URL Qısaldıcı Sistem Dizaynı

Problem Təsviri

TinyURL və ya bit.ly kimi URL qısaldıcı servis dizayn edin. Bu sistem uzun URL-ləri qısa və unikal URL-lərə çevirməli və istifadəçiləri qısa URL-dən orijinal uzun URL-ə yönləndirməlidir.

Tələblər

1. Funksional Tələblər:

   • Uzun URL-ləri qısa URL-lərə çevirmək
   • Qısa URL-lərdən orijinal URL-lərə yönləndirmək
   • İstifadəçilərə custom qısa URL təyin etmək imkanı (isteğe bağlı)
   • URL-lər üçün expiration müddəti təyin etmək (isteğe bağlı)

2. Qeyri-Funksional Tələblər:

   • Yüksək availability
   • Yönləndirmə üçün aşağı latency
   • URL-lərin təxmin edilməsi çətin olmalı
   • Sistem scalable olmalı

Əsas Komponentlər

1. URL Qısaldma Servisi: Uzun URL-ləri qısa URL-lərə çevirir
2. URL Saxlama: Qısa və uzun URL-lər arasında mapping saxlayır
3. URL Yönləndirmə Servisi: İstifadəçiləri qısa URL-dən orijinal URL-lərə yönləndirir

Dizayn Yanaşması

Müxtəlif URL qısaldma alqoritmlərini dəstəkləmək üçün Strategy Pattern istifadə edəcəyik:

1. Random String Generation: Təsadüfi simvol sətri yaratmaq
2. Base62 Encoding: Artan ID-ni Base62 string-ə çevirmək
3. MD5 Hashing: URL-nin hash-ini yaradıb substring almaq

Implementation

Koda bax

import java.security.MessageDigest;
import java.security.NoSuchAlgorithmException;
import java.util.Base64;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import java.util.Random;
import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicLong;

// Strategy interface for URL shortening algorithms
interface UrlShorteningStrategy {
    String shortenUrl(String longUrl);
}

// Random string generation strategy
class RandomStringStrategy implements UrlShorteningStrategy {
    private static final String CHARACTERS = "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789";
    private static final int SHORT_URL_LENGTH = 7;
    private final Random random = new Random();

    @Override
    public String shortenUrl(String longUrl) {
        StringBuilder sb = new StringBuilder(SHORT_URL_LENGTH);
        for (int i = 0; i < SHORT_URL_LENGTH; i++) {
            int randomIndex = random.nextInt(CHARACTERS.length());
            sb.append(CHARACTERS.charAt(randomIndex));
        }
        return sb.toString();
    }
}

// Base62 encoding strategy
class Base62Strategy implements UrlShorteningStrategy {
    private static final String CHARACTERS = "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789";
    private static final int BASE = CHARACTERS.length();
    private final AtomicLong counter = new AtomicLong(1000000); // Start from a non-zero value

    @Override
    public String shortenUrl(String longUrl) {
        long id = counter.incrementAndGet();
        StringBuilder sb = new StringBuilder();
        
        while (id > 0) {
            sb.append(CHARACTERS.charAt((int) (id % BASE)));
            id /= BASE;
        }
        
        return sb.reverse().toString();
    }
}

// MD5 hashing strategy
class MD5HashingStrategy implements UrlShorteningStrategy {
    private static final int SHORT_URL_LENGTH = 7;

    @Override
    public String shortenUrl(String longUrl) {
        try {
            MessageDigest md = MessageDigest.getInstance("MD5");
            byte[] digest = md.digest(longUrl.getBytes());
            String hash = Base64.getUrlEncoder().encodeToString(digest);
            return hash.substring(0, SHORT_URL_LENGTH);
        } catch (NoSuchAlgorithmException e) {
            throw new RuntimeException("MD5 algorithm not found", e);
        }
    }
}

// URL Shortener service
class UrlShortener {
    private final UrlShorteningStrategy strategy;
    private final Map<String, String> shortToLongMap;
    private final Map<String, String> longToShortMap;
    
    public UrlShortener(UrlShorteningStrategy strategy) {
        this.strategy = strategy;
        // Using ConcurrentHashMap for thread safety
        this.shortToLongMap = new ConcurrentHashMap<>();
        this.longToShortMap = new ConcurrentHashMap<>();
    }
    
    public String shorten(String longUrl) {
        // Check if URL is already shortened
        if (longToShortMap.containsKey(longUrl)) {
            return longToShortMap.get(longUrl);
        }
        
        // Generate a short URL
        String shortUrl;
        do {
            shortUrl = strategy.shortenUrl(longUrl);
        } while (shortToLongMap.containsKey(shortUrl)); // Ensure uniqueness
        
        // Store the mapping
        shortToLongMap.put(shortUrl, longUrl);
        longToShortMap.put(longUrl, shortUrl);
        
        return shortUrl;
    }
    
    public String expand(String shortUrl) {
        return shortToLongMap.get(shortUrl);
    }
}

// Example usage
public class UrlShortenerDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // Create URL shortener with Base62 strategy
        UrlShortener shortener = new UrlShortener(new Base62Strategy());
        
        // Shorten a URL
        String longUrl = "https://www.example.com/very/long/url/that/needs/shortening";
        String shortUrl = shortener.shorten(longUrl);
        System.out.println("Short URL: " + shortUrl);
        
        // Expand the short URL
        String expandedUrl = shortener.expand(shortUrl);
        System.out.println("Original URL: " + expandedUrl);
    }
}

Thread Safety Mülahizələri

1. ConcurrentHashMap: URL mapping-lərə thread-safe giriş üçün istifadə edilir
2. AtomicLong: Base62 strategiyasında thread-safe counter artımı üçün istifadə edilir
3. Immutable Strategy-lər: Strategy implementasiyaları faktiki olaraq immutable-dır

Scaling Mülahizələri

1. Distributed Storage: Böyük miqyaslı sistemlər üçün in-memory map-ləri distributed database ilə əvəz edin
2. Caching: Tez-tez istifadə olunan URL-lər üçün caching əlavə edin
3. Load Balancing: Sorğuları çoxlu instance-lər arasında paylaşdırın
4. Collision Handling: Daha mürəkkəb collision detection və resolution tətbiq edin

Əlavə Xüsusiyyətlər

1. Custom URL-lər: İstifadəçilərə öz qısa URL-lərini təyin etmək imkanı verin
2. Analytics: Click-through rate və digər metrikləri izləyin
3. Expiration: URL-lər üçün expiration vaxtı təyin edin