🏗️ 系统设计 / System Design — Day 19
Topic: Design a URL Shortener (TinyURL)
Date: 2026-04-07
🏗️ 系统设计 / System Design
设计一个短链接服务（TinyURL）
Design a URL Shortener (TinyURL)
🌍 真实场景 / Real-World Scenario
想象你在 Twitter（现 X）工作。每条推文最多 280 字，但一个普通的 YouTube 链接就能占掉 60 个字符。你的任务：把 https://www.youtube.com/watch?v=dQw4w9WgXcQ 变成 https://tinyurl.com/abc123。
Imagine you're at Twitter (now X). Tweets are 280 chars, but a YouTube URL alone takes 60. Your job: turn https://www.youtube.com/watch?v=dQw4w9WgXcQ into https://tinyurl.com/abc123.
功能需求 / Functional Requirements:
- 给一个长 URL，生成唯一短链接
- 访问短链接，重定向到原始 URL
- 短链接可配置过期时间（可选）
非功能需求 / Non-Functional:
- 100M 短链/天（写操作）
- 读写比约 10:1（10亿次重定向/天）
- 链接可用 5 年（可用 → 高可用）
- P99 重定向延迟 < 50ms
🏛️ 架构图 / Architecture Diagram
核心表结构 / Core Schema:
CREATE TABLE url_mappings (
short_code VARCHAR(7) PRIMARY KEY, -- e.g. "abc123f"
long_url TEXT NOT NULL,
created_at TIMESTAMP DEFAULT NOW(),
expires_at TIMESTAMP,
user_id BIGINT
);
CREATE INDEX idx_short_code ON url_mappings(short_code);⚙️ 关键设计决策 / Key Design Decisions
1. 如何生成短码？ / How to generate short codes?
方案A — Base62 编码（推荐）：
62^7 = 3.5 万亿种组合 ≈ 足够用 100 年- 用自增 ID（如
1234567) → Base62 编码 →"b8Xk2mP" - 优点：无碰撞，ID 顺序保证短码唯一
- 缺点：短码可预测（可加随机盐）
方案B — MD5 哈希截取：
- 取 URL 的 MD5 前 7 位
- 问题：哈希碰撞，不同 URL 可能得到相同短码
import base62 # pip install pybase62
def shorten(long_url: str, auto_increment_id: int) -> str:
# Convert unique auto-increment ID to base62
return base62.encodebytes(auto_increment_id.to_bytes(8, 'big')).decode()[-7:]
# Example: ID 1000000 → "4c92"... → take last 7 chars2. 重定向类型 / Redirect Type:
301 Permanent：浏览器缓存，减服务器压力，但无法统计点击数302 Temporary：每次必过服务器，可精确统计 → 大多数短链服务用 302
3. 缓存策略 / Caching:
- Redis 存储
shortCode → longURL，TTL = 24h - 读写比 10:1，缓存命中率可达 95%+
- LRU 策略驱逐不热门的链接
⚠️ 别踩这个坑 / Common Mistakes
| ❌ 错误 | ✅ 正确 |
|---|---|
| 用 MD5 哈希直接截取，不处理碰撞 | 用自增 ID + Base62，或哈希时加碰撞检测 |
| 短码暴露自增 ID（可遍历所有链接） | Base62 编码后加随机偏移或加盐 |
| 重定向用 301（无法统计点击） | 根据需求选 301/302；统计场景用 302 |
| 单点 ID 生成器（性能瓶颈） | 用 Snowflake 分布式 ID 或数据库自增分段 |
| 忘记过期清理（磁盘无限增长） | 定时任务 + TTL 字段清理过期链接 |
📊 容量估算 / Capacity Estimation
写：100M 短链/天 ÷ 86400s ≈ 1160 QPS
读：1B 重定向/天 ÷ 86400s ≈ 11600 QPS
存储：每条记录约 500 bytes × 100M/天 × 365天 × 5年 ≈ 91 TB📚 参考资料 / References
- System Design Interview: URL Shortener — Alex Xu
- How TinyURL Works — High Scalability
- Base62 Encoding Explained — GeeksForGeeks
🧒 ELI5（用小学生能懂的方式解释）
想象你有一本很厚的字典，每本字典有一个编号。你把网址存进字典，给它一个编号（比如第 12345 条）。然后你把 12345 翻译成一串奇怪的字母（比如 "abcXY"）。别人访问 "abcXY" 时，你查字典找到 12345，再找到原来的网址，带他过去。这就是短链接！
Imagine a big dictionary. Every URL gets a unique page number (12345). You translate that number into a short code ("abcXY"). When someone visits "abcXY", you look up 12345 in your dictionary, find the original URL, and send them there. That's it!