【AI Agent 全栈开发】Tool Calling（工具调用）
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什么是Tool Calling
随着大模型的发展，我们不再满足于仅仅让它们生成文本或回答问题。我们希望它可以成为真正的智能助手，能够实现与外部世界交互，代替人类执行任务，解放人的双手。为了解决这个挑战，Tool Calling应运而生。
Tool Calling是AI应用程序中的一种常见模式，允许大语言模型根据用户需求，智能的选择、调用外部工具，并获取结果，从而增强其功能。实现了应用程序与外部世界的交互。
正常的大模型，只能应用在对话文本的场景下，但是如果添加Tool Calling，比如添加一个订餐系统，大模型就能帮我在我想要的餐厅订餐，实现外部交互。
快速上手
首先在代码中，我们使用Tool Calling需要添加它的依赖
<dependency>
<groupId>com.github.victools</groupId>
<artifactId>jsonschema-generator</artifactId>
<!-- 可根据实际情况使⽤最新稳定版本 -->
<version>4.37.0</version>
</dependency>
其次，通过 @Tool注解来定义工具，为了帮助模型了解如何调用此工具，工具的描述非常重要，需要我们提供工具的详细说明。
import java.time.LocalDateTime;
import java.time.ZoneId;
import java.time.format.DateTimeFormatter;
import org.springframework.ai.tool.annotation.Tool;
import org.springframework.context.i18n.LocaleContextHolder;
public class DateTimeTools {
@Tool(description = "获取用户时区的当前日期和时间")
public String getCurrentDateTime() {
// 从 LocaleContextHolder 获取上下文用户时区，如果为空则使用系统默认时区
ZoneId zoneId = LocaleContextHolder.getTimeZone() != null
? LocaleContextHolder.getTimeZone().toZoneId() //将 TimeZone 转换为 ZoneId
: ZoneId.systemDefault();//如果上下文为空，则获取 JVM 默认时区
//根据确定的时区获取当前日期时间
LocalDateTime now = LocalDateTime.now(zoneId);
//定义日期时间输出格式
DateTimeFormatter formatter = DateTimeFormatter.ofPattern("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
//格式化并返回结果
return now.format(formatter);
}
}
@Tool 注解的作用：让方法成为 AI 的"工具箱"，模型可以决定何时调用description：模型通过描述判断工具的用途，描述越清晰，调用越准确
调用工具
为了将工具提供给模型使用，将定义好的工具注册到 ChatClient 中：
@Autowired
private ChatModel chatModel;
public String chatWithTime(String userInput) {
return ChatClient.create(chatModel)
.prompt(userInput)
.tools(new DateTimeTools()) // 注册工具
.call()
.content();
}
当用户问“今天是几号？”“明天是星期几？”等问题时，模型会自动判断需要获取当前时间，并调用此工具。
Tool Calling原理
Spring AI 通过一组灵活的抽象机制支持工具调用功能，这些抽象允许你以统一的方式定义、解析和执行工具。(类似于函数调用)
这幅图直观的展示了工具调用的一系列流程：
- 当我们想让模型使用某个工具时，我们会在聊天请求中包含该工具的定义，包括名称、描述和输入参数的格式
- 模型调用工具时，它会发送包含工具名称以及符合工具预定义的参数
- 应用程序负责根据工具名称识别对应工具，并使用提供的输入参数执行该工具
- 工具返回的结果由应用程序进行处理
- 应用程序将工具调用结果返回至模型
- 模型最终利用工具调用结果作为附加上下文生成响应
方法即工具
Spring AI 为方法转工具（即 ToolCallback）提供两种内置支持方式：
- 声明式：通过
@Tool注解实现 - 编程式：通过底层的
MethodToolCallBack实现
声明式定义工具
源码：
在"⼯具调⽤"流程中，JSON Schema⽤于定义⼯具的输⼊参数格式，Spring AI 将自动为 @Tool 注解方法的输入参数生成 JSON Schema。
但是，这里我有一个疑问，为什么方法的参数不直接传给工具，而是先通过JSON Schema模型再传给工具本身？？
注意：JSON Schema 不是传给工具的，而是传给 AI 模型的。回忆Tool Calling的原理图，JSON Schema 供模型理解如何调用工具及准备工具请求.
同时可使用 @ToolParam 注解为输入参数提供额外信息，若参数标注了 @Nullable 注解，则该参数将被视为可选参数。
为ChatModel添加工具
当使用声明式方案时，你可以通过调用 ChatModel 时使用的 ToolCallingChatOptions 中的 toolCallbacks() 方法传入工具类实例。注意：此类工具仅在添加它们的特定聊天请求中可用。
ChatModel chatModel = ...
ToolCallback[] dateTimeTools = ToolCallbacks.from(new DateTimeTools());
ChatOptions chatOptions = ToolCallingChatOptions.builder()
.toolCallbacks(dateTimeTools)
.build();
Prompt prompt = new Prompt("What day is tomorrow?", chatOptions);
chatModel.call(prompt);
为ChatClient添加工具
当使用声明式配置方案时，你可以在调用 ChatClient 时通过 tools() 方法传入工具类实例。此类工具仅在添加它们的特定聊天请求中可用。
ChatClient.create(chatModel)
.prompt("What day is tomorrow?")
.tools(new DateTimeTools())
.call()
.content();
编程式定义工具
我们也可以通过编程式构建MethodToolCallback将⽅法转为⼯具底层实现。
//通过反射获取方法对象
Method method = ReflectionUtils.findMethod(DateTimeTools.class, "getCurrentDateTime");
//构建工具回调
ToolCallback toolCallback = MethodToolCallback.builder()
.toolDefinition(ToolDefinition.builder(method)//构建工具定义
.description("Get the current date and time in the user's timezone")
.build())//定义工具信息
.toolMethod(method)//指定方法
.toolObject(new DateTimeTools())//创建方法的实例
.build();
为ChatClient添加工具
通过toolCallbacks为ChatClient添加工具
import org.springframework.ai.chat.client.ChatClient;
import org.springframework.ai.model.tool.ToolCallback;
import org.springframework.ai.tool.MethodToolCallback;
import org.springframework.ai.tool.definition.ToolDefinition;
import org.springframework.util.ReflectionUtils;
import java.lang.reflect.Method;
@Configuration
public class ChatClientConfig {
@Bean
public ChatClient chatClient(ChatModel chatModel) {
// 1. 通过反射获取方法
Method method = ReflectionUtils.findMethod(DateTimeTools.class, "getCurrentDateTime");
// 2. 手动构建 ToolDefinition
ToolDefinition toolDefinition = ToolDefinition.builder(method)
.description("Get the current date and time in the user's timezone")
.name("getCurrentDateTime") // 可选，默认使用方法名
.build();
// 3. 手动构建 ToolCallback
ToolCallback toolCallback = MethodToolCallback.builder()
.toolDefinition(toolDefinition)
.toolMethod(method)
.toolObject(new DateTimeTools())
.build();
// 4. 将 ToolCallback 注册到 ChatClient
return ChatClient.builder(chatModel)
.defaultTools(toolCallback) // 单个工具
// .defaultTools(toolCallback1, toolCallback2) // 多个工具
.build();
}
}
工具执行
工具执行指使⽤提供的输⼊参数调⽤⼯具并返回结果的过程。
-
当需要向模型提供工具时，我们将其定义包含在聊天请求（Prompt）中，并调用 ChatModel API 将请求发送至 AI 模型。
-
当模型决定调用工具时，它会发送包含工具名称及符合定义模式的输入参数的响应（ChatResponse）。
-
ChatModel 将工具调用请求发送至 ToolCallingManager API。
-
ToolCallingManager 负责识别需调用的工具并使用提供的输入参数执行该工具。
-
工具调用结果返回至 ToolCallingManager。
-
ToolCallingManager 将工具执行结果返回给 ChatModel。
-
ChatModel 将工具执行结果返回AI模型（ToolResponseMessage）。
-
AI 模型利用工具调用结果作为附加上下文生成最终响应，并通过 ChatClient 将其返回调用方（ChatResponse）。
完结撒花！🎉
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