    <version>31.1-jre</version>
</dependency>

3、Base62Utils

public abstract class Base62Utils {
  private static final int SCALE = 62;
  private static final char[] BASE_62_ARRAY = {
    'A', 'B', 'C', 'D', 'E', 'F', 'G', 'H', 'I', 'J', 'K', 'L', 'M',
    'N', 'O', 'P', 'Q', 'R', 'S', 'T', 'U', 'V', 'W', 'X', 'Y', 'Z',
    'a', 'b', 'c', 'd', 'e', 'f', 'g', 'h', 'i', 'j', 'k', 'l', 'm',
    'n', 'o', 'p', 'q', 'r', 's', 't', 'u', 'v', 'w', 'x', 'y', 'z',
    '0', '1', '2', '3', '4', '5', '6', '7', '8', '9'
  };
  private static final String BASE_62_CHARACTERS = String.valueOf(BASE_62_ARRAY);
  /**
   * 将long类型编码成Base62字符串
   * @param num
   * @return
   */
  public static String encodeToBase62String(long num) {
    StringBuilder sb = new StringBuilder();
    while (num > 0) {
      sb.insert(0, BASE_62_ARRAY[(int) (num % SCALE)]);
      num /= SCALE;
    }
    return sb.toString();
  }
  /**
   * 将Base62字符串解码成long类型
   * @param base62Str
   * @return
   */
  public static long decodeToLong(String base62Str) {
    long num = 0, coefficient = 1;
    String reversedBase62Str = new StringBuilder(base62Str).reverse().toString();
    for (char base62Character : reversedBase62Str.toCharArray()) {
      num += BASE_62_CHARACTERS.indexOf(base62Character) * coefficient;
      coefficient *= SCALE;
    }
    return num;
  }
}

备注：BASE_62_ARRAY中的字符顺序可以随便打乱，不一定要按顺序排列，打乱安全性更高。

问题：能不能用Base64编码生成短链呢？

JDK8中Base64.getEncoder()获取到的编码器对应的编码字符会包含'+'、'/'等URL不允许包含的特殊字符，但Base64.getUrlEncoder()获取到的编码器对应的编码字符会把'+'、'/'分别替换成'-'、'_'，所以其实也是可以的。如下：

4、DAO层

@Repository
public class ShortLinkManagerImpl implements ShortLinkManager {
  @Autowired
  private ShortLinkMapper shortLinkMapper;
  @Override
  public void saveShortLink(String shortLink, long longLinkHash, String longLink) {
    ShortLinkDO shortLinkDO = ShortLinkDO.builder()
      .shortLink(shortLink)
      .longLinkHash(longLinkHash)
      .longLink(longLink)
      .status(true)
      .build();
    shortLinkMapper.insert(shortLinkDO);
  }
  @Override
  public String getShortLink(long longLinkHash, String longLink) {
    Wrapper<ShortLinkDO> wrapper = Wrappers.lambdaQuery(ShortLinkDO.class)
      .select(ShortLinkDO::getShortLink)
      .eq(ShortLinkDO::getLongLinkHash, longLinkHash)
      .eq(ShortLinkDO::getLongLink, longLink)
      .last(CommonConst.LIMIT_SQL);
    ShortLinkDO shortLinkDO = shortLinkMapper.selectOne(wrapper);
    return Optional.ofNullable(shortLinkDO).map(ShortLinkDO::getShortLink).orElse(null);
  }
  @Override
  public boolean isShortLinkRepeated(String shortLink) {
    Wrapper<ShortLinkDO> wrapper = Wrappers.lambdaQuery(ShortLinkDO.class).eq(ShortLinkDO::getShortLink, shortLink);
    return shortLinkMapper.selectCount(wrapper) > 0;
  }
}

5、业务层

@Service
public class ShortLinkServiceImpl implements ShortLinkService {
  @Autowired
  private ShortLinkManager shortLinkManager;
  @Override
  public String generateShortLink(String longLink) {
    long longLinkHash = Hashing.murmur3_32_fixed().hashString(longLink, StandardCharsets.UTF_8).padToLong();
    // 通过长链接Hash值和长链接检索
    String shortLink = shortLinkManager.getShortLink(longLinkHash, longLink);
    if (StringUtils.isNotBlank(shortLink)) {
      return shortLink;
    }
    // 如果Hash冲突则加随机盐重新Hash
    return regenerateOnHashConflict(longLink, longLinkHash);
  }
  private String regenerateOnHashConflict(String longLink, long longLinkHash) {
    // 自增序列作随机盐
    long uniqueIdHash = Hashing.murmur3_32_fixed().hashLong(SnowFlakeUtils.nextId()).padToLong();
    // 相减主要是为了让哈希值更小
    String shortLink = Base62Utils.encodeToBase62String(Math.abs(longLinkHash - uniqueIdHash));
    if (!shortLinkManager.isShortLinkRepeated(shortLink)) {
      shortLinkManager.saveShortLink(shortLink, longLinkHash, longLink);
      return shortLink;
    }
    return regenerateOnHashConflict(longLink, longLinkHash);
  }
}

五、测试用例

@SpringBootTest(classes = Application.class)
public class ApplicationTest {
  @Autowired
  private ShortLinkService shortLinkService;
  @Test
  public void generateShortLinkTest() {
    String shortLink = shortLinkService.generateShortLink("https://www.baidu.com/");
    System.err.println("生成的短链为：" + shortLink);
  }
}

控制台输出：

短链是什么原理？怎么实现呢？

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