使用 Spring Boot 開發 Backend Bot Server: 從 IoC 容器到 DI 實踐

16th鐵人賽

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使用 Spring Boot 開發 Backend Bot Server

前面說明了訊息前處理的部分，包括如何使用AWS Lambda接收及解析LINE Platform的Webhook，並將訊息及一些必要資訊傳送到訊息佇列(Kafka)中。
而本系列文終於到了進入後續處理的階段，也就是Bot Server開發的介紹。
由於我們的Bot Server是基於Java的Spring框架來開發，因此本章將首先介紹Spring的核心概念，並透過程式結構來了解一個Spring專案應有的樣貌。

這邊要先理解的是，Java是一個物件導向的程式語言，所有的邏輯都會經由物件來完成。
為了說明IoC及DI，我們先忘記前面提到的架構。假設我們把分工簡化到極致，全部都在一個程式內完成，那麼主程式流程大概會如下:
1.建立一個監聽事件的物件: eventHandler
- 設定要監聽的IP、Port、驗證資訊，以及要檢查的格式。
- 呼叫Function: listen()來監聽事件。
2.建立一個剖析事件的物件，從中取出必要資料及使用者訊息: eventProcesser。
- 設定剖析完成後，要輸出的格式，例如一個普通的Java Class，或者一個JSON String。
- 呼叫Function: process()來處理事件。
3.建立一個回應事件的物件，replyHandler
- 設定要回應的目的端，例如Kafka的Broker IP、Topic，及驗證資訊。
- 呼叫Function: reply()來回應事件。

上面的流程，我們可以更簡化成兩個部分:

1.商業邏輯
- 監聽事件，處理事件，回應事件
2.控制商業邏輯所需要的依賴
- 監聽事件時: 建立監聽事件的物件: eventHandler，並且設定好要監聽的IP、Port、驗證資訊，以及要檢查的格式。
- 處理事件: 建立剖析事件的物件: eventProcesser，並且設定好剖析完成後，要輸出的格式。
- 回應事件: 建立回應事件的物件: replyHandler，並且設定好要回應的目的端資訊。

Inversion這個單字翻成反轉可能比較難懂，實際上他的意思比較接近於外包，也就是，把設定並且實例化所需要的物件這項工作，通通外包給一個跟商業邏輯無關的第三方程序。經由IoC化以後的程式流程會包含兩個程序，大概會是這樣:
1.第三方程序
- 建立一個監聽事件的物件: eventHandler，並且設定好要監聽的IP、Port、驗證資訊，以及要檢查的格式。
- 建立一個剖析事件的物件: eventProcesser，並且設定好剖析完成後要輸出的格式。
- 建立一個回應事件的物件: replyHandler，並且設定好要回應的目的端資訊。
2.等第三方程序把所有要用到的物件都做好以後，開始執行商業邏輯的主流程:
- 監聽事件
  - 從第三方程序拿到eventHandler並執行listen()。
- 處理事件
  - 從第三方程序拿到eventProcesser並執行process()。
- 回應事件
  - 從第三方程序拿replyHandler並執行reply()。

簡潔的主流程
- 因為我們把設定並且實例化所需要的物件這項工作給外包出去了，所有相關程式碼都不會在主流程看到，而是寫在第三方程序。
- 這對一些邏輯複雜，或者常需抽換依賴的系統來說相當重要，對於一個不是AI的閱讀者(也就是我們)來說，我們可以專注在理解程式的主流程就是要監聽/處理/回應事件，而不會被中間的控制依賴的程式碼干擾
解掉主流程與依賴的耦合，方便依賴抽換
- 同樣是因為控制依賴這件事不在主流程內，當我們要抽換依賴的實作時，可以完全不用改變主流程，直接要求第三方抽換需要的依賴即可。
- 例如，當我們要監聽的事件從Kafka換成Redis或其他來源，又或者是輸出要從JSON換成YAML格式，只需要開發好相關工具，再通知第三方改變依賴，不需要改變主要的商業邏輯。
  而因為拆分了依賴和主流程，這樣的架構也有利於進行單元測試。

簡單來說，IoC是一種概念，而DI是實踐IoC的方法之一。
DI指的是，透過容器(Container)作為第三方程序，來託管所有需要的依賴實例，並且在需要時，透過類別的建構子(Constructor)、方法(setter Function)、或者屬性(Field)，來將實例傳遞給需要的對象。

Spring Framework提供了容器，來託管並實例化所有需要的物件。
- 注: 這裡說的容器不是Docker Container
在Spring中:
- Bean 代表了所有商業邏輯所需要的物件。
- Application Context就是用來管理所有實例的容器，由它負責創建、配置、管理和銷毀應用程序中的 Beans:

圖: 在Spring中，容器就是Application context，負責託管Beans

Spring 包含了多個子項目，包含Web開發的Spring Web MVC, 與資料庫對接的Spring Data等等。Spring Boot則是其中一個子項目，他的目的是先幫開發者做好一些繁雜的設定，讓開發者得以更專精於主要商業邏輯的開發。
為了簡化說明，在後續的章節中，我們都用Spring來代稱Spring boot。

配置方式
- 相較於Spring Framework，Spring Boot會自動將以往需要手動配置的一些細節設定好
- Spring Framework比較像拼裝車，而Spring Boot的精神，是先給你一個完整能運作(Ready-to-use)的車子，再讓開發者根據需求去修改配置。
使用簡單的Annotation註解，來配置並組合成商業邏輯
簡化執行方式
- 以一個Web程式來說，Spring Framework需要將程式打包為.WAR文件，並部署到外部應用伺服器（如 Tomcat）。
- Spring Boot則是內嵌了Tomcat，當你執行main方法時，即可啟動應用，無需額外的伺服器部署。基本上只要設定得當，我們可以直接用java -jar 程式名稱.jar 來執行程式。
提供Starter POM
- Starter POM是包含了各種用途的依賴集合，例如要和MongoDB溝通，只需要在Maven的pom.xml設定檔加入spring-boot-starter-data-mongodb這個starter，就會包含所有已經選好的依賴，而在Spring Framework則需要自己逐個把依賴加入。
- 注意: Starter"理論上"包含所有需要的依賴，但還是會有一些狀況需要自己加入。

我們可以在官方提供的Spring Initializr網站，根據需求選出需要的依賴starter等，Spring Initializr就會根據我們的設定，將相關依賴和檔案結構，甚至是進入點的程式都打包好。
下載後解壓縮，會得到一個完整的初始專案，就可以在上面方便地進行開發。

圖: 使用Springboot: 用Spring Initializr下載初始專案

本章說明了控制反轉 (Inversion of Control, IoC)，以及Spring Boot的基本概念。
在介紹Spring Boot的好處時有提到，可以用簡單的Annotation，來配置並組合成商業邏輯。實際上一個Spring的程式是由多個Annotation標示的實例組成的，這部分我們在下一章會介紹本專案所用到的Annotation。