Spring AI Alibaba 格式化输出

1. 概述

Spring AI Alibaba 是阿里云基于 Spring AI 生态打造的 AI 应用开发框架，为开发者提供了统一、简洁的 API 来调用阿里云的各类 AI 服务。格式化输出是大模型应用开发中的核心能力，它解决了大模型原生输出格式不固定、难以被程序解析的问题，是实现 AI 与业务系统无缝集成的关键。

Spring AI Alibaba 提供了多种强大的格式化输出能力，包括：

• 结构化输出（JSON/XML）
• 流式输出（SSE）
• Markdown 格式化输出
• 函数调用（Function Calling）输出
• 自定义格式转换器

本文档将深入剖析这些格式化输出技术的实现原理，并提供完整的可运行案例。

2. 环境准备

2.1 依赖配置

在 pom.xml 中添加以下依赖（以 Spring Boot 3.2.x 为例）：

<dependencyManagement>
    <dependencies>
        <dependency>
            <groupId>com.alibaba.cloud</groupId>
            <artifactId>spring-cloud-alibaba-dependencies</artifactId>
            <version>2023.0.1.2</version>
            <type>pom</type>
            <scope>import</scope>
        </dependency>
    </dependencies>
</dependencyManagement>

<dependencies>
    <!-- Spring AI Alibaba 通义千问核心依赖 -->
    <dependency>
        <groupId>com.alibaba.cloud</groupId>
        <artifactId>spring-ai-alibaba-starter-dashscope</artifactId>
    </dependency>
    
    <!-- Web 依赖（用于流式输出和接口测试） -->
    <dependency>
        <groupId>org.springframework.boot</groupId>
        <artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>
    </dependency>
    
    <!-- Lombok（简化代码） -->
    <dependency>
        <groupId>org.projectlombok</groupId>
        <artifactId>lombok</artifactId>
        <optional>true</optional>
    </dependency>
</dependencies>

2.2 配置文件

在 application.yml 中配置通义千问 API 密钥：

spring:
  ai:
    dashscope:
      api-key: ${DASHSCOPE_API_KEY:你的API密钥}
      chat:
        options:
          model: qwen-max
          temperature: 0.1 # 格式化输出建议使用较低的温度值

注意：格式化输出对模型的确定性要求较高，建议将 temperature 设置在 0.1-0.3 之间。

3. 结构化输出（JSON/XML）

3.1 知识点剖析

结构化输出是指让大模型按照指定的 schema 生成符合格式要求的 JSON 或 XML 数据。Spring AI Alibaba 实现结构化输出的核心原理是：

1. Schema 自动生成：通过反射将 Java 类转换为 JSON Schema
2. 提示词注入：自动将 Schema 信息添加到系统提示词中
3. 输出解析：自动将模型返回的字符串解析为 Java 对象
4. 容错处理：内置了多种容错机制，处理模型输出不严格符合格式的情况

Spring AI Alibaba 支持两种结构化输出方式：

• 基于 @StructuredOutput 注解：简单易用，适合大多数场景
• 基于 StructuredOutputConverter 接口：灵活强大，支持自定义格式

4. 流式输出（SSE）

4.1 知识点剖析

流式输出（Server-Sent Events, SSE）是指大模型在生成内容的过程中，将结果逐字逐句地返回给客户端。这种方式可以显著提升用户体验，特别是在生成长文本时。

Spring AI Alibaba 流式输出的核心特性：

• 基于 Flux 的响应式编程模型：支持背压和异步处理
• Token 级别的流式返回：可以实时展示模型生成的每个字
• 完整的事件类型支持：包括内容事件、完成事件和错误事件
• 与 Spring WebFlux 无缝集成：支持响应式 Web 应用

6. 函数调用（Function Calling）输出

6.1 知识点剖析

函数调用是指大模型根据用户的问题，自动决定是否调用外部工具/函数来获取信息，然后基于工具返回的结果生成最终回答。这是实现智能代理（Agent）的核心技术。

Spring AI Alibaba 函数调用的工作流程：

1. 开发者定义函数并注册到 Spring 容器
2. Spring AI 自动将函数转换为 JSON Schema 并发送给模型
3. 模型根据用户问题判断是否需要调用函数
4. 如果需要调用，模型返回函数调用指令
5. Spring AI 自动执行对应的函数
6. 将函数返回结果发送给模型
7. 模型基于函数结果生成最终回答

6.2 案例：天气查询函数

步骤 1：定义函数参数和返回值

import lombok.Data;

@Data
public class WeatherRequest {
    private String city;
    private String date;
}

@Data
public class WeatherResponse {
    private String city;
    private String date;
    private String weather;
    private int temperature;
    private int humidity;
    private String wind;
}

步骤 2：实现函数

import org.springframework.ai.model.function.FunctionCallback;
import org.springframework.ai.model.function.FunctionCallbackWrapper;
import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;

import java.util.function.Function;

@Configuration
public class FunctionConfig {

    @Bean
    public FunctionCallback weatherFunction() {
        return FunctionCallbackWrapper.builder(new WeatherFunction())
                .withName("getWeather")
                .withDescription("查询指定城市指定日期的天气信息")
                .withInputType(WeatherRequest.class)
                .build();
    }

    public static class WeatherFunction implements Function<WeatherRequest, WeatherResponse> {
        @Override
        public WeatherResponse apply(WeatherRequest request) {
            // 这里模拟调用天气API
            WeatherResponse response = new WeatherResponse();
            response.setCity(request.getCity());
            response.setDate(request.getDate());
            response.setWeather("晴");
            response.setTemperature(25);
            response.setHumidity(60);
            response.setWind("东北风 3级");
            return response;
        }
    }
}

步骤 3：使用函数调用

import org.springframework.ai.chat.client.ChatClient;
import org.springframework.ai.chat.model.ChatModel;
import org.springframework.web.bind.annotation.GetMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RequestParam;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;

@RestController
@RequestMapping("/api/weather")
public class WeatherController {

    private final ChatClient chatClient;

    public WeatherController(ChatModel chatModel) {
        this.chatClient = ChatClient.create(chatModel);
    }

    @GetMapping("/query")
    public String queryWeather(@RequestParam String question) {
        return chatClient.prompt()
                .user(question)
                .functions("getWeather")
                .call()
                .content();
    }
}

测试：访问 http://localhost:8080/api/weather/query?question=明天北京的天气怎么样

7. 最佳实践与常见问题

7.1 最佳实践

1. 结构化输出最佳实践：

   • 使用简单清晰的数据模型，避免过深的嵌套
   • 为字段添加明确的注释，帮助模型理解字段含义
   • 使用较低的 temperature 值（0.1-0.3）提高输出稳定性
   • 总是添加异常处理，应对模型输出不符合格式的情况

2. 流式输出最佳实践：

   • 使用 MediaType.TEXT_EVENT_STREAM_VALUE 作为响应类型
   • 在前端使用 EventSource 处理 SSE 响应
   • 添加超时处理和重连机制
   • 对于长文本生成，考虑分段处理

3. 函数调用最佳实践：

   • 函数名称和描述要清晰准确
   • 函数参数要尽可能简单
   • 限制函数调用的次数，避免无限循环
   • 对函数返回结果进行验证和清洗

7.2 常见问题与解决方案

问题 1：结构化输出偶尔不符合 JSON 格式

解决方案：

• 降低 temperature 值
• 在提示词中强调格式要求
• 使用更简单的数据模型
• 添加容错解析逻辑，例如使用 JsonParser.Feature.ALLOW_UNQUOTED_FIELD_NAMES

问题 2：流式输出在某些浏览器中不工作

解决方案：

• 确保服务器没有启用压缩
• 添加 Cache-Control: no-cache 响应头
• 在前端使用 polyfill 支持旧浏览器

问题 3：函数调用总是不被触发

解决方案：

• 检查函数名称和描述是否清晰
• 确保函数参数类型正确
• 在提示词中明确说明可以使用哪些函数
• 尝试使用更明确的问题

8. 总结

Spring AI Alibaba 提供了全面而强大的格式化输出能力，极大地简化了 AI 应用的开发过程。通过本文档介绍的结构化输出、流式输出、Markdown 输出和函数调用技术，开发者可以快速构建出高质量、用户体验良好的 AI 应用。