题目
设计一个高并发短链接生成系统
信息
- 类型：问答
- 难度：⭐⭐
考点
系统架构设计,分布式ID生成,缓存策略,数据库优化
快速回答
设计高并发短链接系统的核心要点：
- 短码生成：使用分布式ID生成算法（如Snowflake）或Base62编码哈希值
- 键值存储：Redis缓存热点映射关系（短码→长URL），设置TTL过期策略
- 数据库设计：使用NoSQL（如Cassandra）存储映射关系，分片键设计为短码
- 重定向优化：HTTP 301永久重定向减少后端负载
- 防攻击措施：速率限制和布隆过滤器防恶意刷请求
1. 系统架构设计
核心组件：
- API网关：处理请求路由和限流
- 短码生成服务：分布式无状态服务
- 缓存层：Redis集群缓存热点数据
- 持久层：分片数据库存储映射关系
- 统计服务：异步处理点击统计
2. 短码生成原理
方案对比：
| 方法 | 优点 | 缺点 |
|---|---|---|
| 哈希算法（MD5/SHA） | 避免碰撞 | 需处理冲突（加盐） |
| 自增ID转Base62 | 无碰撞 | 需分布式ID生成器 |
| 预生成池 | 高性能 | 需维护空闲池 |
Base62示例代码：
const BASE62 = "0123456789ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz";
function encode(num) {
if (num === 0) return BASE62[0];
let s = '';
while (num > 0) {
s = BASE62[num % 62] + s;
num = Math.floor(num / 62);
}
return s;
}
// 使用Snowflake生成分布式ID
const id = snowflake.nextId();
const shortCode = encode(id); // 输出如 "3a8Fj2"3. 存储与缓存设计
数据模型：
{
"short_code": "3a8Fj2",
"original_url": "https://long-domain.com/path?query=value",
"created_at": "2023-10-05T08:00:00Z",
"expire_at": "2024-01-01T00:00:00Z",
"user_id": "user123"
}读写策略：
- 写流程：生成短码 → 写数据库 → 写Redis
- 读流程：Redis查询 → 未命中则查DB → 回填缓存
- 缓存TTL：设置24小时过期，冷数据自动淘汰
4. 高并发优化
关键措施：
- 重定向：使用HTTP 301减少后续查询
- 缓存穿透：布隆过滤器拦截非法短码请求
- 分库分表：按短码首字母分片（如0-9,a-z,A-Z）
- 异步统计：Kafka队列解耦点击统计处理
5. 常见错误与解决方案
| 错误 | 解决方案 |
|---|---|
| 短码碰撞 | 重试机制+唯一索引 |
| 缓存击穿 | 互斥锁控制DB查询 |
| 短码猜测 | 增加长度（6→8字符） |
| DB热点 | 分片键加入随机前缀 |
6. 扩展知识
- 自定义短码：额外校验唯一性，限制特殊字符
- 时效控制：TTL自动删除过期链接
- 安全防护：过滤恶意URL（如钓鱼网站）
- 全球部署：使用CDN缓存重定向请求
