Spring AI ETL Pipeline使用指南

前言（Introduction）

版本声明：本文基于 Spring AI 1.0.0 版本编写。由于 Spring AI 目前仍处于活跃开发阶段，API 和组件可能在后续版本中发生变化，请注意及时关注官方文档更新以保持兼容性。

在当今大数据和人工智能快速发展的背景下，ETL（Extract, Transform, Load）系统已经不再只是简单的数据搬运工。ETL 是数据仓库和数据分析流程中的核心环节，它负责将分散的数据从多个源系统中提取出来，经过清洗、转换后加载到目标存储系统中，为后续的分析和决策提供高质量的数据支持。

随着 Spring 框架生态的不断扩展，Spring AI 的引入为传统 ETL 流程注入了智能化的能力。通过与大语言模型（LLM）、机器学习算法等 AI 技术结合，ETL 过程可以实现更高级的数据理解、自动分类、语义解析等功能，从而提升数据处理的效率和质量。

本博客将详细介绍如何使用 Spring AI 构建一个智能型 ETL 系统，涵盖从数据提取、转换到加载的全流程，并结合 AI 能力实现自动化分析与决策。我们将一步步介绍其模块组成、版本依赖、核心代码示例等内容，帮助开发者快速上手。

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先决条件（Prerequisites）

在开始之前，请确保你具备以下开发环境：

• Java 17 或以上
• Maven 或 Gradle 构建工具
• Spring Boot 3.3.x 或更高
• Spring AI 0.8.x（当前最新稳定版本）
• Redis / Kafka / RabbitMQ（可选消息中间件）
• PostgreSQL / MySQL / MongoDB（用于持久化）

推荐技术栈组合：

组件	推荐版本
Spring Boot	3.3.1
Spring AI	1.0.0
JDK	17+
Maven	3.8.x
IDE	IntelliJ IDEA / VS Code

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目录结构概览（Directory Structure Overview）

spring-ai-etl/
├── src/
│   ├── main/
│   │   ├── java/
│   │   │   └── com.example.springaietl/
│   │   │       ├── extractor/
│   │   │       ├── transformer/
│   │   │       ├── loader/
│   │   │       ├── ai/
│   │   │       ├── config/
│   │   │       └── Application.java
│   │   └── resources/
│   │       ├── application.yml
│   │       └── data/
└── pom.xml

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核心模块详解（Core Modules in Detail）

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Extractor 模块：数据提取器（Data Extractor Module）

含义（What It Is）

Extractor 是 ETL 流程的第一步，负责从各种来源（如数据库、API、文件等）提取原始数据。

作用（Purpose）

• 将原始数据从业务系统中抽取出来
• 支持多种格式的数据源（CSV、JSON、XML、PDF、HTML 等）
• 提供统一的数据结构接口，便于后续处理

用法（Usage）

你可以通过编写不同的 Extractor 实现类来支持不同格式的数据源。例如 CSV 文件、数据库表、REST API 接口等。

示例代码（Example Code with Comments）

/*** 用于从 CSV 文件中提取数据的 Extractor 类*/
@Component
public class CsvDataExtractor {/*** 从指定路径读取 CSV 文件并返回 Map 列表** @param filePath CSV 文件路径* @return 包含每一行数据的 Map 列表* @throws Exception 文件读取异常*/public List<Map<String, String>> extractFromCsv(String filePath) throws Exception {List<Map<String, String>> records = new ArrayList<>();try (CSVReader reader = new CSVReader(new FileReader(filePath))) {// 读取第一行作为 headerString[] header = reader.readNext();String[] nextLine;while ((nextLine = reader.readNext()) != null) {Map<String, String> row = new HashMap<>();for (int i = 0; i < header.length; i++) {row.put(header[i], nextLine[i]);}records.add(row);}}return records;}
}

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Transformer 模块：数据清洗与转换（Data Transformation Module）

含义（What It Is）

Transformer 是 ETL 流程的第二步，负责对提取后的数据进行清洗、标准化、格式转换等操作。

作用（Purpose）

• 清洗无效或缺失值
• 标准化字段命名、单位、格式
• 数据类型转换（如字符串转整数）
• 添加衍生字段（如计算字段、分类字段）

用法（Usage）

通常我们会为每种数据类型或业务逻辑设计一个独立的 Transformer 类，并通过链式调用完成多个步骤的转换。

示例代码（Example Code with Comments）

/*** 数据清洗与转换模块*/
@Component
public class DataTransformer {/*** 对原始数据列表进行转换处理** @param rawData 原始数据列表* @return 转换后的数据列表*/public List<Map<String, Object>> transform(List<Map<String, String>> rawData) {return rawData.stream().map(this::cleanAndConvert).collect(Collectors.toList());}/*** 单条数据清洗与转换逻辑** @param rawRow 原始数据行* @return 转换后的数据行*/private Map<String, Object> cleanAndConvert(Map<String, String> rawRow) {Map<String, Object> transformedRow = new HashMap<>(rawRow);// 示例：将字符串类型的年龄转为整数if (transformedRow.containsKey("age")) {try {transformedRow.put("age", Integer.parseInt((String) transformedRow.get("age")));} catch (NumberFormatException e) {transformedRow.put("age", null); // 异常值设为null}}return transformedRow;}
}

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AI Processor 模块：引入人工智能能力（AI Processing Module）

含义（What It Is）

AI Processor 是 Spring AI 特有的模块，它允许我们在 ETL 流程中嵌入 AI 能力，如文本分类、情感分析、图像识别等。

作用（Purpose）

• 自动化数据分析（如评论情感分析）
• 实现语义理解（如意图识别）
• 提高数据质量（如自动纠错）
• 生成结构化元数据（如摘要、关键词）

用法（Usage）

Spring AI 提供了丰富的客户端封装，可以轻松对接 OpenAI、HuggingFace、本地模型等。我们可以通过 ChatClient 来调用语言模型 API。

示例代码（Example Code with Comments）

/*** 使用 LLM 进行文本分类的 AI 处理模块*/
@Service
public class AiProcessor {private final ChatClient chatClient;public AiProcessor(ChatClient.Builder chatClientBuilder) {this.chatClient = chatClientBuilder.build();}/*** 调用大语言模型对文本进行分类** @param text 待分类的文本内容* @return 分类结果（如正面/中性/负面）*/public String classifyText(String text) {return chatClient.call().prompt().user(u -> u.text("请将以下文本分类为正面/中性/负面：" + text)).call().content();}
}

使用示例（Usage Example）

Map<String, Object> enrichedRow = new HashMap<>(transformedRow);
enrichedRow.put("sentiment", aiProcessor.classifyText((String) transformedRow.get("comment")));

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Loader 模块：数据加载入库（Data Loading Module）

含义（What It Is）

Loader 是 ETL 流程的最后一步，负责将处理后的数据写入目标数据库或数据湖。

作用（Purpose）

• 数据持久化存储
• 支持批量写入以提高性能
• 支持多种数据库类型（关系型、非关系型）

用法（Usage）

Loader 通常会根据目标数据库的不同实现不同的写入逻辑。常见的有 JDBC 写入、MongoDB 插入、Kafka 发送等。

示例代码（Example Code with Comments）

/*** 将数据写入 PostgreSQL 数据库的 Loader 模块*/
@Repository
public class PostgresDataLoader {private final JdbcTemplate jdbcTemplate;public PostgresDataLoader(JdbcTemplate jdbcTemplate) {this.jdbcTemplate = jdbcTemplate;}/*** 批量将数据插入数据库** @param data 已处理的数据列表*/public void load(List<Map<String, Object>> data) {String sql = "INSERT INTO customer_data(name, age, comment, sentiment) VALUES (?, ?, ?, ?)";for (Map<String, Object> row : data) {jdbcTemplate.update(sql,row.get("name"),row.get("age"),row.get("comment"),row.get("sentiment"));}}
}

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Scheduler 模块：定时任务调度（Scheduled Execution Module）

含义（What It Is）

Scheduler 模块用于定期执行 ETL 流程，确保数据能够按计划更新。

作用（Purpose）

• 定时触发 ETL 流程
• 支持 CRON 表达式配置
• 可视化监控执行状态

用法（Usage）

Spring 提供了强大的定时任务支持，通过 @Scheduled 注解即可实现。

示例代码（Example Code with Comments）

/*** 定时执行 ETL 流程的调度器*/
@Component
public class EtlScheduler {private final EtlPipeline etlPipeline;public EtlScheduler(EtlPipeline etlPipeline) {this.etlPipeline = etlPipeline;}/*** 每小时执行一次 ETL 流程*/@Scheduled(cron = "0 0 * * * ?") // 每小时执行一次public void runHourlyEtl() {etlPipeline.execute();}
}

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Pipeline 模块：流程编排（ETL Pipeline Module）

含义（What It Is）

Pipeline 模块将整个 ETL 流程串联起来，形成一个完整的数据处理流水线。

作用（Purpose）

• 控制 ETL 的执行顺序
• 支持异常处理机制
• 提供统一入口点

用法（Usage）

通常我们会设计一个主流程类，依次调用 Extractor、Transformer、AI Processor、Loader 等模块。

示例代码（Example Code with Comments）

/*** 整个 ETL 流程的主控模块*/
@Service
public class EtlPipeline {private final CsvDataExtractor csvDataExtractor;private final DataTransformer dataTransformer;private final AiProcessor aiProcessor;private final PostgresDataLoader postgresDataLoader;public EtlPipeline(CsvDataExtractor csvDataExtractor,DataTransformer dataTransformer,AiProcessor aiProcessor,PostgresDataLoader postgresDataLoader) {this.csvDataExtractor = csvDataExtractor;this.dataTransformer = dataTransformer;this.aiProcessor = aiProcessor;this.postgresDataLoader = postgresDataLoader;}/*** 执行整个 ETL 流程*/public void execute() {String filePath = "src/main/resources/data/sample.csv";List<Map<String, String>> rawData = csvDataExtractor.extractFromCsv(filePath);List<Map<String, Object>> transformedData = dataTransformer.transform(rawData);List<Map<String, Object>> enrichedData = transformedData.stream().peek(row -> {String comment = (String) row.get("comment");if (comment != null && !comment.isEmpty()) {row.put("sentiment", aiProcessor.classifyText(comment));}}).collect(Collectors.toList());postgresDataLoader.load(enrichedData);}
}

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单元测试建议（Unit Testing Best Practices）

建议为每个模块编写单元测试，确保代码质量和稳定性。

示例测试类（Test Class with Comments）

@SpringBootTest
public class DataTransformerTest {@Autowiredprivate DataTransformer dataTransformer;@Testvoid testTransform_AgeConversion() {Map<String, String> rawRow = new HashMap<>();rawRow.put("name", "Alice");rawRow.put("age", "twenty-five"); // 错误格式rawRow.put("comment", "I love this product");List<Map<String, String>> rawData = Collections.singletonList(rawRow);List<Map<String, Object>> transformed = dataTransformer.transform(rawData);assertNull(transformed.get(0).get("age")); // 应该为空}
}

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可视化 & 监控建议（Monitoring and Visualization）

• 使用 Prometheus + Grafana 实现 ETL 任务监控。
• 集成 Spring Boot Admin 查看运行状态。
• 日志记录推荐使用 Logback + ELK Stack。

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扩展功能建议（Advanced Features to Consider）

功能	描述
分布式 ETL	结合 Spring Cloud Stream/Kafka 实现分布式数据流处理
异常重试机制	利用 Resilience4j 实现失败自动重试
审计日志	对每一步操作记录审计信息
多源支持	支持 JSON、XML、数据库、REST API 等多种输入源
权限控制	使用 Spring Security 控制访问权限
自动部署	配合 Jenkins/GitLab CI 实现 CI/CD

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总结（Summary）

本文介绍了基于 Spring AI 构建智能 ETL 系统的整体架构设计与核心模块实现。通过整合 Spring 生态的强大能力，我们不仅实现了传统 ETL 的功能，还借助 AI 技术提升了数据处理的智能化水平。

未来，随着 Spring AI 的不断发展，我们可以进一步探索以下方向：

• 图像识别辅助数据处理（如发票 OCR）
• 自动生成报告摘要
• 异常检测与自动修正
• 实时流式 ETL + AI 决策引擎

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🔗 参考资料（References）

• Spring AI GitHub
• Spring Boot 官方文档
• OpenAI Spring Client
• CSVReader GitHub

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