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使用Java实现RAG(检索增强生成)的完整指南

适合人群:需要构建知识库问答系统的 Ja va 开发者 核心技术:RAG、向量数据库 Milvus、文本 Embedding 什么是 RAG? 说实话,RAG(Retrieval-Augmented Generation,检索增强生成)在当下的企业级 AI 应用中,已经快成为标配了。它解决了一个很实

本文目录

    适合人群:需要构建知识库问答系统的 Ja va 开发者

    使用Ja va实现RAG(检索增强生成)的完整指南

    核心技术:RAG、向量数据库 Milvus、文本 Embedding

    什么是 RAG?

    说实话,RAG(Retrieval-Augmented Generation,检索增强生成)在当下的企业级 AI 应用中,已经快成为标配了。它解决了一个很实际的问题:大模型再聪明,也看不到你公司内部的文档、产品手册、规章制度这些私有数据。而且,它的知识是有“截止日期”的。

    所以,RAG 的思路特别直接:

    用户提问 → 先去你的私有知识库里翻一翻,找到相关的内容 → 把找到的材料和问题一起喂给大模型 → 让它基于这些材料给出一个靠谱的回答。

    这招的好处显而易见:不用花大价钱去微调模型,成本极低;知识库可以随时更新,今天改,明天就能生效;最关键的是,答案有根有据,你能告诉用户这个结论是从哪份文档里扒出来的。

    完整的 RAG 流程长什么样?

    如果把整个流程画出来,大概是这么一条线:

    PDF/Word文档

    ↓

    [文档加载器] PdfboxLoader / ApachePoiDocxLoader

    ↓

    [文本切分器] StanfordNLPTextSplitter

    ↓

    [Embedding 模型] OllamaEmbeddings

    ↓

    [向量数据库] Milvus(存储)

    ↓ (查询时)

    用户问题 → [向量检索] → 相关文档块 → [LLM] → 最终回答

    别被这一堆组件吓到,一步步拆解开来,其实并不复杂。

    先把环境搭起来:前置配置

    在正式开始之前,得先确保一些关键组件能被 Spring Boot 容器识别。这里依赖 Milvus 和 Tesseract OCR,需要在 application.yml 里明确告诉 Spring:“嘿,我要用它们了”:

    rag:
      ocr:
        tesseract:
          use: true   # 开启 Tesseract OCR,用于 PDF 中的图片文字识别
      vector:
        milvus:
          use: true   # 启用 Milvus 向量数据库

    多说一句,j-langchain 框架很聪明,它通过 @ConditionalOnProperty 来控制这些组件的“出生”。只有当你配了 use: true,TesseractActuator 和 MilvusContainer 这两个 Bean 才会被注册到 Spring 容器里。如果你没开这个开关就去运行 RAG 相关的代码,立马会收到一个 Bean 找不到的报错,别问我怎么知道的。

    Step 1:把文档“吃”进来

    万事开头难,第一步是把你的 PDF 或 Word 文档加载成程序能理解的结构。j-langchain 提供了现成的加载器,很贴心。

    加载 PDF

    比如加载一个 PDF,代码非常简洁:

    @Test
    public void loadPdfDocuments() {
        PdfboxLoader loader = PdfboxLoader.builder()
            .filePath("./files/pdf/en/Transformer.pdf")
            .build();
        loader.setExtractImages(false);  // 我们只关心文本,图片先忽略
    
        List documents = loader.load();
    
        System.out.println("总页数:" + documents.size());
        // 注意:这里每个 Document 对象,正好对应 PDF 的一页
    }
    

    加载 Word 文档

    加载 Word 也是类似的套路:

    ApachePoiDocxLoader loader = ApachePoiDocxLoader.builder()
        .filePath("./files/docx/en/Transformer.docx")
        .build();
    
    List documents = loader.load();
    

    加载完后,每个 Document 对象都包含了两个关键信息:一是 pageContent 文本内容,二是 metadata 元数据,比如来自哪个文件、第几页等,方便后续溯源。

    Step 2:切分文本,别让大模型“噎着”

    想象一下,一份 PDF 可能一页就有几千个字。如果直接把这么大一段文本扔给 Embedding 模型,效果会很差,而且大模型的上下文窗口(context window)也有限。所以,我们需要把长文档切成一个一个的小块。

    @Test
    public void splitDocuments() {
        List documents = loader.load();
        System.out.println("切分前:" + documents.size() + " 页");
    
        StanfordNLPTextSplitter splitter = StanfordNLPTextSplitter.builder()
            .chunkSize(1000)    // 每块最多 1000 个字符
            .chunkOverlap(100)  // 相邻两块重叠 100 个字符
            .build();
    
        List splits = splitter.splitDocument(documents);
        System.out.println("切分后:" + splits.size() + " 块");
    }
    

    这里有个小细节:为什么需要 chunkOverlap(重叠部分)?

    这个问题很关键。如果一句话恰好跨了两个块,没有重叠,那这句话的意思就被拦腰斩断了,无论落在哪个块里都不完整。有了这 100 个字符的重叠,就能确保这句关键的话至少完整地出现在其中一个块中,不会丢失语义。

    Step 3:把文本变成向量,存入 Milvus

    现在文本已经被切好了,下一步就是把这些文本块转换成计算机能理解的语言——向量(一长串浮点数),然后存到向量数据库 Milvus 里。

    @Test
    public void embedAndStore() {
        // ... 假设上面加载、切分的步骤已经完成,得到了 splits ...
    
        VectorStore vectorStore = Milvus.fromDocuments(
            splits,
            OllamaEmbeddings.builder()
                .model("nomic-embed-text")  // 本地运行的 Embedding 模型,完全免费
                .vectorSize(768)            // 生成的向量维度
                .build(),
            "MyKnowledgeBase"               // 在 Milvus 中创建的 Collection 名称
        );
    
        System.out.println("向量化完成!");
    }
    

    为什么选择本地的 nomic-embed-text 模型?理由很充分:

    • 零成本:不用去调 OpenAI 的付费 API。
    • 隐私安全:所有数据都在你自己的机器上处理,没有泄露风险。
    • 效果好:这个模型在中文和英文的 Embedding 任务上表现都相当不错,足够用了。

    当然,前提是你得先在本地通过 Docker 把 Milvus 跑起来:

    docker run -d --name milvus \
      -p 19530:19530 \
      milvusdb/milvus:latest standalone

    Step 4:组装核心链路——RAG 问答

    到这里,就进入了最核心的环节。我们需要用一个“管道”把整个流程串起来:用户提问 -> 去 Milvus 中检索 -> 拼接上下文 -> 让大模型基于上下文给出答案。

    代码会稍微长一点,但逻辑非常清晰:

    @Test
    public void retrieveAndAsk() {
        // 假设之前已经把文档存入 Milvus,拿到了 vectorStore...
        BaseRetriever retriever = vectorStore.asRetriever();
    
        // 1. 定义好 Prompt 模板,告诉大模型:你要基于我给你的材料来回答
        BaseRunnable prompt = PromptTemplate.fromTemplate(
            """
            请根据以下文档内容回答问题。如果文档中没有相关信息,请说"文档中未找到相关信息"。
            
            文档内容:
            ${context}
            
            问题:${question}
            
            回答:
            """
        );
    
        // 2. 定义一个函数,把检索到的多个文档块拼接成一个长字符串
        Function formatDocs = input -> {
            List docs = (List) input;
            StringBuilder sb = new StringBuilder();
            for (Document doc : docs) {
                sb.append(doc.getPageContent()).append("\n\n");
            }
            return sb.toString();
        };
    
        // 3. 组装整个调用链路
        FlowInstance ragChain = chainActor.builder()
            .next(retriever)   // 输入问题,返回最相关的文档块
            .next(formatDocs)  // 将文档块列表拼接成一个字符串
            .next(input -> Map.of(
                "context",  input,
                "question", ContextBus.get().getFlowParam()  // 获取原始的提问
            ))
            .next(prompt)      // 组装 Prompt
            .next(llm)         // 交给大模型处理
            .next(new StrOutputParser()) // 从结果中提取出最终的文本
            .build();
    
        // 4. 执行链路,提出你的问题
        ChatGeneration result = chainActor.invoke(
            ragChain,
            "Transformer 模型中的注意力机制是如何工作的?"
        );
    
        System.out.println(result.getText());
    }
    

    这个链路的运行过程像是一条流水线:

    “Transformer注意力机制...”

    → retriever(去 Milvus 里做相似度检索,捞出最相关的 5 个文档块)

    → formatDocs(把5个文档块拼成一大段文字)

    → prompt(组装成 Prompt:上下文 + 问题)

    → LLM(大模型开始阅读材料并思考)

    → StrOutputParser(把思考结果提取成纯文本)

    → “注意力机制通过计算 Query、Key、Value...”

    Step 5:轻量级玩法——直接让大模型做摘要

    有时候,我们可能不需要完整的 RAG 流程,只是想让大模型快速总结一下某个文档的大意。这时候,甚至不需要向量库,直接把文档内容喂给大模型就行。

    @Test
    public void documentSummary() {
        // 加载 PDF
        List documents = loader.load();
        String content = documents.stream()
            .map(Document::getPageContent)
            .collect(Collectors.joining("\n"));
    
        // 如果文档太长,只取首尾部分,避免超出上下文窗口
        String textToSummarize = content.length() < 2000 ? content
            : content.substring(0, 1000) + "\n...\n" + content.substring(content.length() - 1000);
    
        FlowInstance chain = chainActor.builder()
            .next(PromptTemplate.fromTemplate("请对以下内容摘要(100字以内):\n\n${text}"))
            .next(ChatOllama.builder().model("qwen2.5:0.5b").build())  // 甚至可以用个小模型
            .next(new StrOutputParser())
            .build();
    
        ChatGeneration result = chainActor.invoke(chain, Map.of("text", textToSummarize));
        System.out.println(result.getText());
    }
    

    RAG 凭什么比直接问大模型强?

    最后,我们做个对比,一目了然:

    对比项直接问 LLMRAG
    私有知识不知道知道(来自你的文档)
    知识时效性训练截止日期实时更新
    回答可溯源不行可以(返回来源文档)
    成本低稍高(Embedding + 向量库)
    幻觉风险高低(基于真实文档)

    总结一下整个架构

    离线阶段(建库):

    文档 → 加载 → 切分 → Embedding → Milvus

    在线阶段(问答):

    问题 → Embedding → Milvus检索 → 拼接上下文 → LLM → 回答

    整个流程就是这两个阶段,离线把知识库建好,在线直接开问。思路清晰,实现起来也不复杂,上手试试看吧。

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