RAG核心特性：ETL

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概述

  ETL是RAG知识库的核心特性之一，包含了抽取，转换，加载三部分，其主要作用是对用户提供的知识库文档，进行处理，是存入向量数据库的前置操作。
  文档在在Spring AI中的体现是document对象。不仅是文本，还包含其他类型的数据，以及元信息。ETL管道有三个主要组成部分：

• DocumentReader实现Supplier<List>，用于文档抽取。
• DocumentTransformer实现Function<List, List>，用于文档转换。
• DocumentWriter实现Consumer<List>，用于文档加载。

一、DocumentReader

  DocumentReader是Spring AI提供的一个接口，它有一些默认的实现，解析不同类型的文档，如MarkdownDocumentReader，解析md格式的文档，JsonReader，解析json格式的文档。

  它们的不同点在于各自重写了get方法，解析自己类型的文档，其中多是利用第三方的库进行解析：

  如果需要自定义解析器，则自己实现DocumentReader接口，重写其中的get方法即可。

二、DocumentTransformer

  DocumentTransformer接口，用于对文档进行转换。文档转换的含义是，将一个完整的文档，按照一定的规则进行拆分，成为便于检索的知识碎片。

2.1、splitText

  DocumentTransformer接口也有默认的实现，例如文本分片，TextSplitter是一个抽象类，真正定义的文本分片的规则，在于子类对splitText方法的实现。


  其中一个很经典的实现是TokenTextSplitter，根据token计数将文本分割成块，TokenTextSplitter提供两种构造函数选项：

• TokenTextSplitter():默认的无参构造。
• 带参数的构造：
  • defaultChunkSize：token中每个文本块的目标大小(默认值:800)。
  • minChunkSizeChars：token中每个文本块的最小大小(默认值:350)。
  • minChunkLengthToEmbed：包含一个块的最小长度(默认值:5)。
  • maxNumChunks：从文本中生成的最大块数(默认值:10000)。
  • keepSeparator：是否在块中保留分隔符(如新行)(默认值:true)。

@Component
class MyTokenTextSplitter {public List<Document> splitDocuments(List<Document> documents) {TokenTextSplitter splitter = new TokenTextSplitter();return splitter.apply(documents);}public List<Document> splitCustomized(List<Document> documents) {TokenTextSplitter splitter = new TokenTextSplitter(1000, 400, 10, 5000, true);return splitter.apply(documents);}
}

  当然这种根据token长度切分的方式，过于简单粗暴，断句缺乏准确性，对后续的查询精确度有影响。实际开发中是不推荐使用的。

2.2、元数据增强器

  无论是哪一种元数据增强器，底层都是再次调用大模型去实现的。

2.2.1、KeywordMetadataEnricher

  还有一种转换的形式是利用元数据增强器，官方提供了两种：KeywordMetadataEnricher（关键词元数据增强器），SummaryMetadataEnricher（摘要元数据增强器）。前者是利用AI模型，从文档内容中提取关键词并添加它们作为元数据，类似于打标签：

/*** 关键词元数据增强器*/
@Component
public class MyKeywordEnricher {private final ChatModel chatModel;MyKeywordEnricher(ChatModel chatModel) {this.chatModel = chatModel;}List<Document> enrichDocuments(List<Document> documents) {//使用默认模板并提取指定数量的关键词。KeywordMetadataEnricher keywordMetadataEnricher = new KeywordMetadataEnricher(chatModel, 5);return keywordMetadataEnricher.apply(documents);}
}

  它的使用时机是在加载文档后，存入向量数据库前：

    @Beanpublic VectorStore vectorStore(EmbeddingModel dashScopeEmbeddingModel){SimpleVectorStore simpleVectorStore = SimpleVectorStore.builder(dashScopeEmbeddingModel).build();//加载文档List<Document> document = documentLoader.getDocument();// 关键词元数据增强器List<Document> documents = myKeywordEnricher.enrichDocuments(document);//存入向量数据库simpleVectorStore.doAdd(documents);return simpleVectorStore;}

  生成的关键字会添加到文档的元数据中：

2.2.2、SummaryMetadataEnricher

  是一种总结的形式，摘要可以结合上下文，减少了单篇文档的局限性，在构造SummaryMetadataEnricher时，可以指定三个枚举：

• section_summary当前文件摘要。
• prev_section_summary上一份文件摘要。
• next_section_summary下一份文件摘要。

/*** 摘要元数据增强器*/
@Component
public class MySummaryEnricher {private final ChatModel chatModel;MySummaryEnricher(ChatModel chatModel) {this.chatModel = chatModel;}List<Document> enrichDocuments(List<Document> documents) {//summaryTypes列出SummaryType枚举值表示要生成的摘要(PREVIOUS、CURRENT、NEXT)。SummaryMetadataEnricher summaryMetadataEnricher = new SummaryMetadataEnricher(chatModel,List.of(SummaryMetadataEnricher.SummaryType.PREVIOUS, SummaryMetadataEnricher.SummaryType.CURRENT, SummaryMetadataEnricher.SummaryType.NEXT));return summaryMetadataEnricher.apply(documents);}}

    @Beanpublic VectorStore vectorStore(EmbeddingModel dashScopeEmbeddingModel){SimpleVectorStore simpleVectorStore = SimpleVectorStore.builder(dashScopeEmbeddingModel).build();//加载文档List<Document> document = documentLoader.getDocument();// 摘要元数据增强器List<Document> documents = mySummaryEnricher.enrichDocuments(document);//存入向量数据库simpleVectorStore.doAdd(documents);return simpleVectorStore;}

  该种增强，实测调用时间较长。最后还有一个内容格式化工具，官方文档只是一笔带过。

三、DocumentWriter

  DocumentWriter则是提供了将上述处理后的文档，写入的规范。

  其官方实现有VectorStore（写入向量数据库），FileDocumentWriter（直接写入文件）

四、ETL优化

  AI回答能力的上限，取决于提供的知识库文档的质量。所以ETL是RAG 调优最核心的环节。文档的优化策略：

• 内容结构化，标题，内容分明，但是减少层级嵌套
• 内容规范化，语言同一，表述统一，尽量避免水印，图片，表格。
• 格式标准化，优先使用md，doc等便于解析的格式。如果文档包含了图片，那么图片的链接需要是公网地址，不能是自己本地的图片。

4.1、文档切片优化

  文档切片，是在DocumentTransformer这一步完成的工作，切片太短会导致语义缺失，切片过长引入无关信息，所以选择合适的切片策略非常重要，根据不同类型的文档，有不同的切分策略：

• 文档类型：专业类的文献，增加长度有利于保存完整的上下文信息。
• 社交类的帖子，缩短长度能更准确保存语义。

  最佳的文档切片策略： **不要用固定长度的分词器。 使用AI分块 + 人工二次校验。**在使用云服务时，就可以指定智能切分的策略，使用此策略，大模型会根据文档内容的语义相关性，自适应地进行段落的拆分，而不是固定长度的拆分，在将文档导入知识库之前，需要再次人工核对编辑。
在这里插入代码片

4.2、元信息标注

  为文档添加元信息，形成标签，便于后续向量数据库搜索。可以手动添加元信息，在创建Document实例时手动指定：

documents.add(new Document("案例编号：LR-2023-001\n" +"项目概述：180平米大平层现代简约风格客厅改造\n" +"设计要点：\n" +"1. 采用5.2米挑高的落地窗，最大化自然采光\n" +"2. 主色调：云雾白(哑光，NCS S0500-N)配合莫兰迪灰\n" +"3. 家具选择：意大利B&B品牌真皮沙发，北欧白橡木茶几\n" +"空间效果：通透大气，适合商务接待和家庭日常起居",Map.of("type", "interior",    // 文档类型"year", "2025",        // 年份"month", "05",         // 月份"style", "modern",      // 装修风格)));

  也可以利用documentReader解析时指定规则，进行添加，例如从文件名中切割：

// 提取文档倒数第 3 和第 2 个字作为标签
String status = fileName.substring(fileName.length() - 6, fileName.length() - 4);
MarkdownDocumentReaderConfig config = MarkdownDocumentReaderConfig.builder().withHorizontalRuleCreateDocument(true).withIncludeCodeBlock(false).withIncludeBlockquote(false).withAdditionalMetadata("filename", fileName).withAdditionalMetadata("status", status).build();

  还可以使用Spring AI 提供的keyword元信息增强器，这一点在2.2、元数据增强器中提及到。