URL短网址生成算法原理
短网址（Short URL），是在形式上比较短的网址，通过映射关系跳转到原有的长网址。
通常用 php 或 python 转向，在Web 2.0的今天，不得不说，这是一个潮流。
自从twitter推出短网址(short url),继之国内各大微博跟风，google公开goo.gl使用API，短网址之风愈演愈烈。不得不说这是一个新兴又一大热门web2.0服务。
现整理一下，包括完整短网址网站，短网址生成原理，算法举例，以及优劣比较，同时还介绍几个phper个人实现的。
目前已经有许多类似服务，借助短网址您可以用简短的网址替代原来冗长的网址，让使用者可以更容易的分享链接。
例如：
长网址：https://blog.mimvp.com/article/25420.html
生成短网址：http://dwz.wailian.work/index.php
短网址服务，可能很多朋友都已经不再陌生，现在大部分微博、手机邮件提醒等地方已经有很多应用模式了，并占据了一定的市场。估计很多朋友现在也正在使用。
看过新浪的短连接服务，发现后面主要有6个字符串组成，于是第一个想到的就是原来公司写的一个游戏激活码规则，也就是下面的算法2，
1）26个大写字母 26小写字母，10个数字，随机生成6个然后插入数据库对应一个id，
2）短连接跳转的时候，根据字符串查询到对应id，即可实现相应的跳转
62种字符组合成6位字符，62^6=568亿个组合数量，重复的概率是很小的
短链接的好处
1、内容需要；2、用户友好；3、便于管理。
为什么要这样做的，原因我想有这样几点：
1）微博限制一条字数为140字，那么如果我们需要发一些连接上去，但是这个连接非常的长，以至于将近要占用我们内容的一半篇幅，这肯定是不能被允许的，所以短网址应运而生了。
2）短网址在项目里可以很好的对开放级URL进行管理。有一部分网址可以会涵盖暴力、广告等信息，这样我们可以通过用户的举报，完全管理这些链接不出现在我们的应用中。因为同样的URL通过加密算法之后，得到的地址是一样的。
3）我们可以对一系列的网址进行流量，点击等统计，挖掘出大多数用户的关注点，这样有利于我们对项目的后续工作更好的作出决策。
算法原理
算法一
1) 将长网址md5生成32位签名串，分为4段，每段8个字节; 52c06085 c4529732 5433e0c7 5b140565
2) 对这四段循环处理，取8个字节，将他看成16进制串与0x3fffffff(30位1)与操作，即前缀超过30位的字符串做忽略处理，直接舍弃掉了;
3) 这30位分成6段，每5位的数字作为字母表的索引取得特定字符，依次进行获得6位字符串;
4) 总的md5串可以获得4个6位串，取里面的任意一个就可作为这个长url的短url地址;
这种算法，虽然会生成4个，但是仍然存在重复几率
PHP版本实现
function ShortUrl($input) {
$base32 = 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', '0', '1', '2', '3', '4', '5'
);
$hex = md5($input);
$hexLen = strlen($hex);
$subHexLen = $hexLen / 8; // 划分为4段，保留4组结果
$resultArray = array();
for ($i = 0; $i < $subHexLen; $i++) {
$subHex = substr ($hex, $i * 8, 8); // 分成4段，每段取8位字符
$int = 0x3FFFFFFF & (1 * ('0x'.$subHex)); // 8位字节与16进制取与操作
$out = '';
for ($j = 0; $j < 6; $j++) {
$val = 0x0000001F & $int; // 取0~31之间的整数
$out .= $base32[$val]; // 从数组中获取对应字符
$int = $int >> 5;
}
$resultArray[] = $out;
}
return $resultArray;
}
echo "ShortUrl: " ;
var_dump(ShortUrl("https://blog.mimvp.com/article/25420.html"));
运行结果：
ShortUrl: /Users/homer/Downloads/myCode/workspace/proxy_client/phpinfo.php:35: array (size=4) 0 => string '3ykjuq' (length=6) 1 => string '4tsnn5' (length=6) 2 => string 'mekmmj' (length=6) 3 => string 'uhn0rz' (length=6)
PHP 改进型
把固定长度6位，改进成动态调整的，如5、6、10、15位等，使其是30个质数之一
function ShortUrl($input, $length=6) {
$base32 = 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', '0', '1', '2', '3', '4', '5'
);
$hex = md5($input);
$hexLen = strlen($hex);
$subHexLen = $hexLen / 8; // 划分为4段，保留4组结果
$resultArray = array();
for ($i = 0; $i < $subHexLen; $i++) {
$subHex = substr ($hex, $i * 8, 8); // 分成4段，每段取8位字符
$int = 0x3FFFFFFF & (1 * ('0x'.$subHex)); // 8位字节与16进制取与操作
$out = '';
for ($j = 0; $j < $length; $j++) {
$val = 0x0000001F & $int; // 取0~31之间的整数
$out .= $base32[$val]; // 从数组中获取对应字符
$int = $int >> (30/$length);
}
$resultArray[] = $out;
}
return $resultArray;
}
echo "ShortUrl: " ;
var_dump(ShortUrl("https://blog.mimvp.com/article/25420.html", 10));
运行结果：
ShortUrl: /Users/homer/Downloads/myCode/workspace/proxy_client/phpinfo.php:35: array (size=4) 0 => string '3dmvkjrkbe' (length=10) 1 => string '4pjfmnvw4h' (length=10) 2 => string 'mrcucmrwsc' (length=10) 3 => string 'u4t0t0hytg' (length=10)
算法二
a-zA-Z0-9 这62位取6位组合，可产生62^6=568亿个组合数量，把数字和字符组合做一定的映射，就可以产生唯一的字符串，如第62个组合就是aaaaa9，第63个组合就是aaaaba，再利用洗牌算法，把原字符串打乱后保存，那么对应位置的组合字符串就会是无序的组合。
把长网址存入数据库，取返回的id，找出对应的字符串，例如返回ID为1，那么对应上面的字符串组合就是bbb，同理 ID为2时，字符串组合为bba，依次类推，直至到达62种组合后才会出现重复的可能，所以如果用上面的62个字符，任意取6个字符组合成字符串的话，你的数据存量达到500多亿后才会出现重复的可能。具体参看这里彻底完善新浪微博接口和超短URL算法，算法四可以算作是此算法的一种实现，此算法一般不会重复，但是如果是统计的话，就有很大问题，特别是对域名相关的统计，就抓虾了。
Java 版本实现
package com.mimvp;
import java.security.MessageDigest;
public class TestShortUrl {
public static void main(String[] args) {
String sLongUrl = "https://blog.mimvp.com/article/25420.html"; // 长链接
String[] aResult = shortUrl(sLongUrl);
// 打印出结果
for (int i = 0; i < aResult.length; i++) {
System.out.println("[" + i + "]:::" + aResult[i]);
}
}
public static String[] shortUrl(String url) {
// 要使用生成 URL 的字符
String[] chars = new String[] { "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", "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"
};
String key = "mimvp.com"; // 可以自定义生成 MD5 加密字符传前的混合加密key
String sMD5EncryptResult = CMyEncrypt.md5(key + url); // 对传入网址进行 MD5 加密，key是加密字符串
String hex = sMD5EncryptResult;
String[] resUrl = new String[4];
for (int i = 0; i < 4; i++) {
// 把加密字符按照8位一组16进制与0x3FFFFFFF进行位与运算
String sTempSubString = hex.substring(i * 8, i * 8 + 8);
// 这里需要使用 long 型来转换，因为 Inteter.parseInt() 只能处理 31 位 , 首位为符号位 , 如果不用 long ，则会越界
long lHexLong = 0x3FFFFFFF & Long.parseLong(sTempSubString, 16);
String outChars = "";
for (int j = 0; j < 6; j++) {
long index = 0x0000003D & lHexLong; // 把得到的值与 0x0000003D 进行位与运算，取得字符数组 chars 索引
outChars += chars[(int) index]; // 把取得的字符相加
lHexLong = lHexLong >> 5; // 每次循环按位右移 5 位
}
resUrl[i] = outChars; // 把字符串存入对应索引的输出数组
}
return resUrl;
}
}
class CMyEncrypt {
// 十六进制下数字到字符的映射数组
private final static String[] hexDigits = { "0", "1", "2", "3", "4", "5", "6", "7", "8", "9", "A", "B", "C", "D", "E", "F" };
/** 把inputString加密 */
public static String md5(String inputStr) {
return encodeByMD5(inputStr);
}
/**
* 验证输入的密码是否正确
*
* @param password 真正的密码（加密后的真密码）
* @param inputString 输入的字符串
* @return 验证结果，boolean类型
*/
public static boolean authenticatePassword(String password, String inputString) {
if (password.equals(encodeByMD5(inputString))) {
return true;
} else {
return false;
}
}
/** 对字符串进行MD5编码 */
private static String encodeByMD5(String originString) {
if (originString != null) {
try {
// 创建具有指定算法名称的信息摘要
MessageDigest md5 = MessageDigest.getInstance("MD5");
// 使用指定的字节数组对摘要进行最后更新，然后完成摘要计算
byte[] results = md5.digest(originString.getBytes());
// 将得到的字节数组变成字符串返回
String result = byteArrayToHexString(results);
return result;
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
return null;
}
/**
* 轮换字节数组为十六进制字符串
*
* @param b 字节数组
* @return 十六进制字符串
*/
private static String byteArrayToHexString(byte[] b) {
StringBuffer resultSb = new StringBuffer();
for (int i = 0; i < b.length; i++) {
resultSb.append(byteToHexString(b[i]));
}
return resultSb.toString();
}
// 将一个字节转化成十六进制形式的字符串
private static String byteToHexString(byte b) {
int n = b;
if (n < 0) {
n = 256 + n;
}
int d1 = n / 16;
int d2 = n % 16;
return hexDigits[d1] + hexDigits[d2];
}
public static void main(String[] args) {
CMyEncrypt.md5("https://blog.mimvp.com/about");
}
}
运行结果：
执行上面代码，输出的结果如下，会产生4 组6位字符串，任意一组都可以作为当前字符串的短链接地址。
[0]:::VFvAr2 [1]:::iiI3a2 [2]:::Z3EvEv [3]:::jMjU3a
PHP 随机数版
原理：指定长度，做多次循环，每次从长字符串里随机取出一位字符，组合成指定长度字符串即可
function random($length, $pool = '') {
$random = '';
if (empty ( $pool )) {
$pool = 'abcdefghkmnpqrstuvwxyz';
$pool .= '23456789';
}
srand ( ( double ) microtime () * 1000000 );
for($i = 0; $i < $length; $i ++) {
$random .= substr ( $pool, (rand () % (strlen ( $pool ))), 1 ); // 获取pool字符串中的随机一位字符，包含小数点、反斜杠等
}
return $random;
}
echo "random: " . random(6, "https://blog.mimvp.com");
运行结果：
random: ipcblc random: mst/o:
跳转原理
当我们生成短链接之后，只需要在数据库MySQL 或 NoSQL表中，存储原始链接与短链接的映射关系即可。
当我们访问短链接时，只需要从映射关系中找到原始链接，即可跳转到原始链接。
例如：
短网址：http://t.cn/R3Krh36 （存储长链接的映射）
长网址：https://blog.mimvp.com/article/25420.html
参考推荐：
Python 常用加密算法 base64, md5, sha1
PHP、Python、Java、C#、Javascript 运用AES加密解密
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