Spring AI 代码分析（九）--记忆能力实现

记忆能力分析

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1. 工程结构概览

Spring AI 提供了完整的对话记忆（Chat Memory）能力，支持将对话历史持久化到各种存储后端。记忆能力是构建多轮对话应用的基础。

spring-ai-model/
└── chat/memory/                  # 记忆核心抽象
    ├── ChatMemory.java           # 记忆接口
    ├── ChatMemoryRepository.java # 存储仓库接口
    ├── MessageWindowChatMemory.java  # 窗口记忆实现
    └── InMemoryChatMemoryRepository.java  # 内存实现

memory/repository/                # 持久化实现
├── spring-ai-model-chat-memory-repository-jdbc/      # JDBC 实现
├── spring-ai-model-chat-memory-repository-mongodb/    # MongoDB 实现
├── spring-ai-model-chat-memory-repository-neo4j/      # Neo4j 实现
├── spring-ai-model-chat-memory-repository-cassandra/  # Cassandra 实现
└── spring-ai-model-chat-memory-repository-cosmos-db/  # Cosmos DB 实现

2. 技术体系与模块关系

记忆系统采用分层设计：记忆接口 → 存储仓库 → 具体实现

3. 关键场景示例代码

3.1 基础使用

使用内存记忆：

// 创建内存记忆
ChatMemory memory = new MessageWindowChatMemory(
    new InMemoryChatMemoryRepository(),
    10  // 窗口大小：保留最近 10 条消息
);

// 添加消息
memory.add("conversation-1", new UserMessage("你好"));
memory.add("conversation-1", new AssistantMessage("你好！有什么可以帮助你的？"));

// 获取对话历史
List<Message> history = memory.get("conversation-1");

3.2 使用 JDBC 持久化

使用数据库持久化记忆：

@Autowired
private DataSource dataSource;

@Bean
public ChatMemory chatMemory() {
    JdbcChatMemoryRepository repository = 
        JdbcChatMemoryRepository.builder()
            .dataSource(dataSource)
            .build();
    
    return new MessageWindowChatMemory(repository, 20);
}

3.3 使用 MongoDB

使用 MongoDB 持久化：

@Autowired
private MongoTemplate mongoTemplate;

@Bean
public ChatMemory chatMemory() {
    MongoChatMemoryRepository repository = 
        MongoChatMemoryRepository.builder()
            .mongoTemplate(mongoTemplate)
            .build();
    
    return new MessageWindowChatMemory(repository, 30);
}

3.4 在 ChatClient 中使用

记忆可以通过 Advisor 集成到 ChatClient：

ChatMemory memory = new MessageWindowChatMemory(repository, 10);

MessageChatMemoryAdvisor memoryAdvisor = 
    MessageChatMemoryAdvisor.builder()
        .chatMemory(memory)
        .conversationId("user-123")
        .build();

ChatClient chatClient = ChatClient.builder(chatModel)
    .defaultAdvisors(memoryAdvisor)
    .build();

// 对话会自动保存到记忆
String response = chatClient.prompt()
    .user("我的名字是张三")
    .call()
    .content();

// 后续对话会自动包含历史
String response2 = chatClient.prompt()
    .user("我的名字是什么？")
    .call()
    .content();  // 模型会记住名字是张三

4. 核心实现图

4.1 记忆存储和检索流程

5. 入口类与关键类关系

6. 关键实现逻辑分析

6.1 ChatMemory 接口设计

ChatMemory 接口提供了简单的记忆 API：

public interface ChatMemory {
    void add(String conversationId, List<Message> messages);
    List<Message> get(String conversationId);
    void clear(String conversationId);
}

这个接口设计简洁，但功能强大。它支持：

多对话管理：通过 conversationId 区分不同对话
批量添加：支持一次添加多条消息
清理功能：支持清除特定对话的记忆

6.2 MessageWindowChatMemory 实现

MessageWindowChatMemory 实现了窗口记忆策略：

public class MessageWindowChatMemory implements ChatMemory {
    private final ChatMemoryRepository repository;
    private final int windowSize;
    
    @Override
    public void add(String conversationId, List<Message> messages) {
        // 1. 获取现有消息
        List<Message> existing = repository.findByConversationId(conversationId);
        
        // 2. 添加新消息
        List<Message> allMessages = new ArrayList<>(existing);
        allMessages.addAll(messages);
        
        // 3. 应用窗口策略（只保留最近的 N 条）
        List<Message> windowed = applyWindow(allMessages);
        
        // 4. 保存
        repository.saveAll(conversationId, windowed);
    }
    
    @Override
    public List<Message> get(String conversationId) {
        List<Message> messages = repository.findByConversationId(conversationId);
        return applyWindow(messages);
    }
    
    private List<Message> applyWindow(List<Message> messages) {
        if (messages.size() <= windowSize) {
            return messages;
        }
        // 只返回最近的 N 条消息
        return messages.subList(messages.size() - windowSize, messages.size());
    }
}

窗口策略的优势：

控制上下文长度：避免上下文过长导致 token 超限
保持相关性：最近的对话通常更相关
性能优化：减少需要处理的消息数量

6.3 JDBC 实现

JDBC 实现支持多种数据库：

public class JdbcChatMemoryRepository implements ChatMemoryRepository {
    private final JdbcTemplate jdbcTemplate;
    private final ChatMemoryRepositoryDialect dialect;
    
    @Override
    public List<Message> findByConversationId(String conversationId) {
        String sql = dialect.getSelectByConversationIdSql();
        
        return jdbcTemplate.query(sql, 
            new Object[]{conversationId},
            (rs, rowNum) -> {
                String content = rs.getString("content");
                String type = rs.getString("type");
                Map<String, Object> metadata = parseMetadata(rs.getString("metadata"));
                
                return createMessage(type, content, metadata);
            }
        );
    }
    
    @Override
    public void saveAll(String conversationId, List<Message> messages) {
        // 1. 删除现有消息
        deleteByConversationId(conversationId);
        
        // 2. 批量插入新消息
        String sql = dialect.getInsertSql();
        List<Object[]> batchArgs = messages.stream()
            .map(msg -> new Object[]{
                conversationId,
                msg.getText(),
                msg.getMessageType().name(),
                toJson(msg.getMetadata()),
                Timestamp.from(Instant.now())
            })
            .collect(toList());
        
        jdbcTemplate.batchUpdate(sql, batchArgs);
    }
}

支持的数据库：

PostgreSQL
MySQL/MariaDB
H2
SQLite
Oracle
SQL Server
HSQLDB

每个数据库都有自己的 Dialect 实现，处理 SQL 方言差异。

6.4 MongoDB 实现

MongoDB 实现使用文档存储：

public class MongoChatMemoryRepository implements ChatMemoryRepository {
    private final MongoTemplate mongoTemplate;
    
    @Override
    public List<Message> findByConversationId(String conversationId) {
        Query query = Query.query(
            Criteria.where("conversationId").is(conversationId)
        ).with(Sort.by("timestamp").descending());
        
        List<Conversation> conversations = mongoTemplate.find(
            query, Conversation.class
        );
        
        return conversations.stream()
            .map(this::mapMessage)
            .collect(toList());
    }
    
    @Override
    public void saveAll(String conversationId, List<Message> messages) {
        // 1. 删除现有消息
        deleteByConversationId(conversationId);
        
        // 2. 转换为文档并保存
        List<Conversation> conversations = messages.stream()
            .map(msg -> new Conversation(
                conversationId,
                new Conversation.Message(
                    msg.getText(),
                    msg.getMessageType().name(),
                    msg.getMetadata()
                ),
                Instant.now()
            ))
            .collect(toList());
        
        mongoTemplate.insert(conversations, Conversation.class);
    }
}

MongoDB 文档结构：

{
  "conversationId": "user-123",
  "message": {
    "text": "你好",
    "type": "USER",
    "metadata": {}
  },
  "timestamp": "2025-01-01T00:00:00Z"
}

6.5 Neo4j 实现

Neo4j 实现使用图数据库：

public class Neo4jChatMemoryRepository implements ChatMemoryRepository {
    @Override
    public List<Message> findByConversationId(String conversationId) {
        String cypher = """
            MATCH (s:Session {id: $conversationId})-[:HAS_MESSAGE]->(m:Message)
            OPTIONAL MATCH (m)-[:HAS_METADATA]->(metadata:Metadata)
            OPTIONAL MATCH (m)-[:HAS_MEDIA]->(media:Media)
            RETURN m, metadata, collect(media) as medias
            ORDER BY m.idx ASC
            """;
        
        return driver.executableQuery(cypher)
            .withParameters(Map.of("conversationId", conversationId))
            .execute(record -> mapToMessage(record));
    }
    
    @Override
    public void saveAll(String conversationId, List<Message> messages) {
        String cypher = """
            MERGE (s:Session {id: $conversationId})
            WITH s
            UNWIND $messages AS msg
            CREATE (m:Message {
                text: msg.text,
                type: msg.type,
                idx: msg.idx
            })
            CREATE (s)-[:HAS_MESSAGE]->(m)
            """;
        
        driver.executableQuery(cypher)
            .withParameters(Map.of(
                "conversationId", conversationId,
                "messages", toMessageParams(messages)
            ))
            .execute();
    }
}

Neo4j 图结构：

(Session {id: "user-123"})-[:HAS_MESSAGE]->(Message {text: "你好", type: "USER"})
(Session {id: "user-123"})-[:HAS_MESSAGE]->(Message {text: "你好！", type: "ASSISTANT"})

6.6 Cassandra 实现

Cassandra 实现使用分布式存储：

public class CassandraChatMemoryRepository implements ChatMemoryRepository {
    @Override
    public List<Message> findByConversationId(String conversationId) {
        BoundStatement stmt = getStmt.boundStatementBuilder()
            .setString("conversation_id", conversationId)
            .build();
        
        ResultSet rs = session.execute(stmt);
        return rs.all().stream()
            .map(this::mapToMessage)
            .collect(toList());
    }
    
    @Override
    public void saveAll(String conversationId, List<Message> messages) {
        // 1. 删除现有消息
        deleteByConversationId(conversationId);
        
        // 2. 批量插入
        BatchStatement batch = BatchStatement.builder(BatchType.LOGGED)
            .build();
        
        for (Message msg : messages) {
            BoundStatement stmt = addStmt.boundStatementBuilder()
                .setString("conversation_id", conversationId)
                .setString("content", msg.getText())
                .setString("type", msg.getMessageType().name())
                .setMap("metadata", msg.getMetadata())
                .build();
            batch.add(stmt);
        }
        
        session.execute(batch);
    }
}

7. 实现对比分析

特性	JDBC	MongoDB	Neo4j	Cassandra
存储模型	关系型	文档型	图型	列族型
查询方式	SQL	Query DSL	Cypher	CQL
适用场景	通用	灵活结构	关系查询	大规模分布式
性能	中等	高	中等	极高
扩展性	好	很好	好	优秀
事务支持	✅	✅	✅	❌

8. 外部依赖

不同实现的依赖：

8.1 JDBC

Spring JDBC：JDBC 模板
数据库驱动：PostgreSQL、MySQL 等

8.2 MongoDB

Spring Data MongoDB：MongoDB 集成

8.3 Neo4j

Neo4j Java Driver：Neo4j 官方驱动

8.4 Cassandra

Cassandra Java Driver：Cassandra 官方驱动

9. 工程总结

Spring AI 的记忆能力设计有几个值得学习的地方：

分层抽象。ChatMemory 提供高级 API，ChatMemoryRepository 提供存储抽象，具体实现处理数据库差异。这种设计让记忆功能既易用又灵活。想换存储后端？换个 ChatMemoryRepository 实现就行。

窗口记忆策略。MessageWindowChatMemory 实现了智能的消息管理，只保留最近的 N 条消息，这既控制了上下文长度，又保持了相关性。不会因为对话历史太长导致 token 超限。

多存储后端支持。支持 JDBC、MongoDB、Neo4j、Cassandra 等多种存储，用户可以根据需求选择最合适的后端。想用关系数据库？用 JDBC。想用图数据库？用 Neo4j。

统一的数据模型。所有实现都使用相同的 Message 模型，这让切换存储后端变得简单。今天用 PostgreSQL，明天想换 MongoDB？改个配置就行。

自动模式初始化。大多数实现都支持自动创建表/集合，简化了部署。不用手动建表，启动时自动搞定。

总的来说，Spring AI 的记忆能力既简单又强大。简单的 API 让使用变得容易，强大的实现让系统可以适应各种场景。这种设计让开发者可以轻松构建支持多轮对话的 AI 应用。

posted @ 2025-11-26 21:43 wasp 阅读(1093) 评论(0) 收藏举报

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