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,企业面临着海量文档管理和知识检索的挑战。传统的基于关键词的搜索方式已经无法满足用户对精准、智能问答的需求。Spring AI结合RAG(检索增强生成)技术为企业提供了构建智能文档问答系统的完美解决方案。本文将深入探讨如何使用Spring AI框架和RAG技术构建高效的企业级智能问答系统。
技术栈概述
Spring AI框架
Spring AI是Spring生态系统中的AI集成框架,提供了统一的API来访问各种AI模型和服务。其主要特性包括:
- 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功能
- 向量化集成:支持多种向量数据库和嵌入模型
- 工具调用标准化:提供统一的工具执行框架
RAG技术架构
RAG(Retrieval-Augmented Generation)结合了信息检索和文本生成的优势:
- 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 → API网关层 → 业务逻辑层 → 数据访问层
↓ ↓ ↓ ↓
Web前端 Spring Boot Spring AI 向量数据库
↓ ↓ ↓
安全认证 RAG引擎 文档存储
核心组件
-
文档处理管道
- 文档加载与解析
- 文本分块与向量化
- 元数据提取与索引
-
检索增强模块
- 语义相似度计算
- 相关性排序
- 上下文构建
-
生成推理模块
- 提示工程优化
- 模型调用管理
- 响应后处理
实战开发步骤
环境准备
首先添加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-transformers-spring-boot-starter</artifactId>
<version>0.8.1</version>
</dependency>
文档处理实现
@Service
public class DocumentProcessor {
@Autowired
private EmbeddingClient embeddingClient;
public List<DocumentChunk> processDocument(String content) {
// 文本分块
List<String> chunks = textSplitter.split(content);
// 向量化处理
List<Embedding> embeddings = embeddingClient.embed(chunks);
return createDocumentChunks(chunks, embeddings);
}
private List<DocumentChunk> createDocumentChunks(
List<String> chunks, List<Embedding> embeddings) {
List<DocumentChunk> documentChunks = new ArrayList<>();
for (int i = 0; i < chunks.size(); i++) {
DocumentChunk chunk = new DocumentChunk(
chunks.get(i),
embeddings.get(i).getVector(),
extractMetadata(chunks.get(i))
);
documentChunks.add(chunk);
}
return documentChunks;
}
}
向量数据库集成
使用Redis作为向量数据库:
@Configuration
public class VectorStoreConfig {
@Bean
public VectorStore redisVectorStore(
RedisConnectionFactory connectionFactory,
EmbeddingClient embeddingClient) {
RedisVectorStore.RedisVectorStoreConfig config =
RedisVectorStore.RedisVectorStoreConfig.builder()
.withIndexName("document-index")
.withMetadataFields(Set.of("title", "category", "timestamp"))
.build();
return new RedisVectorStore(config, connectionFactory, embeddingClient);
}
}
RAG服务实现
@Service
public class RagService {
@Autowired
private ChatClient chatClient;
@Autowired
private VectorStore vectorStore;
public String answerQuestion(String question) {
// 1. 检索相关文档
List<Document> relevantDocs = retrieveRelevantDocuments(question);
// 2. 构建提示上下文
String context = buildContext(relevantDocs);
// 3. 生成回答
return generateAnswer(question, context);
}
private List<Document> retrieveRelevantDocuments(String question) {
// 使用问题向量进行相似度搜索
return vectorStore.similaritySearch(
SearchRequest.query(question).withTopK(5)
);
}
private String generateAnswer(String question, String context) {
PromptTemplate promptTemplate = new PromptTemplate("""
你是一个专业的文档问答助手。请基于以下上下文信息回答问题。
上下文:
{context}
问题:{question}
要求:
1. 回答要准确、简洁
2. 如果上下文没有相关信息,请如实告知
3. 不要编造信息
""");
Prompt prompt = promptTemplate.create(
Map.of("context", context, "question", question)
);
return chatClient.call(prompt).getResult().getOutput().getContent();
}
}
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 handleConversation(String sessionId, String userMessage) {
// 获取对话历史
List<ChatMessage> history = conversationHistory
.getOrDefault(sessionId, new ArrayList<>());
// 添加上下文到当前问题
String enhancedQuestion = enhanceQuestionWithHistory(userMessage, history);
// 获取回答
String answer = ragService.answerQuestion(enhancedQuestion);
// 更新对话历史
updateConversationHistory(sessionId, userMessage, answer);
return answer;
}
private String enhanceQuestionWithHistory(
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
@Component
public class IntelligentRouter {
@Autowired
private RagService ragService;
@Autowired
private FaqService faqService;
@Autowired
private KeywordSearchService keywordSearchService;
public String routeQuestion(String question) {
// 分析问题类型和复杂度
QuestionAnalysis analysis = analyzeQuestion(question);
if (analysis.isSimpleFaq()) {
// 简单FAQ问题,使用快速检索
return faqService.findAnswer(question);
} else if (analysis.requiresSemanticSearch()) {
// 复杂问题,使用RAG
return ragService.answerQuestion(question);
} else {
// 降级到关键词搜索
return keywordSearchService.search(question);
}
}
private QuestionAnalysis analyzeQuestion(String question) {
// 实现问题分析逻辑
return new QuestionAnalysis(question);
}
}
性能优化策略
缓存机制
@Configuration
@EnableCaching
public class CacheConfig {
@Bean
public CacheManager cacheManager() {
CaffeineCacheManager cacheManager = new CaffeineCacheManager();
cacheManager.setCaffeine(Caffeine.newBuilder()
.expireAfterWrite(30, TimeUnit.MINUTES)
.maximumSize(1000));
return cacheManager;
}
}
@Service
public class CachedRagService {
@Autowired
private RagService ragService;
@Cacheable(value = "answers", key = "#question")
public String getCachedAnswer(String question) {
return ragService.answerQuestion(question);
}
}
批量处理优化
@Service
public class BatchDocumentProcessor {
@Async("documentProcessingExecutor")
public CompletableFuture<Void> processDocumentsInBatch(
List<String> documents) {
return CompletableFuture.runAsync(() -> {
documents.parallelStream()
.forEach(this::processSingleDocument);
});
}
private void processSingleDocument(String content) {
// 文档处理逻辑
}
}
@Configuration
@EnableAsync
public class AsyncConfig {
@Bean("documentProcessingExecutor")
public TaskExecutor documentProcessingExecutor() {
ThreadPoolTaskExecutor executor = new ThreadPoolTaskExecutor();
executor.setCorePoolSize(4);
executor.setMaxPoolSize(8);
executor.setQueueCapacity(100);
executor.setThreadNamePrefix("doc-process-");
executor.initialize();
return executor;
}
}
监控与运维
指标收集
@Component
public class RagMetrics {
private final MeterRegistry meterRegistry;
public RagMetrics(MeterRegistry meterRegistry) {
this.meterRegistry = meterRegistry;
}
@EventListener
public void handleQuestionEvent(QuestionAnsweredEvent event) {
// 记录响应时间
Timer.Sample sample = Timer.start(meterRegistry);
// 处理完成后记录
sample.stop(meterRegistry.timer("rag.response.time"));
// 记录成功率
Counter.builder("rag.requests.total")
.tag("status", event.isSuccess() ? "success" : "failure")
.register(meterRegistry)
.increment();
}
}
健康检查
@Component
public class RagHealthIndicator implements HealthIndicator {
@Autowired
private VectorStore vectorStore;
@Autowired
private ChatClient chatClient;
@Override
public Health health() {
try {
// 检查向量数据库连接
vectorStore.similaritySearch(
SearchRequest.query("test").withTopK(1)
);
// 检查AI服务连接
chatClient.call("Hello");
return Health.up().build();
} catch (Exception e) {
return Health.down(e).build();
}
}
}
安全考虑
数据隐私保护
@Service
public class PrivacyAwareRagService {
@Autowired
private RagService ragService;
@Autowired
private DataMaskingService maskingService;
public String answerQuestionSafely(String question, User user) {
// 脱敏处理
String sanitizedQuestion = maskingService.maskSensitiveData(question);
// 权限检查
if (!hasAccessToDocuments(user, sanitizedQuestion)) {
throw new AccessDeniedException("无权访问相关文档");
}
String answer = ragService.answerQuestion(sanitizedQuestion);
// 回答后处理
return maskingService.maskSensitiveData(answer);
}
private boolean hasAccessToDocuments(User user, String question) {
// 实现权限检查逻辑
return true; // 简化实现
}
}
部署与扩展
Docker容器化
FROM openjdk:17-jdk-slim
WORKDIR /app
COPY target/rag-system.jar app.jar
EXPOSE 8080
ENV SPRING_PROFILES_ACTIVE=prod
ENV JAVA_OPTS="-Xmx512m -Xms256m"
ENTRYPOINT ["java", "-jar", "app.jar"]
Kubernetes部署
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: "prod"
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
name: rag-service
spec:
selector:
app: rag-system
ports:
- port: 80
targetPort: 8080
type: LoadBalancer
总结与展望
本文详细介绍了如何使用Spring AI和RAG技术构建企业级智能文档问答系统。通过合理的架构设计、性能优化和安全考虑,我们能够构建出既高效又可靠的智能问答解决方案。
未来的发展方向包括:
- 多模态支持:整合图像、表格等非文本内容
- 实时学习:系统能够从用户反馈中持续学习优化
- 领域自适应:针对特定行业领域进行定制化优化
- 边缘部署:支持在边缘设备上运行轻量级模型
Spring AI和RAG技术的结合为企业智能化转型提供了强大的技术支撑,相信随着技术的不断发展,智能问答系统将在更多场景中发挥重要作用。

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