Spring AI与RAG技术实战:构建企业级智能文档问答系统
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。它支持OpenAI、Azure OpenAI、Google Vertex AI等多种AI服务提供商。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。通过结合向量数据库、大语言模型和Spring生态系统的强大功能,我们能够创建出既准确又高效的智能问答解决方案。支持多模
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基于关键词的搜索,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。本文将详细介绍如何使用Spring AI框架构建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集成框架,提供了统一的API来访问各种AI模型和服务。它支持OpenAI、Azure OpenAI、Google Vertex AI等多种AI服务提供商。
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。其核心思想是:
- 首先从知识库中检索与查询相关的文档片段
- 然后将检索到的上下文与原始查询一起提供给生成模型
- 最后生成基于检索内容的准确回答
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
↓
向量数据库
↓
文档存储
核心组件
- 文档处理模块:负责文档的解析、分块和向量化
- 向量存储模块:使用Milvus或Chroma存储文档向量
- 检索模块:实现语义相似度检索
- 生成模块:集成大语言模型生成回答
- 缓存模块:使用Redis缓存频繁查询结果
实现步骤详解
1. 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>
2. 文档处理实现
@Service
public class DocumentProcessor {
@Autowired
private EmbeddingClient embeddingClient;
public List<DocumentChunk> processDocument(MultipartFile file) {
// 解析文档内容
String content = parseDocumentContent(file);
// 文档分块
List<String> chunks = splitIntoChunks(content);
// 生成向量
List<DocumentChunk> documentChunks = new ArrayList<>();
for (String chunk : chunks) {
List<Double> embedding = embeddingClient.embed(chunk);
documentChunks.add(new DocumentChunk(chunk, embedding));
}
return documentChunks;
}
private String parseDocumentContent(MultipartFile file) {
// 支持PDF、Word、TXT等多种格式
String fileName = file.getOriginalFilename();
if (fileName.endsWith(".pdf")) {
return parsePdf(file);
} else if (fileName.endsWith(".docx")) {
return parseDocx(file);
} else {
return parseText(file);
}
}
private List<String> splitIntoChunks(String content) {
// 基于语义的分块算法
return TextSplitter.semanticSplit(content, 500); // 每块约500字符
}
}
3. 向量存储与检索
@Service
public class VectorStoreService {
@Autowired
private MilvusClient milvusClient;
public void storeDocuments(List<DocumentChunk> chunks) {
List<Float> vectors = chunks.stream()
.map(chunk -> convertToFloat(chunk.getEmbedding()))
.collect(Collectors.toList());
List<String> texts = chunks.stream()
.map(DocumentChunk::getText)
.collect(Collectors.toList());
milvusClient.insert("documents", vectors, texts);
}
public List<String> retrieveSimilarDocuments(String query, int topK) {
List<Double> queryEmbedding = embeddingClient.embed(query);
List<Float> queryVector = convertToFloat(queryEmbedding);
return milvusClient.search("documents", queryVector, topK);
}
}
4. RAG问答服务
@Service
public class RagQAService {
@Autowired
private ChatClient chatClient;
@Autowired
private VectorStoreService vectorStoreService;
public String answerQuestion(String question) {
// 检索相关文档
List<String> relevantDocs = vectorStoreService.retrieveSimilarDocuments(question, 3);
// 构建提示词
String prompt = buildRagPrompt(question, relevantDocs);
// 调用AI模型生成回答
ChatResponse response = chatClient.generate(prompt);
return response.getGeneration().getText();
}
private String buildRagPrompt(String question, List<String> contexts) {
StringBuilder prompt = new StringBuilder();
prompt.append("基于以下文档内容,请回答用户的问题。\n\n");
prompt.append("相关文档内容:\n");
for (int i = 0; i < contexts.size(); i++) {
prompt.append(String.format("[文档%d]: %s\n", i + 1, contexts.get(i)));
}
prompt.append("\n用户问题:");
prompt.append(question);
prompt.append("\n\n请根据上述文档内容提供准确、简洁的回答。");
return prompt.toString();
}
}
5. REST API接口
@RestController
@RequestMapping("/api/rag")
public class RagController {
@Autowired
private RagQAService ragQAService;
@Autowired
private DocumentProcessor documentProcessor;
@PostMapping("/upload")
public ResponseEntity<String> uploadDocument(@RequestParam("file") MultipartFile file) {
try {
List<DocumentChunk> chunks = documentProcessor.processDocument(file);
vectorStoreService.storeDocuments(chunks);
return ResponseEntity.ok("文档上传成功");
} catch (Exception e) {
return ResponseEntity.status(HttpStatus.INTERNAL_SERVER_ERROR)
.body("文档上传失败: " + e.getMessage());
}
}
@PostMapping("/ask")
public ResponseEntity<AnswerResponse> askQuestion(@RequestBody QuestionRequest request) {
try {
String answer = ragQAService.answerQuestion(request.getQuestion());
return ResponseEntity.ok(new AnswerResponse(answer));
} catch (Exception e) {
return ResponseEntity.status(HttpStatus.INTERNAL_SERVER_ERROR)
.body(new AnswerResponse("系统繁忙,请稍后重试"));
}
}
}
性能优化策略
1. 缓存优化
@Configuration
@EnableCaching
public class CacheConfig {
@Bean
public RedisCacheManager cacheManager(RedisConnectionFactory connectionFactory) {
RedisCacheConfiguration config = RedisCacheConfiguration.defaultCacheConfig()
.entryTtl(Duration.ofHours(1))
.disableCachingNullValues();
return RedisCacheManager.builder(connectionFactory)
.cacheDefaults(config)
.build();
}
}
@Service
public class RagQAService {
@Cacheable(value = "answers", key = "#question")
public String answerQuestion(String question) {
// 原有的问答逻辑
}
}
2. 异步处理
@Async
public CompletableFuture<String> processDocumentAsync(MultipartFile file) {
return CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
List<DocumentChunk> chunks = documentProcessor.processDocument(file);
vectorStoreService.storeDocuments(chunks);
return "处理完成";
});
}
3. 批量操作
public void batchStoreDocuments(List<DocumentChunk> chunks) {
// 分批处理,避免内存溢出
int batchSize = 100;
for (int i = 0; i < chunks.size(); i += batchSize) {
List<DocumentChunk> batch = chunks.subList(i,
Math.min(i + batchSize, chunks.size()));
vectorStoreService.storeDocuments(batch);
}
}
安全考虑
1. 输入验证
public void validateQuestion(String question) {
if (question == null || question.trim().isEmpty()) {
throw new IllegalArgumentException("问题不能为空");
}
if (question.length() > 1000) {
throw new IllegalArgumentException("问题长度超过限制");
}
// 防止SQL注入和XSS攻击
if (!isSafeText(question)) {
throw new SecurityException("检测到不安全内容");
}
}
2. 访问控制
@PreAuthorize("hasRole('USER')")
@PostMapping("/ask")
public ResponseEntity<AnswerResponse> askQuestion(@RequestBody QuestionRequest request) {
// 需要用户权限才能访问
}
监控与日志
1. Prometheus监控
@Bean
public MeterRegistryCustomizer<MeterRegistry> metricsCommonTags() {
return registry -> registry.config().commonTags("application", "rag-system");
}
@Timed(value = "rag.question.time", description = "Time taken to answer question")
public String answerQuestion(String question) {
// 问答逻辑
}
2. 结构化日志
@Slf4j
@Service
public class RagQAService {
public String answerQuestion(String question) {
log.info("Processing question: {}", question);
try {
// 处理逻辑
log.debug("Retrieved {} relevant documents", relevantDocs.size());
return answer;
} catch (Exception e) {
log.error("Failed to answer question: {}", question, e);
throw e;
}
}
}
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
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:
limits:
memory: "1Gi"
cpu: "500m"
实际应用场景
1. 企业知识库问答
帮助企业员工快速查找公司政策、流程文档等信息。
2. 技术支持系统
为客户提供基于产品文档的智能技术支持。
3. 法律文档分析
帮助法律专业人士快速检索和分析法律条文。
4. 学术研究助手
协助研究人员查找和分析学术论文。
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。通过结合向量数据库、大语言模型和Spring生态系统的强大功能,我们能够创建出既准确又高效的智能问答解决方案。
未来的发展方向包括:
- 支持多模态文档处理(图片、表格等)
- 实现多轮对话上下文管理
- 增强答案的可解释性
- 优化检索算法提高准确率
- 支持更多类型的AI模型和服务
Spring AI作为一个新兴的框架,正在快速发展和完善。随着AI技术的不断进步,基于Spring AI的智能应用将会在企业中发挥越来越重要的作用。
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