Spring AI与RAG技术实战:构建企业级智能文档问答系统
引言
随着人工智能技术的快速发展,企业对于智能化文档处理的需求日益增长。传统的文档管理系统往往存在检索效率低、理解能力有限等问题。Spring AI结合RAG(检索增强生成)技术,为企业提供了一种全新的智能文档问答解决方案。本文将深入探讨如何利用Spring AI框架构建高效的企业级智能文档问答系统。
技术栈概述
Spring AI框架
Spring AI是Spring生态系统中的AI扩展框架,提供了统一的API来集成各种AI模型和服务。其主要特性包括:
- 模型抽象层:统一访问不同AI提供商的模型
- 提示工程支持:提供灵活的提示模板和变量填充机制
- 工具调用框架:支持AI模型调用外部工具和服务
- 会话内存管理:维护对话上下文和历史记录
RAG技术原理
RAG(Retrieval-Augmented Generation)是一种结合检索和生成的AI技术架构:
- 检索阶段:从知识库中检索与问题相关的文档片段
- 增强阶段:将检索到的信息作为上下文提供给生成模型
- 生成阶段:基于检索到的上下文生成准确、可靠的回答
系统架构设计
整体架构
+-------------------+ +-----------------+ +-------------------+
| 用户界面层 | | 应用服务层 | | 数据存储层 |
| - Web前端 |<--->| - Spring AI |<--->| - 向量数据库 |
| - API接口 | | - RAG服务 | | - 文档存储 |
+-------------------+ +-----------------+ +-------------------+
|
v
+-------------------+
| 外部服务层 |
| - Embedding模型 |
| - LLM模型 |
+-------------------+
核心组件
1. 文档处理管道
@Component
public class DocumentProcessingPipeline {
@Autowired
private DocumentLoader documentLoader;
@Autowired
private TextSplitter textSplitter;
@Autowired
private EmbeddingClient embeddingClient;
@Autowired
private VectorStore vectorStore;
public void processDocument(String documentPath) {
// 加载文档
Document document = documentLoader.load(documentPath);
// 文本分割
List<TextSegment> segments = textSplitter.split(document.getContent());
// 生成嵌入向量
List<Embedding> embeddings = embeddingClient.embed(segments);
// 存储到向量数据库
vectorStore.add(segments, embeddings);
}
}
2. RAG检索服务
@Service
public class RagRetrievalService {
@Autowired
private VectorStore vectorStore;
@Autowired
private EmbeddingClient embeddingClient;
public List<TextSegment> retrieveRelevantContent(String query, int topK) {
// 生成查询向量
Embedding queryEmbedding = embeddingClient.embed(query);
// 相似度检索
return vectorStore.similaritySearch(queryEmbedding, topK);
}
}
3. AI生成服务
@Service
public class AIGenerationService {
@Autowired
private ChatClient chatClient;
public String generateAnswer(String question, List<TextSegment> context) {
// 构建提示模板
String promptTemplate = """
基于以下上下文信息回答问题:
{context}
问题:{question}
请提供准确、简洁的回答。如果上下文信息不足以回答问题,请明确说明。
""";
// 填充提示
String contextStr = context.stream()
.map(TextSegment::getText)
.collect(Collectors.joining("\n\n"));
Prompt prompt = new Prompt(promptTemplate
.replace("{context}", contextStr)
.replace("{question}", question));
// 调用AI模型生成回答
ChatResponse response = chatClient.call(prompt);
return response.getResult().getOutput().getContent();
}
}
关键技术实现
向量数据库集成
Redis向量存储配置
@Configuration
public class VectorStoreConfig {
@Bean
public VectorStore vectorStore(RedisConnectionFactory connectionFactory,
EmbeddingClient embeddingClient) {
return new RedisVectorStore(
RedisVectorStoreOptions.builder()
.connectionFactory(connectionFactory)
.indexName("document_vectors")
.embeddingClient(embeddingClient)
.build()
);
}
}
Milvus向量存储配置
@Configuration
public class MilvusConfig {
@Value("${milvus.host}")
private String host;
@Value("${milvus.port}")
private int port;
@Bean
public MilvusServiceClient milvusClient() {
return new MilvusServiceClient(
ConnectParam.newBuilder()
.withHost(host)
.withPort(port)
.build()
);
}
}
Embedding模型集成
OpenAI Embedding配置
@Configuration
public class EmbeddingConfig {
@Bean
@ConditionalOnProperty(name = "ai.embedding.provider", havingValue = "openai")
public EmbeddingClient openAiEmbeddingClient(
@Value("${openai.api-key}") String apiKey) {
OpenAiEmbeddingOptions options = OpenAiEmbeddingOptions.builder()
.apiKey(apiKey)
.model("text-embedding-ada-002")
.build();
return new OpenAiEmbeddingClient(options);
}
}
本地Ollama Embedding配置
@Configuration
public class OllamaConfig {
@Bean
@ConditionalOnProperty(name = "ai.embedding.provider", havingValue = "ollama")
public EmbeddingClient ollamaEmbeddingClient(
@Value("${ollama.base-url}") String baseUrl) {
OllamaEmbeddingOptions options = OllamaEmbeddingOptions.builder()
.baseUrl(baseUrl)
.model("nomic-embed-text")
.build();
return new OllamaEmbeddingClient(options);
}
}
文档加载与处理
多格式文档加载器
@Component
public class MultiFormatDocumentLoader {
private final Map<String, DocumentLoader> loaders = new HashMap<>();
public MultiFormatDocumentLoader() {
loaders.put("pdf", new PdfDocumentLoader());
loaders.put("docx", new DocxDocumentLoader());
loaders.put("txt", new TextDocumentLoader());
loaders.put("html", new HtmlDocumentLoader());
}
public Document load(String filePath) throws IOException {
String extension = getFileExtension(filePath);
DocumentLoader loader = loaders.get(extension.toLowerCase());
if (loader == null) {
throw new IllegalArgumentException("Unsupported file format: " + extension);
}
return loader.load(new File(filePath));
}
private String getFileExtension(String filename) {
return FilenameUtils.getExtension(filename);
}
}
智能文本分割器
@Component
public class SmartTextSplitter implements TextSplitter {
@Value("${text.splitter.chunk-size:1000}")
private int chunkSize;
@Value("${text.splitter.overlap:200}")
private int overlap;
@Override
public List<TextSegment> split(String text) {
List<TextSegment> segments = new ArrayList<>();
// 首先按段落分割
String[] paragraphs = text.split("\\n\\n");
for (String paragraph : paragraphs) {
if (paragraph.length() <= chunkSize) {
segments.add(new TextSegment(paragraph));
} else {
// 长段落需要进一步分割
segments.addAll(splitLongText(paragraph));
}
}
return segments;
}
private List<TextSegment> splitLongText(String text) {
List<TextSegment> chunks = new ArrayList<>();
int start = 0;
while (start < text.length()) {
int end = Math.min(start + chunkSize, text.length());
// 尝试在句子边界处分割
if (end < text.length()) {
int sentenceEnd = findSentenceEnd(text, end);
if (sentenceEnd > start) {
end = sentenceEnd;
}
}
String chunk = text.substring(start, end);
chunks.add(new TextSegment(chunk));
start = end - overlap;
if (start < 0) start = 0;
}
return chunks;
}
private int findSentenceEnd(String text, int position) {
// 查找最近的句子结束标点
for (int i = position; i < text.length(); i++) {
char c = text.charAt(i);
if (c == '.' || c == '!' || c == '?' || c == '。' || c == '!' || c == '?') {
return i + 1;
}
}
return position;
}
}
性能优化策略
缓存机制
@Service
public class QueryCacheService {
@Autowired
private CacheManager cacheManager;
@Cacheable(value = "ragResponses", key = "#question.hashCode()")
public String getCachedResponse(String question, List<TextSegment> context) {
// 如果缓存命中,直接返回null,触发重新生成
return null;
}
public void cacheResponse(String question, String response) {
Cache cache = cacheManager.getCache("ragResponses");
if (cache != null) {
cache.put(question.hashCode(), response);
}
}
}
批量处理优化
@Service
public class BatchProcessingService {
@Async
public CompletableFuture<Void> processDocumentsInBatch(List<String> documentPaths) {
return CompletableFuture.runAsync(() -> {
documentPaths.parallelStream()
.forEach(this::processSingleDocument);
});
}
private void processSingleDocument(String documentPath) {
try {
documentProcessingPipeline.processDocument(documentPath);
} catch (Exception e) {
log.error("Failed to process document: " + documentPath, e);
}
}
}
安全与监控
访问控制
@Configuration
@EnableWebSecurity
public class SecurityConfig extends WebSecurityConfigurerAdapter {
@Override
protected void configure(HttpSecurity http) throws Exception {
http.authorizeRequests()
.antMatchers("/api/documents/upload").hasRole("ADMIN")
.antMatchers("/api/query").authenticated()
.anyRequest().permitAll()
.and()
.oauth2ResourceServer().jwt();
}
}
监控指标
@Component
public class MetricsService {
private final MeterRegistry meterRegistry;
public MetricsService(MeterRegistry meterRegistry) {
this.meterRegistry = meterRegistry;
}
public void recordQueryLatency(long latencyMs, boolean success) {
Timer.builder("rag.query.latency")
.tag("success", String.valueOf(success))
.register(meterRegistry)
.record(latencyMs, TimeUnit.MILLISECONDS);
}
public void recordCacheHit(boolean hit) {
Counter.builder("rag.cache.hits")
.tag("hit", String.valueOf(hit))
.register(meterRegistry)
.increment();
}
}
部署与运维
Docker容器化
FROM openjdk:17-jdk-slim
WORKDIR /app
COPY target/rag-system.jar app.jar
COPY application.properties application.properties
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
env:
- name: SPRING_PROFILES_ACTIVE
value: "prod"
resources:
requests:
memory: "2Gi"
cpu: "1000m"
limits:
memory: "4Gi"
cpu: "2000m"
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
name: rag-service
spec:
selector:
app: rag-system
ports:
- port: 80
targetPort: 8080
实际应用场景
企业知识库问答
系统可以集成企业内部的文档、手册、规范等,为员工提供智能问答服务,提高工作效率。
客户支持系统
通过分析产品文档和常见问题,为客户提供准确的技术支持和问题解答。
教育培训平台
构建智能学习助手,根据学习资料为学生提供个性化的学习指导和问题解答。
总结与展望
本文详细介绍了基于Spring AI和RAG技术构建企业级智能文档问答系统的完整方案。通过合理的架构设计、关键技术实现和性能优化策略,我们能够构建出高效、可靠的智能问答系统。
未来发展方向包括:
- 多模态支持:扩展支持图像、表格等非文本内容
- 实时学习:实现系统的持续学习和知识更新
- 个性化推荐:基于用户行为提供个性化的问答服务
- 多语言支持:扩展对多语言文档的处理能力
Spring AI框架的不断发展和完善,将为构建更强大的AI应用提供更好的支持。RAG技术作为一种有效的知识增强方法,在企业级应用中具有广阔的应用前景。
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