高效能企業教育訓練系統的實踐：Laravel 與 FastAPI 雙劍合璧，打造彈性 RBAC 與非同步任務處理架構

高效能企業教育訓練系統的實踐：Laravel 與 FastAPI 雙劍合璧，打造彈性 RBAC 與非同步任務處理架構

您可以透過以下 GitHub 連結檢閱本專案的原始碼：https://github.com/BpsEason/edu-tms-prototype.git

1. 引言：為什麼需要一個更好的 EduTMS？

在數位轉型浪潮下，企業與學校對內部的教育訓練管理系統（TMS）的需求日益增加。然而，傳統的 TMS 往往面臨幾大痛點：

• 僵化的權限系統：權限設定大多硬編碼，難以應對複雜的組織架構變動，例如新增「部門主管」角色。

• 效能瓶頸：報表生成、影片轉檔等耗時任務會直接阻塞網頁請求，導致使用者必須長時間等待，影響體驗。

• 部署複雜度高：系統架構綁定特定環境，難以快速部署和擴展。

為了克服這些挑戰，我們設計並開發了 EduTMS (Education Training Management System)，一個採用現代化技術架構，結合 Laravel 的穩健與 FastAPI 的高效，並透過 Docker Compose 實現無縫部署的解決方案。

接下來，我將深入分享我們如何解決其中兩個最關鍵的技術挑戰：彈性的角色權限管理（RBAC）設計，以及高效的非同步任務處理。

2. 挑戰一：如何實現彈性且可擴展的角色權限管理（RBAC）？

在 EduTMS 中，我們需要處理多種使用者角色，例如 Admin、Instructor、Student 和 HR，並且每個角色都有不同的操作權限。傳統的 is_admin 布林值欄位根本無法應付這種複雜性。

我們的解決方案：基於 spatie/laravel-permission 的 RBAC 設計

我們選擇了 Laravel 生態系中廣受歡迎的 spatie/laravel-permission 套件。這個套件完美地實現了標準的 RBAC 模型，讓我們能夠在不修改程式碼核心邏輯的情況下，動態地指派或撤銷權限。

2.1 核心概念：User-Role-Permission 模型

這個模型的核心思想是將「權限」與「角色」分離，並將「角色」賦予給「使用者」。一個使用者可以有多個角色，一個角色可以有多個權限。

• Permission (權限)：最小的操作單元，如 create courses, edit own courses, view all reports。

• Role (角色)：權限的集合，如 Instructor 角色包含 create courses 和 edit own courses 權限。

• User (使用者)：被指派角色的實體。

2.2 程式碼實作：

首先，我們透過 migration 建立了相應的資料表來儲存角色與權限的關聯。

PHP

// Database Migrations (Pseudo code)
// package: spatie/laravel-permission automatically handles these migrations
// 僅供概念說明，實際由套件生成
Schema::create('roles', function (Blueprint $table) {
    $table->id();
    $table->string('name')->unique();
    $table->timestamps();
});

Schema::create('permissions', function (Blueprint $table) {
    $table->id();
    $table->string('name')->unique();
    $table->timestamps();
});

// Pivot tables
Schema::create('model_has_roles', ...);
Schema::create('role_has_permissions', ...);

接著，在我們的業務邏輯中，權限檢查變得異常簡潔而強大。我們可以在 Middleware, Controller, 甚至是 Blade 模板中進行權限判斷。

範例：在 Controller 中檢查權限

在我們的 CourseController 中，只有擁有 create courses 權限的使用者才能新增課程。

PHP

// laravel/app/Http/Controllers/CourseController.php
use Illuminate\Support\Facades\Auth;

class CourseController extends Controller
{
    public function create()
    {
        // 透過 can() 輔助函式進行權限檢查，如果沒有權限會自動拋出 403 錯誤
        if (!Auth::user()->can('create courses')) {
            abort(403, 'Unauthorized action.');
        }

        return view('courses.create');
    }

    // ... 其他方法
}

2.3 亮點：動態儀表板與客製化 KPI

由於權限與角色是動態可控的，我們實現了根據使用者角色顯示不同儀表板的功能。Admin 可以看到總體課程數和使用者數，而 Instructor 則能看到自己創建的課程進度。

PHP

// laravel/app/Http/Controllers/DashboardController.php
class DashboardController extends Controller
{
    public function index()
    {
        $user = Auth::user();

        if ($user->hasRole('admin')) {
            // Admin 的儀表板數據
            $totalCourses = Course::count();
            $totalUsers = User::count();
            return view('dashboard.admin', compact('totalCourses', 'totalUsers'));
        }

        if ($user->hasRole('instructor')) {
            // Instructor 的儀表板數據
            $myCoursesCount = $user->courses()->count();
            // ... 更多講師專屬數據
            return view('dashboard.instructor', compact('myCoursesCount'));
        }

        // 其他角色...
        return view('dashboard.student');
    }
}

這種設計不僅讓權限管理變得彈性，也讓前端介面能根據使用者身分自動調整，提供了優異的使用者體驗。

3. 挑戰二：如何處理耗時的後台任務？

在 EduTMS 中，生成包含大量數據的課程進度報告，或處理大型影片檔案，都是非常耗時的操作。如果這些任務在 Web 請求中同步執行，使用者將會面臨漫長的等待時間，甚至導致請求超時。

我們的解決方案：Laravel + FastAPI + Celery 的非同步任務架構

我們採用了經典的任務佇列（Task Queue）模式，並將其拆分為兩個獨立的服務：

1. Laravel：負責接收使用者請求，並將任務推送到佇列中。

2. FastAPI Worker：專注於從佇列中取出任務並執行。

兩者之間透過 Redis 進行溝通，實現了完美的解耦。

3.1 架構圖（流程描述）：

1. 使用者在網頁上點擊「生成報表」按鈕。

2. Laravel 收到請求，將一個 GenerateReportJob 任務推送到 Redis 佇列。

3. Laravel 立即回傳「報表正在生成中...」的訊息給使用者，請求結束。

4. 後台的 FastAPI Worker 持續監聽 Redis 佇列。

5. Worker 抓取到 GenerateReportJob 任務，開始在背景執行報表生成邏輯。

6. 報表生成完成後，Worker 可以儲存檔案，甚至發送 Email 通知使用者。

3.2 程式碼實作：

a) Laravel 任務發布

在 Laravel 中，我們定義了一個 Job Class，並在 Controller 中將它推送到佇列。

PHP

// laravel/app/Http/Controllers/CourseReportController.php
use App\Jobs\GenerateCourseReport;
use Illuminate\Http\Request;

class CourseReportController extends Controller
{
    public function generate(Request $request, Course $course)
    {
        // 將耗時的報表生成任務推送到佇列
        GenerateCourseReport::dispatch($course->id, Auth::id());
        
        // 立即回傳訊息給使用者，不阻塞請求
        return back()->with('status', '課程報表正在後台生成中，請稍後。');
    }
}

b) FastAPI Worker 任務處理

我們使用 Python 的 FastAPI 框架搭配 Celery 進行任務處理。選擇 FastAPI 的原因是其輕量、高效，且能輕鬆整合 Python 強大的資料處理（如 Pandas）和機器學習函式庫。

以下是 fastapi/main.py 的關鍵程式碼：

Python

# fastapi/main.py
from celery import Celery
# ... other imports

# Celery App 設定，連線到 Redis
app = Celery('tasks', broker='redis://redis:6377/0', backend='redis://redis:6377/0')

@app.task
def generate_course_report(course_id: int, user_id: int):
    """
    Celery 任務：在背景生成課程報告
    """
    print(f"Generating report for course ID: {course_id} for user: {user_id}")
    try:
        # 這裡執行耗時的報表生成邏輯，例如：
        # - 從資料庫查詢大量數據 (使用 SQLAlchemy 或其他 ORM)
        # - 處理數據並匯出成 Excel 或 CSV 檔案
        # - 儲存檔案到儲存空間 (S3, MinIO)
        
        # 範例：模擬耗時操作
        import time
        time.sleep(10)
        
        # 任務完成後，可以發送 Email 通知使用者
        send_email_task('user@example.com', 'Report Ready', 'Your report is ready for download.')
        print("Report generated successfully.")
        
    except Exception as e:
        print(f"Error generating report: {e}")
        # 任務失敗處理...

@app.task
def send_email_task(to_email, subject, body):
    """
    Celery 任務：發送 Email
    """
    # 這裡實作 SMTP 發送 Email 的邏輯
    print(f"Sending email to {to_email} with subject: {subject}")

4. 技術整合與部署：Docker Compose 的力量

為了讓這個多語言、多服務的架構能夠無縫協作，我們利用 Docker Compose 將所有服務容器化。這不僅簡化了開發環境的設定，也讓生產環境的部署變得一致且可靠。

docker-compose.yml 檔案清晰地定義了每個服務及其依賴關係：

YAML

# docker-compose.yml
version: '3.8'
services:
  laravel:
    # ... Laravel 服務配置
    environment:
      - DB_HOST=mysql
      - REDIS_HOST=redis
    depends_on:
      - mysql
      - redis
  fastapi_worker:
    # ... FastAPI 服務配置
    command: celery -A main worker --loglevel=info
    depends_on:
      - mysql
      - redis
  mysql:
    # ... MySQL 資料庫服務
  redis:
    # ... Redis 服務

depends_on 確保了 Worker 服務在 MySQL 和 Redis 啟動後才運行，而環境變數則讓各個服務能夠輕鬆找到彼此。

5. 總結與未來展望

透過 Laravel 的穩健生態系處理 Web 核心業務，並利用 FastAPI 的高效非同步能力處理耗時任務，我們成功打造了一個高效能、高彈性且易於部署的 EduTMS。這種多語言、多框架的架構不僅解決了我們面臨的技術挑戰，也為未來的擴展提供了無限可能，例如引入 Python 的機器學習模型進行學習行為分析，或整合更多自動化任務。

如果你對這個專案的架構或實作細節有興趣，歡迎留言交流！