Spring AI与RAG技术实战:构建企业级智能文档问答系统
引言
在人工智能技术飞速发展的今天,如何将AI能力有效集成到企业应用中成为了技术团队面临的重要挑战。Spring AI作为Spring生态系统中的AI集成框架,结合RAG(检索增强生成)技术,为企业构建智能文档问答系统提供了强大的技术支撑。本文将深入探讨如何使用Spring AI和RAG技术构建高效、准确的企业级智能问答系统。
技术架构概述
Spring AI框架
Spring AI是Spring生态系统中的AI集成框架,它提供了统一的API来访问各种AI模型和服务。主要特性包括:
- 模型抽象层:统一访问OpenAI、Azure OpenAI、Google AI等主流AI服务
- 提示工程支持:内置提示模板和变量替换机制
- 向量化集成:支持多种向量数据库和嵌入模型
- 工具调用框架:标准化AI代理的工具执行能力
RAG技术原理
RAG(Retrieval-Augmented Generation)是一种结合信息检索和文本生成的技术架构:
- 文档处理:将企业文档进行分块、向量化处理
- 语义检索:根据用户问题检索最相关的文档片段
- 上下文增强:将检索到的信息作为上下文提供给AI模型
- 智能生成:AI模型基于上下文生成准确回答
系统设计与实现
环境准备
首先配置Spring AI依赖:
<dependency>
<groupId>org.springframework.ai</groupId>
<artifactId>spring-ai-openai-spring-boot-starter</artifactId>
<version>0.8.1</version>
</dependency>
<dependency>
<groupId>org.springframework.ai</groupId>
<artifactId>spring-ai-pgvector-store-spring-boot-starter</artifactId>
<version>0.8.1</version>
</dependency>
文档处理模块
文档加载与分块
@Service
public class DocumentProcessor {
@Autowired
private TextSplitter textSplitter;
public List<Document> processDocument(String filePath) {
// 加载文档
DocumentLoader loader = new FileDocumentLoader();
Document document = loader.load(filePath);
// 文档分块
return textSplitter.split(document);
}
}
向量化存储
@Configuration
public class VectorStoreConfig {
@Bean
public VectorStore vectorStore(EmbeddingModel embeddingModel) {
return new PgVectorStore(
embeddingModel,
new PgVectorStore.PgVectorStoreConfig()
);
}
@Bean
public EmbeddingModel embeddingModel() {
return new OpenAiEmbeddingModel(
new OpenAiApi("your-api-key")
);
}
}
检索增强生成服务
RAG服务实现
@Service
public class RagService {
@Autowired
private VectorStore vectorStore;
@Autowired
private ChatClient chatClient;
public String answerQuestion(String question) {
// 1. 检索相关文档
List<Document> relevantDocs = vectorStore.similaritySearch(question);
// 2. 构建提示
String context = buildContext(relevantDocs);
String prompt = buildPrompt(question, context);
// 3. 生成回答
return chatClient.generate(prompt);
}
private String buildContext(List<Document> documents) {
return documents.stream()
.map(Document::getContent)
.collect(Collectors.joining("\n\n"));
}
private String buildPrompt(String question, String context) {
return String.format("""
基于以下上下文信息,请回答用户的问题。
上下文:
%s
问题:%s
要求:回答要准确、简洁,基于提供的上下文信息。
""", context, question);
}
}
API控制器
@RestController
@RequestMapping("/api/rag")
public class RagController {
@Autowired
private RagService ragService;
@PostMapping("/ask")
public ResponseEntity<String> askQuestion(@RequestBody QuestionRequest request) {
try {
String answer = ragService.answerQuestion(request.getQuestion());
return ResponseEntity.ok(answer);
} catch (Exception e) {
return ResponseEntity.status(HttpStatus.INTERNAL_SERVER_ERROR)
.body("处理问题时发生错误:" + e.getMessage());
}
}
@PostMapping("/ingest")
public ResponseEntity<String> ingestDocument(@RequestParam("file") MultipartFile file) {
try {
// 文档处理逻辑
return ResponseEntity.ok("文档处理完成");
} catch (Exception e) {
return ResponseEntity.status(HttpStatus.INTERNAL_SERVER_ERROR)
.body("文档处理失败:" + e.getMessage());
}
}
}
高级特性实现
多轮对话支持
@Service
public class ConversationService {
@Autowired
private RagService ragService;
private final Map<String, List<ChatMessage>> conversationHistory = new ConcurrentHashMap<>();
public String continueConversation(String sessionId, String userMessage) {
List<ChatMessage> history = conversationHistory.getOrDefault(sessionId, new ArrayList<>());
// 添加上下文到问题中
String contextualQuestion = buildContextualQuestion(userMessage, history);
String answer = ragService.answerQuestion(contextualQuestion);
// 更新对话历史
history.add(new ChatMessage("user", userMessage));
history.add(new ChatMessage("assistant", answer));
conversationHistory.put(sessionId, history);
return answer;
}
private String buildContextualQuestion(String currentQuestion, List<ChatMessage> history) {
if (history.isEmpty()) {
return currentQuestion;
}
StringBuilder contextBuilder = new StringBuilder();
contextBuilder.append("之前的对话上下文:\n");
for (ChatMessage message : history) {
contextBuilder.append(message.getRole())
.append(": ")
.append(message.getContent())
.append("\n");
}
contextBuilder.append("当前问题:")
.append(currentQuestion);
return contextBuilder.toString();
}
}
智能路由与降级策略
@Service
public class IntelligentRouter {
@Autowired
private RagService ragService;
@Autowired
private FaqService faqService;
@Autowired
private FallbackService fallbackService;
public String routeQuestion(String question) {
// 1. 检查是否是常见问题
if (faqService.isFaq(question)) {
return faqService.getAnswer(question);
}
try {
// 2. 使用RAG处理复杂问题
return ragService.answerQuestion(question);
} catch (Exception e) {
// 3. 降级处理
return fallbackService.handleFallback(question);
}
}
}
性能优化与监控
缓存策略
@Configuration
@EnableCaching
public class CacheConfig {
@Bean
public CacheManager cacheManager() {
CaffeineCacheManager cacheManager = new CaffeineCacheManager();
cacheManager.setCaffeine(Caffeine.newBuilder()
.expireAfterWrite(10, TimeUnit.MINUTES)
.maximumSize(1000));
return cacheManager;
}
}
@Service
public class CachedRagService {
@Autowired
private RagService ragService;
@Cacheable(value = "ragAnswers", key = "#question")
public String getCachedAnswer(String question) {
return ragService.answerQuestion(question);
}
}
监控指标
@Component
public class RagMetrics {
private final MeterRegistry meterRegistry;
public RagMetrics(MeterRegistry meterRegistry) {
this.meterRegistry = meterRegistry;
}
public void recordResponseTime(long milliseconds) {
meterRegistry.timer("rag.response.time")
.record(milliseconds, TimeUnit.MILLISECONDS);
}
public void recordSuccess() {
meterRegistry.counter("rag.requests.success").increment();
}
public void recordFailure() {
meterRegistry.counter("rag.requests.failure").increment();
}
}
部署与运维
Docker容器化
FROM openjdk:17-jdk-slim
WORKDIR /app
COPY target/rag-system.jar app.jar
EXPOSE 8080
ENTRYPOINT ["java", "-jar", "app.jar"]
Kubernetes部署配置
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
name: rag-system
spec:
replicas: 3
selector:
matchLabels:
app: rag-system
template:
metadata:
labels:
app: rag-system
spec:
containers:
- name: rag-app
image: rag-system:latest
ports:
- containerPort: 8080
resources:
requests:
memory: "512Mi"
cpu: "250m"
limits:
memory: "1Gi"
cpu: "500m"
env:
- name: SPRING_PROFILES_ACTIVE
value: "production"
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
name: rag-service
spec:
selector:
app: rag-system
ports:
- port: 80
targetPort: 8080
type: LoadBalancer
最佳实践与注意事项
1. 文档预处理优化
- 使用合适的文本分块策略(按段落、按标题等)
- 处理文档中的表格、图片等非文本内容
- 建立文档版本管理机制
2. 检索精度提升
- 调整相似度阈值
- 使用混合检索策略(关键词+语义)
- 实现查询重写和扩展
3. 回答质量保障
- 设置回答长度限制
- 实现事实性检查机制
- 建立人工审核流程
4. 安全考虑
- 实施访问控制
- 敏感信息过滤
- 审计日志记录
总结
通过Spring AI和RAG技术的结合,我们成功构建了一个高效、准确的企业级智能文档问答系统。该系统不仅能够理解自然语言问题,还能从企业文档库中检索相关信息并生成准确的回答。
关键技术优势:
- 准确性高:基于真实文档内容,减少AI幻觉
- 扩展性强:支持多种文档格式和AI模型
- 性能优异:通过缓存和优化策略确保响应速度
- 易于集成:基于Spring生态,与现有系统无缝集成
未来可以进一步探索的方向包括多模态文档处理、实时文档更新、个性化回答生成等,不断提升系统的智能水平和用户体验。
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