Spring AI与RAG技术实战:构建企业级智能文档问答系统

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只能提供简单的关键词搜索,无法理解用户的自然语言查询意图。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框架和RAG技术构建高效的企业级智能文档问答系统。

技术架构概述

核心组件

我们的智能文档问答系统采用以下技术栈:

  • Spring AI: 作为核心AI框架,提供统一的AI服务接入
  • RAG架构: 检索增强生成,结合语义搜索和LLM生成能力
  • 向量数据库: 使用Milvus存储文档向量化表示
  • Embedding模型: OpenAI或Ollama提供的文本嵌入服务
  • Spring Boot: 作为后端服务框架
  • Redis: 用于缓存和会话管理

系统架构设计

客户端 → Spring Boot应用 → RAG引擎 → 向量数据库
                      ↓           ↓
                    LLM服务    文档存储

环境准备与依赖配置

Maven依赖配置

首先,在pom.xml中添加必要的依赖:

<dependencies>
    <dependency>
        <groupId>org.springframework.boot</groupId>
        <artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>
    </dependency>
    
    <dependency>
        <groupId>org.springframework.ai</groupId>
        <artifactId>spring-ai-openai-spring-boot-starter</artifactId>
        <version>0.8.1</version>
    </dependency>
    
    <dependency>
        <groupId>io.milvus</groupId>
        <artifactId>milvus-sdk-java</artifactId>
        <version>2.3.4</version>
    </dependency>
    
    <dependency>
        <groupId>org.springframework.boot</groupId>
        <artifactId>spring-boot-starter-data-redis</artifactId>
    </dependency>
</dependencies>

配置文件设置

在application.yml中配置相关参数:

spring:
  ai:
    openai:
      api-key: ${OPENAI_API_KEY}
      base-url: https://api.openai.com/v1
  
  data:
    redis:
      host: localhost
      port: 6379

milvus:
  host: localhost
  port: 19530

核心功能实现

1. 文档处理与向量化

首先实现文档加载和向量化功能:

@Service
public class DocumentProcessor {
    
    @Autowired
    private EmbeddingClient embeddingClient;
    
    @Autowired
    private MilvusService milvusService;
    
    public void processDocument(String documentId, String content) {
        // 文本预处理
        String processedContent = preprocessText(content);
        
        // 分块处理
        List<String> chunks = splitIntoChunks(processedContent);
        
        // 向量化并存储
        for (int i = 0; i < chunks.size(); i++) {
            float[] embedding = embeddingClient.embed(chunks.get(i));
            milvusService.storeEmbedding(documentId, i, embedding, chunks.get(i));
        }
    }
    
    private String preprocessText(String text) {
        // 移除特殊字符、标准化文本等
        return text.replaceAll("[^\\w\\s]", "").toLowerCase();
    }
    
    private List<String> splitIntoChunks(String text) {
        // 按段落或固定长度分块
        return Arrays.asList(text.split("\\n\\n"));
    }
}

2. 语义检索实现

实现基于向量相似度的语义检索:

@Service
public class SemanticSearchService {
    
    @Autowired
    private EmbeddingClient embeddingClient;
    
    @Autowired
    private MilvusService milvusService;
    
    public List<SearchResult> search(String query, int topK) {
        // 将查询语句向量化
        float[] queryEmbedding = embeddingClient.embed(query);
        
        // 在向量数据库中搜索相似文档
        List<SearchResult> results = milvusService.searchSimilar(
            queryEmbedding, topK
        );
        
        return results;
    }
}

@Data
class SearchResult {
    private String documentId;
    private int chunkIndex;
    private String content;
    private float similarity;
}

3. RAG问答引擎

结合检索结果和LLM生成回答:

@Service
public class RAGQuestionAnsweringService {
    
    @Autowired
    private SemanticSearchService searchService;
    
    @Autowired
    private ChatClient chatClient;
    
    public String answerQuestion(String question) {
        // 检索相关文档片段
        List<SearchResult> relevantDocs = searchService.search(question, 5);
        
        // 构建提示词
        String prompt = buildPrompt(question, relevantDocs);
        
        // 调用LLM生成回答
        String answer = chatClient.generate(prompt);
        
        return answer;
    }
    
    private String buildPrompt(String question, List<SearchResult> docs) {
        StringBuilder context = new StringBuilder();
        context.append("基于以下文档内容回答问题:\n\n");
        
        for (SearchResult doc : docs) {
            context.append("文档片段:").append(doc.getContent())
                  .append("\n\n");
        }
        
        context.append("问题:").append(question).append("\n");
        context.append("请根据上述文档内容提供准确的回答。");
        
        return context.toString();
    }
}

4. 会话内存管理

实现多轮对话的上下文管理:

@Service
public class ConversationMemoryService {
    
    @Autowired
    private RedisTemplate<String, Object> redisTemplate;
    
    private static final String CONVERSATION_PREFIX = "conv:";
    
    public void saveConversationTurn(String sessionId, String userQuery, String aiResponse) {
        Conversation conversation = getOrCreateConversation(sessionId);
        conversation.addTurn(new ConversationTurn(userQuery, aiResponse));
        
        // 保存到Redis,设置过期时间
        redisTemplate.opsForValue().set(
            CONVERSATION_PREFIX + sessionId, 
            conversation,
            Duration.ofHours(2)
        );
    }
    
    public Conversation getConversationContext(String sessionId) {
        return (Conversation) redisTemplate.opsForValue()
            .get(CONVERSATION_PREFIX + sessionId);
    }
    
    private Conversation getOrCreateConversation(String sessionId) {
        Conversation existing = getConversationContext(sessionId);
        return existing != null ? existing : new Conversation();
    }
}

@Data
class Conversation {
    private List<ConversationTurn> turns = new ArrayList<>();
    private LocalDateTime createdAt = LocalDateTime.now();
    
    public void addTurn(ConversationTurn turn) {
        turns.add(turn);
    }
    
    public String getContext() {
        return turns.stream()
            .map(turn -> "用户: " + turn.getUserQuery() + "\nAI: " + turn.getAiResponse())
            .collect(Collectors.joining("\n\n"));
    }
}

@Data
@AllArgsConstructor
class ConversationTurn {
    private String userQuery;
    private String aiResponse;
}

REST API设计

控制器实现

@RestController
@RequestMapping("/api/rag")
public class RAGController {
    
    @Autowired
    private RAGQuestionAnsweringService qaService;
    
    @Autowired
    private ConversationMemoryService memoryService;
    
    @PostMapping("/ask")
    public ResponseEntity<AnswerResponse> askQuestion(
            @RequestBody QuestionRequest request,
            HttpServletRequest httpRequest) {
        
        String sessionId = extractSessionId(httpRequest);
        
        // 获取会话上下文
        Conversation context = memoryService.getConversationContext(sessionId);
        String contextualQuestion = buildContextualQuestion(request.getQuestion(), context);
        
        // 获取回答
        String answer = qaService.answerQuestion(contextualQuestion);
        
        // 保存会话记录
        memoryService.saveConversationTurn(sessionId, request.getQuestion(), answer);
        
        return ResponseEntity.ok(new AnswerResponse(answer));
    }
    
    @PostMapping("/documents")
    public ResponseEntity<String> uploadDocument(
            @RequestParam("file") MultipartFile file,
            @RequestParam("documentId") String documentId) {
        
        try {
            String content = new String(file.getBytes(), StandardCharsets.UTF_8);
            // 处理文档...
            return ResponseEntity.ok("文档上传成功");
        } catch (IOException e) {
            return ResponseEntity.status(HttpStatus.INTERNAL_SERVER_ERROR)
                .body("文档处理失败");
        }
    }
    
    private String extractSessionId(HttpServletRequest request) {
        // 从cookie或header中提取sessionId
        return request.getSession().getId();
    }
    
    private String buildContextualQuestion(String question, Conversation context) {
        if (context == null || context.getTurns().isEmpty()) {
            return question;
        }
        
        return "之前的对话上下文:\n" + context.getContext() + 
               "\n\n当前问题:" + question;
    }
}

@Data
class QuestionRequest {
    private String question;
}

@Data
@AllArgsConstructor
class AnswerResponse {
    private String answer;
}

性能优化策略

1. 缓存优化

@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 CachedEmbeddingService {
    
    @Autowired
    private EmbeddingClient embeddingClient;
    
    @Cacheable(value = "embeddings", key = "#text")
    public float[] getCachedEmbedding(String text) {
        return embeddingClient.embed(text);
    }
}

2. 批量处理优化

@Service
public class BatchProcessingService {
    
    @Async
    public CompletableFuture<Void> processDocumentsBatch(List<Document> documents) {
        documents.parallelStream().forEach(this::processDocument);
        return CompletableFuture.completedFuture(null);
    }
    
    private void processDocument(Document doc) {
        // 文档处理逻辑
    }
}

监控与日志

集成Micrometer监控

@Configuration
public class MonitoringConfig {
    
    @Bean
    public MeterRegistry meterRegistry() {
        return new PrometheusMeterRegistry(PrometheusConfig.DEFAULT);
    }
    
    @Bean
    public TimedAspect timedAspect(MeterRegistry registry) {
        return new TimedAspect(registry);
    }
}

@Service
public class MonitoringService {
    
    private final Counter questionCounter;
    private final Timer responseTimer;
    
    public MonitoringService(MeterRegistry registry) {
        questionCounter = registry.counter("rag.questions.total");
        responseTimer = registry.timer("rag.response.time");
    }
    
    @Timed(value = "rag.process.question")
    public void recordQuestionProcessing() {
        questionCounter.increment();
    }
}

安全考虑

API安全加固

@Configuration
@EnableWebSecurity
public class SecurityConfig {
    
    @Bean
    public SecurityFilterChain filterChain(HttpSecurity http) throws Exception {
        http
            .authorizeHttpRequests(authz -> authz
                .requestMatchers("/api/rag/**").authenticated()
                .anyRequest().permitAll())
            .oauth2ResourceServer(OAuth2ResourceServerConfigurer::jwt)
            .csrf().disable();
        
        return http.build();
    }
}

部署与扩展

Docker容器化部署

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: "1Gi"
            cpu: "500m"
          limits:
            memory: "2Gi"
            cpu: "1000m"
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: rag-service
spec:
  selector:
    app: rag-system
  ports:
  - port: 80
    targetPort: 8080

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。通过结合语义检索、向量数据库和大型语言模型,我们实现了能够理解自然语言查询并提供准确回答的智能系统。

关键优势

  1. 准确性高: RAG架构确保回答基于实际文档内容,减少AI幻觉
  2. 扩展性强: 模块化设计便于集成新的文档类型和AI模型
  3. 性能优异: 通过缓存和批量处理优化系统响应速度
  4. 企业级特性: 包含安全、监控、会话管理等生产环境必需功能

未来改进方向

  1. 支持多模态文档处理(图片、表格等)
  2. 实现更复杂的Agent工作流
  3. 集成更多的向量数据库选项
  4. 优化提示工程和模型微调策略

这套解决方案为企业提供了强大的智能文档处理能力,能够显著提升知识管理效率和用户体验。

Java是一种具备卓越性能广泛平台适应性的高级程序设计语言,最初由Sun Microsystems(现属Oracle公司)的James Gosling及其团队于1995年正式发布。该语言在设计上追求简洁性、稳定性、可移植性以及并发处理能力,同时具备动态执行特性。其核心特征显著优点可归纳如下: **平台无关性**:遵循“一次编写,随处运行”的理念,Java编写的程序能够在多种操作系统硬件环境中执行,无需针对不同平台进行修改。这一特性主要依赖于Java虚拟机(JVM)的实现,JVM作为程序底层系统之间的中间层,负责解释并执行编译后的字节码。 **面向对象范式**:Java全面贯彻面向对象的设计原则,提供对封装、继承、多态等机制的完整支持。这种设计方式有助于构建结构清晰、模块独立的代码,提升软件的可维护性扩展性。 **并发编程支持**:语言层面集成了多线程处理能力,允许开发者构建能够同时执行多项任务的应用程序。这一特性尤其适用于需要高并发处理的场景,例如服务器端软件、网络服务及大规模分布式系统。 **自动内存管理**:通过内置的垃圾回收机制,Java运行时环境能够自动识别并释放不再使用的对象所占用的内存空间。这不仅降低了开发者在内存管理方面的工作负担,也有效减少了因手动管理内存可能引发的内存泄漏问题。 资源来源于网络分享,仅用于学习交流使用,请勿用于商业,如有侵权请联系我删除!
一、系统核心功能: (1)在具备管理权限时,可执行公交线路的添加、移除及修改操作,相关数据将持久化存储于本地文件,避免重复输入。 (2)提供对已存储公交线路的检索查看功能。 (3)依据设定的起点终点,自动规划出行方案,支持输出换乘次数最少或途经站点最少的路线,同时提供行程预计耗时、线路首班车及末班车时刻等信息。 二、操作规范说明: (1)进行线路新增或编辑时,需按以下格式提交信息: 线路名称 起始站点名称 - 终点站点名称 (注:若运行过程存在疑问,可通过沟通获取进一步指导,支持远程协助。) 本项目所附源码为个人毕业设计成果,所有程序均经过完整测试并稳定运行,毕业答辩中平均评审分数为96分,可供可靠下载使用。 <项目说明> 1. 资源内包含的项目代码均已通过运行验证,确保功能完整后方才上传,请安心下载使用。 2. 本项目适用于计算机及相关专业(如计算机科学、人工智能、通信工程、自动化、电子信息等)的在校师生、企业职员学习参考,亦适合初学者进阶练习,或作为毕业设计、课程设计、作业及项目初期演示的参考材料。 3. 若具备一定编程基础,也可基于此代码进行二次开发,扩展其他功能,适用于毕业设计、课程作业等场景。 下载后请优先查阅README.md文档(如有),内容仅限学习交流,严禁用于商业用途。 资源来源于网络分享,仅用于学习交流使用,请勿用于商业,如有侵权请联系我删除!
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