ETL 管道
提取、转换和加载(ETL)框架作为检索增强生成(RAG)用例中数据处理的支柱。
ETL管道编排从原始数据源到结构化向量存储的流程,确保数据以AI模型检索的最佳格式存在。
RAG用例通过从数据体中检索相关信息来增强生成模型的能力,从而提高生成输出的质量和相关性。
API概述
ETL管道创建、转换和存储`Document`实例。

`Document`类包含文本、元数据以及可选的额外媒体类型,如图像、音频和视频。
ETL管道有三个主要组件:
-
DocumentReader
- 实现`Supplier<List<Document>>` -
DocumentTransformer
- 实现`Function<List<Document>, List<Document>>` -
DocumentWriter
- 实现`Consumer<List<Document>>`
`Document`类的内容是通过`DocumentReader`的帮助从PDF、文本文件和其他文档类型创建的。
要构建一个简单的ETL管道,您可以将这三种类型的实例链接在一起。

假设我们有以下ETL类型的实例:
-
PagePdfDocumentReader
- `DocumentReader`的实现 -
TokenTextSplitter
- `DocumentTransformer`的实现 -
VectorStore
- `DocumentWriter`的实现
要执行将数据加载到向量数据库的基本操作以用于检索增强生成模式,请使用以下Java函数式语法代码:
vectorStore.accept(tokenTextSplitter.apply(pdfReader.get()));
或者,您可以使用更自然地表达领域的方法名:
vectorStore.write(tokenTextSplitter.split(pdfReader.read()));
ETL接口
ETL管道由以下接口和实现组成。 详细的ETL类图在ETL类图部分中显示。
DocumentReader
提供来自不同来源的文档源。
public interface DocumentReader extends Supplier<List<Document>> {
default List<Document> read() {
return get();
}
}
DocumentTransformer
转换一批文档作为处理工作流的一部分。
public interface DocumentTransformer extends Function<List<Document>, List<Document>> {
default List<Document> transform(List<Document> transform) {
return apply(transform);
}
}
DocumentReaders
JSON
`JsonReader`处理JSON文档,将它们转换为`Document`对象列表。
示例
@Component
class MyJsonReader {
private final Resource resource;
MyJsonReader(@Value("classpath:bikes.json") Resource resource) {
this.resource = resource;
}
List<Document> loadJsonAsDocuments() {
JsonReader jsonReader = new JsonReader(this.resource, "description", "content");
return jsonReader.get();
}
}
构造函数选项
`JsonReader`提供了几个构造函数选项:
-
JsonReader(Resource resource)
-
JsonReader(Resource resource, String… jsonKeysToUse)
-
JsonReader(Resource resource, JsonMetadataGenerator jsonMetadataGenerator, String… jsonKeysToUse)
参数
-
resource
: 指向JSON文件的Spring `Resource`对象。 -
jsonKeysToUse
: 从JSON中应该用作结果`Document`对象中文本内容的键数组。 -
jsonMetadataGenerator
: 用于为每个`Document`创建元数据的可选`JsonMetadataGenerator`。
行为
`JsonReader`按以下方式处理JSON内容:
-
它可以处理JSON数组和单个JSON对象。
-
对于每个JSON对象(在数组中或单个对象中):
-
它根据指定的`jsonKeysToUse`提取内容。
-
如果未指定键,则使用整个JSON对象作为内容。
-
它使用提供的`JsonMetadataGenerator`(如果未提供则使用空生成器)生成元数据。
-
它创建一个包含提取内容和元数据的`Document`对象。
-
使用JSON指针
`JsonReader`现在支持使用JSON指针检索JSON文档的特定部分。此功能允许您轻松地从复杂的JSON结构中提取嵌套数据。
示例JSON结构
[
{
"id": 1,
"brand": "Trek",
"description": "A high-performance mountain bike for trail riding."
},
{
"id": 2,
"brand": "Cannondale",
"description": "An aerodynamic road bike for racing enthusiasts."
}
]
在此示例中,如果`JsonReader`配置为使用`"description"`作为`jsonKeysToUse`,它将创建`Document`对象,其中内容是数组中每辆自行车的"description"字段的值。
文本
`TextReader`处理纯文本文档,将它们转换为`Document`对象列表。
示例
@Component
class MyTextReader {
private final Resource resource;
MyTextReader(@Value("classpath:text-source.txt") Resource resource) {
this.resource = resource;
}
List<Document> loadText() {
TextReader textReader = new TextReader(this.resource);
textReader.getCustomMetadata().put("filename", "text-source.txt");
return textReader.read();
}
}
配置
-
setCharset(Charset charset)
: 设置用于读取文本文件的字符集。默认为UTF-8。 -
getCustomMetadata()
: 返回一个可变映射,您可以在其中添加文档的自定义元数据。
行为
`TextReader`按以下方式处理文本内容:
-
它将文本文件的整个内容读入单个`Document`对象。
-
文件的内容成为`Document`的内容。
-
元数据自动添加到`Document`:
-
charset
: 用于读取文件的字符集(默认:"UTF-8")。 -
source
: 源文本文件的文件名。
-
-
通过`getCustomMetadata()`添加的任何自定义元数据都包含在`Document`中。
注意事项
-
`TextReader`将整个文件内容读入内存,因此可能不适合非常大的文件。
-
如果您需要将文本分割成更小的块,可以在读取文档后使用文本分割器,如`TokenTextSplitter`:
List<Document> documents = textReader.get();
List<Document> splitDocuments = new TokenTextSplitter().apply(this.documents);
-
读取器使用Spring的`Resource`抽象,允许从各种源(类路径、文件系统、URL等)读取。
-
可以使用`getCustomMetadata()`方法向读取器创建的所有文档添加自定义元数据。
HTML (JSoup)
`JsoupDocumentReader`使用JSoup库处理HTML文档,将它们转换为`Document`对象列表。
示例
@Component
class MyHtmlReader {
private final Resource resource;
MyHtmlReader(@Value("classpath:/my-page.html") Resource resource) {
this.resource = resource;
}
List<Document> loadHtml() {
JsoupDocumentReaderConfig config = JsoupDocumentReaderConfig.builder()
.selector("article p") // 提取<article>标签内的段落
.charset("ISO-8859-1") // 使用ISO-8859-1编码
.includeLinkUrls(true) // 在元数据中包含链接URL
.metadataTags(List.of("author", "date")) // 提取作者和日期元标签
.additionalMetadata("source", "my-page.html") // 添加自定义元数据
.build();
JsoupDocumentReader reader = new JsoupDocumentReader(this.resource, config);
return reader.get();
}
}
`JsoupDocumentReaderConfig`允许您自定义`JsoupDocumentReader`的行为:
-
charset
: 指定HTML文档的字符编码(默认为"UTF-8")。 -
selector
: 一个JSoup CSS选择器,用于指定要提取文本的元素(默认为"body")。 -
separator
: 用于连接多个选定元素的文本的字符串(默认为"\n")。 -
allElements
: 如果为`true`,则提取`<body>`元素中的所有文本,忽略`selector`(默认为`false`)。 -
groupByElement
: 如果为`true`,则为`selector`匹配的每个元素创建单独的`Document`(默认为`false`)。 -
includeLinkUrls
: 如果为`true`,则提取绝对链接URL并将它们添加到元数据中(默认为`false`)。 -
metadataTags
: 要从中提取内容的`<meta>`标签名称列表(默认为`["description", "keywords"]`)。 -
additionalMetadata
: 允许您向所有创建的`Document`对象添加自定义元数据。
示例文档:my-page.html
<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
<meta charset="UTF-8">
<title>My Web Page</title>
<meta name="description" content="A sample web page for Spring AI">
<meta name="keywords" content="spring, ai, html, example">
<meta name="author" content="John Doe">
<meta name="date" content="2024-01-15">
<link rel="stylesheet" href="style.css">
</head>
<body>
<header>
<h1>Welcome to My Page</h1>
</header>
<nav>
<ul>
<li><a href="/">Home</a></li>
<li><a href="/about">About</a></li>
</ul>
</nav>
<article>
<h2>Main Content</h2>
<p>This is the main content of my web page.</p>
<p>It contains multiple paragraphs.</p>
<a href="https://www.example.com">External Link</a>
</article>
<footer>
<p>© 2024 John Doe</p>
</footer>
</body>
</html>
行为:
`JsoupDocumentReader`处理HTML内容并根据配置创建`Document`对象:
-
`selector`确定用于文本提取的元素。
-
如果`allElements`为`true`,则从`<body>`中提取所有文本到单个`Document`中。
-
如果`groupByElement`为`true`,则为`selector`匹配的每个元素创建单独的`Document`。
-
如果`allElements`和`groupByElement`都不为`true`,则使用`separator`连接`selector`匹配的所有元素的文本。
-
文档标题、指定`<meta>`标签的内容以及(可选)链接URL被添加到`Document`元数据中。
-
基本URI(用于解析相对链接)将从URL资源中提取。
读取器保留选定元素的文本内容,但删除其中的任何HTML标签。
Markdown
`MarkdownDocumentReader`处理Markdown文档,将它们转换为`Document`对象列表。
示例
@Component
class MyMarkdownReader {
private final Resource resource;
MyMarkdownReader(@Value("classpath:code.md") Resource resource) {
this.resource = resource;
}
List<Document> loadMarkdown() {
MarkdownDocumentReaderConfig config = MarkdownDocumentReaderConfig.builder()
.withHorizontalRuleCreateDocument(true)
.withIncludeCodeBlock(false)
.withIncludeBlockquote(false)
.withAdditionalMetadata("filename", "code.md")
.build();
MarkdownDocumentReader reader = new MarkdownDocumentReader(this.resource, config);
return reader.get();
}
}
`MarkdownDocumentReaderConfig`允许您自定义MarkdownDocumentReader的行为:
-
horizontalRuleCreateDocument
: 当设置为`true`时,Markdown中的水平规则将创建新的`Document`对象。 -
includeCodeBlock
: 当设置为`true`时,代码块将包含在与周围文本相同的`Document`中。当为`false`时,代码块创建单独的`Document`对象。 -
includeBlockquote
: 当设置为`true`时,引用块将包含在与周围文本相同的`Document`中。当为`false`时,引用块创建单独的`Document`对象。 -
additionalMetadata
: 允许您向所有创建的`Document`对象添加自定义元数据。
示例文档:code.md
This is a Java sample application:
```java
package com.example.demo;
import org.springframework.boot.SpringApplication;
import org.springframework.boot.autoconfigure.SpringBootApplication;
@SpringBootApplication
public class DemoApplication {
public static void main(String[] args) {
SpringApplication.run(DemoApplication.class, args);
}
}
```
Markdown also provides the possibility to `use inline code formatting throughout` the entire sentence.
---
Another possibility is to set block code without specific highlighting:
```
./mvnw spring-javaformat:apply
```
行为:MarkdownDocumentReader处理Markdown内容并根据配置创建Document对象:
-
标题成为Document对象中的元数据。
-
段落成为Document对象的内容。
-
代码块可以分离到它们自己的Document对象中,或包含在周围文本中。
-
引用块可以分离到它们自己的Document对象中,或包含在周围文本中。
-
水平规则可用于将内容分割成单独的Document对象。
读取器在Document对象的内容中保留格式,如内联代码、列表和文本样式。
PDF页面
`PagePdfDocumentReader`使用Apache PdfBox库解析PDF文档
使用Maven或Gradle将依赖项添加到您的项目中。
<dependency>
<groupId>org.springframework.ai</groupId>
<artifactId>spring-ai-pdf-document-reader</artifactId>
</dependency>
或添加到您的Gradle `build.gradle`构建文件中。
dependencies {
implementation 'org.springframework.ai:spring-ai-pdf-document-reader'
}
示例
@Component
public class MyPagePdfDocumentReader {
List<Document> getDocsFromPdf() {
PagePdfDocumentReader pdfReader = new PagePdfDocumentReader("classpath:/sample1.pdf",
PdfDocumentReaderConfig.builder()
.withPageTopMargin(0)
.withPageExtractedTextFormatter(ExtractedTextFormatter.builder()
.withNumberOfTopTextLinesToDelete(0)
.build())
.withPagesPerDocument(1)
.build());
return pdfReader.read();
}
}
PDF段落
ParagraphPdfDocumentReader`使用PDF目录(例如TOC)信息将输入PDF分割成文本段落,并为每个段落输出一个`Document
。
注意:并非所有PDF文档都包含PDF目录。
依赖项
使用Maven或Gradle将依赖项添加到您的项目中。
<dependency>
<groupId>org.springframework.ai</groupId>
<artifactId>spring-ai-pdf-document-reader</artifactId>
</dependency>
或添加到您的Gradle `build.gradle`构建文件中。
dependencies {
implementation 'org.springframework.ai:spring-ai-pdf-document-reader'
}
示例
@Component
public class MyPagePdfDocumentReader {
List<Document> getDocsFromPdfWithCatalog() {
ParagraphPdfDocumentReader pdfReader = new ParagraphPdfDocumentReader("classpath:/sample1.pdf",
PdfDocumentReaderConfig.builder()
.withPageTopMargin(0)
.withPageExtractedTextFormatter(ExtractedTextFormatter.builder()
.withNumberOfTopTextLinesToDelete(0)
.build())
.withPagesPerDocument(1)
.build());
return pdfReader.read();
}
}
Tika (DOCX, PPTX, HTML…)
`TikaDocumentReader`使用Apache Tika从各种文档格式中提取文本,如PDF、DOC/DOCX、PPT/PPTX和HTML。有关支持的格式的完整列表,请参阅https://tika.apache.org/3.1.0/formats.html[Tika文档]。
依赖项
<dependency>
<groupId>org.springframework.ai</groupId>
<artifactId>spring-ai-tika-document-reader</artifactId>
</dependency>
或添加到您的Gradle `build.gradle`构建文件中。
dependencies {
implementation 'org.springframework.ai:spring-ai-tika-document-reader'
}
示例
@Component
class MyTikaDocumentReader {
private final Resource resource;
MyTikaDocumentReader(@Value("classpath:/word-sample.docx")
Resource resource) {
this.resource = resource;
}
List<Document> loadText() {
TikaDocumentReader tikaDocumentReader = new TikaDocumentReader(this.resource);
return tikaDocumentReader.read();
}
}
转换器
TokenTextSplitter
`TokenTextSplitter`是`TextSplitter`的实现,它使用CL100K_BASE编码基于标记计数将文本分割成块。
用法
@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);
}
}
构造函数选项
`TokenTextSplitter`提供了两个构造函数选项:
-
TokenTextSplitter()
: 创建具有默认设置的分割器。 -
TokenTextSplitter(int defaultChunkSize, int minChunkSizeChars, int minChunkLengthToEmbed, int maxNumChunks, boolean keepSeparator)
参数
-
defaultChunkSize
: 每个文本块的目标大小(以标记为单位)(默认:800)。 -
minChunkSizeChars
: 每个文本块的最小大小(以字符为单位)(默认:350)。 -
minChunkLengthToEmbed
: 要包含的块的最小长度(默认:5)。 -
maxNumChunks
: 从文本生成的最大块数(默认:10000)。 -
keepSeparator
: 是否在块中保留分隔符(如换行符)(默认:true)。
行为
`TokenTextSplitter`按以下方式处理文本内容:
-
它使用CL100K_BASE编码将输入文本编码为标记。
-
它根据`defaultChunkSize`将编码文本分割成块。
-
对于每个块:
-
它将块解码回文本。
-
它尝试在`minChunkSizeChars`之后找到合适的分断点(句号、问号、感叹号或换行符)。
-
如果找到分断点,它在该点截断块。
-
它修剪块并根据`keepSeparator`设置可选地删除换行符。
-
如果结果块长于`minChunkLengthToEmbed`,则将其添加到输出中。
-
-
此过程继续,直到处理完所有标记或达到`maxNumChunks`。
-
如果剩余文本长于`minChunkLengthToEmbed`,则将其作为最终块添加。
示例
Document doc1 = new Document("This is a long piece of text that needs to be split into smaller chunks for processing.",
Map.of("source", "example.txt"));
Document doc2 = new Document("Another document with content that will be split based on token count.",
Map.of("source", "example2.txt"));
TokenTextSplitter splitter = new TokenTextSplitter();
List<Document> splitDocuments = this.splitter.apply(List.of(this.doc1, this.doc2));
for (Document doc : splitDocuments) {
System.out.println("Chunk: " + doc.getContent());
System.out.println("Metadata: " + doc.getMetadata());
}
KeywordMetadataEnricher
KeywordMetadataEnricher`是一个`DocumentTransformer
,它使用生成式AI模型从文档内容中提取关键词并将它们添加为元数据。
用法
@Component
class MyKeywordEnricher {
private final ChatModel chatModel;
MyKeywordEnricher(ChatModel chatModel) {
this.chatModel = chatModel;
}
List<Document> enrichDocuments(List<Document> documents) {
KeywordMetadataEnricher enricher = new KeywordMetadataEnricher(this.chatModel, 5);
return enricher.apply(documents);
}
}
构造函数
`KeywordMetadataEnricher`构造函数接受两个参数:
-
ChatModel chatModel
: 用于生成关键词的AI模型。 -
int keywordCount
: 为每个文档提取的关键词数量。
行为
`KeywordMetadataEnricher`按以下方式处理文档:
-
对于每个输入文档,它使用文档的内容创建提示。
-
它将此提示发送到提供的`ChatModel`以生成关键词。
-
生成的关键词被添加到文档的元数据中,键为"excerpt_keywords"。
-
返回富集后的文档。
自定义
可以通过修改类中的`KEYWORDS_TEMPLATE`常量来自定义关键词提取提示。默认模板是:
\{context_str}. Give %s unique keywords for this document. Format as comma separated. Keywords:
其中`{context_str}被替换为文档内容,
%s`被替换为指定的关键词数量。
示例
ChatModel chatModel = // 初始化您的聊天模型
KeywordMetadataEnricher enricher = new KeywordMetadataEnricher(chatModel, 5);
Document doc = new Document("This is a document about artificial intelligence and its applications in modern technology.");
List<Document> enrichedDocs = enricher.apply(List.of(this.doc));
Document enrichedDoc = this.enrichedDocs.get(0);
String keywords = (String) this.enrichedDoc.getMetadata().get("excerpt_keywords");
System.out.println("Extracted keywords: " + keywords);
SummaryMetadataEnricher
SummaryMetadataEnricher`是一个`DocumentTransformer
,它使用生成式AI模型为文档创建摘要并将它们添加为元数据。它可以为当前文档以及相邻文档(前一个和后一个)生成摘要。
用法
@Configuration
class EnricherConfig {
@Bean
public SummaryMetadataEnricher summaryMetadata(OpenAiChatModel aiClient) {
return new SummaryMetadataEnricher(aiClient,
List.of(SummaryType.PREVIOUS, SummaryType.CURRENT, SummaryType.NEXT));
}
}
@Component
class MySummaryEnricher {
private final SummaryMetadataEnricher enricher;
MySummaryEnricher(SummaryMetadataEnricher enricher) {
this.enricher = enricher;
}
List<Document> enrichDocuments(List<Document> documents) {
return this.enricher.apply(documents);
}
}
构造函数
`SummaryMetadataEnricher`提供了两个构造函数:
-
SummaryMetadataEnricher(ChatModel chatModel, List<SummaryType> summaryTypes)
-
SummaryMetadataEnricher(ChatModel chatModel, List<SummaryType> summaryTypes, String summaryTemplate, MetadataMode metadataMode)
参数
-
chatModel
: 用于生成摘要的AI模型。 -
summaryTypes
: 指示要生成哪些摘要的`SummaryType`枚举值列表(PREVIOUS, CURRENT, NEXT)。 -
summaryTemplate
: 用于摘要生成的自定义模板(可选)。 -
metadataMode
: 指定在生成摘要时如何处理文档元数据(可选)。
行为
`SummaryMetadataEnricher`按以下方式处理文档:
-
对于每个输入文档,它使用文档内容和指定的摘要模板创建提示。
-
它将此提示发送到提供的`ChatModel`以生成摘要。
-
根据指定的`summaryTypes`,它向每个文档添加以下元数据:
-
section_summary
: 当前文档的摘要。 -
prev_section_summary
: 前一个文档的摘要(如果可用且请求)。 -
next_section_summary
: 下一个文档的摘要(如果可用且请求)。
-
-
返回富集后的文档。
自定义
可以通过提供自定义`summaryTemplate`来自定义摘要生成提示。默认模板是:
"""
Here is the content of the section:
{context_str}
Summarize the key topics and entities of the section.
Summary:
"""
示例
ChatModel chatModel = // 初始化您的聊天模型
SummaryMetadataEnricher enricher = new SummaryMetadataEnricher(chatModel,
List.of(SummaryType.PREVIOUS, SummaryType.CURRENT, SummaryType.NEXT));
Document doc1 = new Document("Content of document 1");
Document doc2 = new Document("Content of document 2");
List<Document> enrichedDocs = enricher.apply(List.of(this.doc1, this.doc2));
// 检查富集后文档的元数据
for (Document doc : enrichedDocs) {
System.out.println("Current summary: " + doc.getMetadata().get("section_summary"));
System.out.println("Previous summary: " + doc.getMetadata().get("prev_section_summary"));
System.out.println("Next summary: " + doc.getMetadata().get("next_section_summary"));
}
提供的示例演示了预期行为:
-
对于两个文档的列表,两个文档都接收`section_summary`。
-
第一个文档接收`next_section_summary`但没有`prev_section_summary`。
-
第二个文档接收`prev_section_summary`但没有`next_section_summary`。
-
第一个文档的`section_summary`与第二个文档的`prev_section_summary`匹配。
-
第一个文档的`next_section_summary`与第二个文档的`section_summary`匹配。
写入器
文件
`FileDocumentWriter`是一个`DocumentWriter`实现,它将`Document`对象列表的内容写入文件。
用法
@Component
class MyDocumentWriter {
public void writeDocuments(List<Document> documents) {
FileDocumentWriter writer = new FileDocumentWriter("output.txt", true, MetadataMode.ALL, false);
writer.accept(documents);
}
}
构造函数
`FileDocumentWriter`提供了三个构造函数:
-
FileDocumentWriter(String fileName)
-
FileDocumentWriter(String fileName, boolean withDocumentMarkers)
-
FileDocumentWriter(String fileName, boolean withDocumentMarkers, MetadataMode metadataMode, boolean append)
参数
-
fileName
: 要写入文档的文件名。 -
withDocumentMarkers
: 是否在输出中包含文档标记(默认:false)。 -
metadataMode
: 指定要写入文件的文档内容(默认:MetadataMode.NONE)。 -
append
: 如果为true,数据将写入文件末尾而不是开头(默认:false)。
行为
`FileDocumentWriter`按以下方式处理文档:
-
它为指定的文件名打开一个FileWriter。
-
对于输入列表中的每个文档:
-
如果`withDocumentMarkers`为true,它写入包含文档索引和页码的文档标记。
-
它根据指定的`metadataMode`写入文档的格式化内容。
-
-
写入所有文档后关闭文件。
文档标记
当`withDocumentMarkers`设置为true时,写入器为每个文档包含以下格式的标记:
### Doc: [index], pages:[start_page_number,end_page_number]
VectorStore
提供与各种向量存储的集成。 有关完整列表,请参阅向量数据库文档。