Case Study 1: URL Shortener (TinyURL)

Hệ thống rút gọn URL, tương tự TinyURL, bit.ly.

Bước 1: Thu thập yêu cầu

Functional requirements

Chuyển đổi URL dài thành URL ngắn.
Redirect người dùng khi truy cập URL ngắn.
Custom alias (optional).
Analytics: số lần click, location, referrer (optional).

Non‑functional requirements

High availability: URL luôn accessible.
Low latency: Redirect < 100ms.
Scalability: Hàng tỷ URLs.
Durability: Dữ liệu không bị mất.

Scale estimation

Users: 500 triệu URLs mới mỗi tháng.
Redirects: 10 tỷ redirects mỗi tháng.
Read/Write ratio: ~20:1 (nhiều reads hơn writes).

Bước 2: Ước lượng

Traffic estimates

Create URL: 500M / (30 days * 24h * 3600s) ≈ 200 RPS (average).
Redirect: 10B / (30 days * 24h * 3600s) ≈ 4,000 RPS (average).
Peak RPS: ~10x average → 2,000 create RPS, 40,000 redirect RPS.

Storage estimates

Data per URL: short_key (7 bytes) + original_url (500 bytes) + metadata (100 bytes) ≈ 600 bytes.
Monthly storage: 500M * 600 bytes ≈ 300 GB.
5 years: 300 GB * 60 ≈ 18 TB.

Bandwidth estimates

Upload: 200 RPS * 500 bytes ≈ 100 KB/s.
Download: 4,000 RPS * 500 bytes ≈ 2 MB/s.

Bước 3: Thiết kế High‑Level

Components chính

┌──────────┐     ┌─────────────┐     ┌──────────────┐     ┌──────────┐
│  Client  │ ──→ │ Load        │ ──→ │ App Servers  │ ──→ │ Database │
│          │     │ Balancer    │     │ (Stateless)  │     │          │
└──────────┘     └─────────────┘     └──────────────┘     └──────────┘
                      │                    │
                      │                    ▼
                      │              ┌──────────┐
                      └──────────────│  Cache   │
                                     │ (Redis)  │
                                     └──────────┘

Technology selection

Load Balancer: NGINX hoặc AWS ELB.
App Servers: Stateless, horizontal scaling.
Database: NoSQL (Cassandra/DynamoDB) cho scale, hoặc SQL (PostgreSQL) với sharding.
Cache: Redis cho frequently accessed URLs.
Storage: 18 TB sau 5 năm → Distributed storage.

Bước 4: Thiết kế Chi tiết

Database Schema

Table: url_mappings

Column	Type	Description
short_key	VARCHAR(7)	Primary key, unique
original_url	TEXT	URL gốc
user_id	BIGINT	Owner (optional)
created_at	TIMESTAMP	Thời gian tạo
click_count	BIGINT	Số lần click

Encoding Strategy

Base62 Encoding (a-z, A-Z, 0-9):

62 characters, 7 characters → 62^7 ≈ 3.5 trillion combinations.
Counter-based: Dùng auto-increment ID từ database, encode sang base62.
Hash-based: MD5/SHA256 → take first 7 chars (collision handling needed).

API Design

POST /api/v1/shorten
{
  "url": "https://example.com/very/long/url"
}

Response:
{
  "short_key": "abc123",
  "short_url": "https://tiny.url/abc123"
}

GET /abc123
→ 301 Redirect to original URL