短网址服务开发关键问题与解决方案
一、背景分析
二维码的出现使资源传输由原来的USB拷贝转变为二维码扫描访问或下载。为下载资源提供短网址服务，需将短网址生成二维码。资源数据量预计可达10亿级别，日新增数据1000万左右，每秒并发访问数预计2000个连接，响应时间在0.1秒以内。
二、基本原理
将原始地址转换为短网址
原始网址→网址缩短→短网址
将短网址转换为原始网址
短网址→短网址还原→原始网址
关键问题
将原始地址转换为不重复的6位地址标志，海量数据的高并发读写。
三、项目实现
短网址实现方案
实现短网址服务，首先要将海量的链接数据转化为不重复的6位字符。
(1)哈希算法。哈希算法相对简单，具体算法如下：
①将原网址md5转换成32位哈希码，分为4段，每段8字节。
②对这四短网址进行循环处理，取8个字节，将其看成16进制串与0x3fffffff(30位1)与操作，即超过30位的忽略处理。
③将30位生成6段，每5位数字作为字母表在索引取得特定字符，依次进行获取6位字符串。
④总的md5串可以获得4个6位串，取任意一个就可作为这个长url的短url地址。这种方法实现起来简单，但是有较高的重复度。
(2)62位字符表示。把数字和字符组合成一定的映射，就可以产生唯一的字符串，再利用洗牌算法，把原字符串打乱后保存，对应位置的组合字符串就会是无序的组合。
大数据存储解决方案
在本项目中，主要存储数据有资源下载地址及引用页地址，预估资源下载地址长度为150个字符，引用页地址长度为50字符，两者存起来共200字符，再加上数据库自身结构占用的空间及其他信息，如时间、ID等，存储一条数据最少需要250个字节。从当前访问量来看，预计数据将达到10亿条。
总数据量 = 250 * 10^9 /(1024*1024*1024)= 230G 当前采用的是mysql架构， 10亿条数据远远超过了其处理能力。因此要对数据库进行分库分表，将表大小限定为10万条数据，每个数据库1000张表，数据库随着数据的增长而扩展，表中的ID进行自增长，通过数据库ID、表ID、数据ID三者就可以唯一确定条数据，将这个值转换成62进制就得出了唯一的短链接地址。
合成ID算法代码：($database_id*self::database_tables*self::table_rows)+$row_id+ ($table_id*self::table_rows);
每个数据库将存储1000*100000=1亿条数据，数据将分布在10台机器上，10台机器将分解高峰阶段的每秒2000个并发读写操作。这种算法在初期可能会对单台机器造成过载，可采用逐步加压的方式，当数据库服务器增多后可全部开放。
高并发解决方案
应对每秒2000次的并发访问需要服务器具有快速的读写及负载均衡能力，主要需要解决两方面的问题：用户在创建短网址时，需确认该资源没有创建过;当用户在访问一个短网址时，服务器需快速响应。从数据库直接读取无法满足速度需求，同时会造成服务器过载导致系统崩溃。因此，需要将资源url放到内存中，使用内快进行快速读取。
关键问题解决方式
(1)问题一解决方案。由于数据是先有ID后有短网址，无法通过资源地址反查到短网址，因此，需要使用一个内存映射，将资源与短网址(数据ID)联系起来。操作流程：原始网址→16字节长度的原始二进制md5→从redis中查找是否存在数据ID→从内存缓存或数据库中取出数据→判断数据库中的地址是否与原网址相同→不同则插入数据库中，建立16字节长度原始二进制md5与数据ID建立联系存入redis中。
(2)问题二解决方案。将热数据放入缓存中，减轻数据库负载，限制一天过期时间，可以防止内存使用过大。操作流程：短网址→查找内存→未找到将短网址转为ID→从数据库中查找→存入缓存→返回数据。
四、小结
短网址服务是一个比较复杂的项目，生成短6位短码是关键点，采用数据ID递增进行62位转换的方式，可简单有效地实现需求。