本文基于京东内部向量数据库vearch进行实践。Vearch 是对大规模深度学习向量进行高性能相似搜索的弹性分布式系统。详见： https://Github.com/vearch/zh_docs/blob/v3.3.X/docs/source/overview.rst
探索
初次认识向量数据库，一脸懵逼？
向量是什么？如何将文本转换为向量？如何确定维度？如何定义表结构？如何选择索引方式，建表参数如何配置？检索参数如何配置？分片数副本数如何选择等等
随着对文档的逐渐熟悉以及和vearch相关同事的沟通，以上问题迎刃而解，具体的不再赘述。主要记住以下几点：
1、 文本转向量：采用大模型网关接口 domAIn/embeddings 传入对应的模型如：text-embedding-ada-002-2和待转换的文本即可；
2、 向量维度：这个和向量转换所采用的模型有关，细节不用关注；
3、 建表参数的选择以及表结构：主要在于retrieval_type 检索模型的选择，具体的可以参考文档。经过综合考虑，决定采用 HNSW：
字段标识 字段含义 类型 是否必填 备注 metric_type 计算方式 string 是 L2或者InnerProduct nlinks 节点邻居数量 int 是 默认32 efConstruction 构图时寻找节点邻居过程中在图中遍历的深度 int 是 默认40
"retrieval_type": "HNSW",
"retrieval_param": {
"metric_type": "InnerProduct",
"nlinks": 32,
"efConstruction": 40
}
注意: 1、向量存储只支持MemoryOnly
2、创建索引不需要训练，index_size 值大于0均可
具体的建表示例见后文。
4、 分片数和副本数结合实际数据量评估，如果无法评估，按照最少资源申请即可，后续可扩展。
实践
1、 建表（space）
为了简化操作，实行db（库）-space（表）一对一的方案，弱化库的概念。经过一系列探索之后定义出了通用的space结构：
{
"name": "demphah",
"partition_num": 3,
"replica_num": 3,
"engine": {
"name": "gamma",
"index_size": 1,
"id_type": "String",
"retrieval_type": "HNSW",
"retrieval_param": {
"metric_type": "InnerProduct",
"nlinks": 32,
"efConstruction": 100,
"efSearch": 64
}
},
"properties": {
"vectorVal": {
"type": "vector",
"dimension": 1536
},
"contentVal": {
"type": "string"
},
"chunkFlagId": {
"type": "string",
"index": true
},
"chunkIndexId": {
"type": "integer",
"index": true
}
}
}
字段说明：
engine、partition_num等都是固定的参数，properties中所列字段皆为通用字段，如果有扩展字段如：skuId，storeId追加即可
字段名含义类型说明vectorVal文本向量vector维度与选用模型有关contentVal源文本string
chunkFlagId文件唯一idstring文件的标识id，用于串联分块后的片段chunkIndexId文件分段位置integer从0开始，递增skuId ...
扩展字段见上
这里file的概念可以理解为一个单元，可能是一个文件，也可能是一个url，总之就是一个数据整体。
2、 分段写入
这里针对通用文件描述，比如提供一个pdf文件如何导入向量库：
a. 首先上传文件到oss，然后根据对应的fileKey获取到文件数据流
b. 再根据各种拆分场景（按行、字节数、正则拆分等）分成片段
c. 分段写入向量库：
/**
* 将字符串转换为向量并插入数据库
* <p>
* 目前所有的知识库管理端写入全走这个方法
* @param dbName 数据库名称
* @param spaceName 空间名称
* @param str 字符串
* @param flagId 标志ID
* @param chunkIndexId 块索引ID
* @param properties 属性
*/
private void embeddingsAndInsert(String dbName, String spaceName, String str, String flagId, Integer chunkIndexId, Map<String, Object> properties) {
// 先向数据库写入一条记录，记录当前文档的写入操作
int success = knbaseDocRecordService.writeDocRecord(spaceName, flagId, chunkIndexId.longValue(), 0, str);
if (success <= 0) {
log.error("writeDocRecord失败 {},{},{}", spaceName, flagId, chunkIndexId);
}
// 分块转向量并写入
List<Float> embeddings = GatewayUtil.baseEmbeddings(str);
if (CollectionUtils.isEmpty(embeddings)) {
return;
}
KnBaseVecDto knBaseVecDto = buildKnBaseVecDto(new FeaVector(embeddings),flagId,chunkIndexId,str);
Map<String, Object> newPros = JsonUtil.obj2Map(knBaseVecDto);
if (MapUtils.isNotEmpty(properties)) {
newPros.putAll(properties);
}
// {"_index":"kn_base_file_db","_type":"kn_base_file_space","_id":"-8182839813441244911","status":200}
String insert = VearchUtil.insert(dbName, spaceName, null, newPros);
if (StringUtils.isBlank(insert) || !insert.contains("_index")) {
log.error("写入失败的块：{},{}", chunkIndexId, insert);
}
}
3、 数据记录
上文写知识库的过程有个 knbaseDocRecordService.writeDocRecord 的逻辑，用于记录写入的片段。下文详细介绍其中用到的MySQL表：
1、 表1 space记录表
注：主要用于记录创建的space，以及查询管控，如禁用某个space等
CREATE TABLE `xxx_vearch_spaces` (
`id` bigint(20) unsigned NOT NULL AUTO_INCREMENT COMMENT '自增主键',
`type` tinyint(3) NOT NULL COMMENT '类型',
`status` tinyint(3) NOT NULL COMMENT '状态',
`space` varchar(127) NOT NULL COMMENT '空间标识',
`db` varchar(127) NOT NULL COMMENT '库标识',
`desc` varchar(127) NOT NULL COMMENT '空间描述',
`ext` varchar(4095) NOT NULL DEFAULT '' COMMENT '扩展字段',
`creator` varchar(127) NOT NULL DEFAULT '' COMMENT '创建人',
`created` timestamp NOT NULL COMMENT '创建时间',
`modifier` varchar(127) NOT NULL DEFAULT '' COMMENT '修改人',
`modified` timestamp NOT NULL DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP ON UPDATE CURRENT_TIMESTAMP COMMENT '修改时间',
`deleted` tinyint(3) NOT NULL DEFAULT '0' COMMENT '已删除(0:否;1:是)',
PRIMARY KEY (`id`) USING BTREE,
UNIQUE KEY `uniq_space_db` (`space`,`db`) USING BTREE
) ENGINE=InnoDB AUTO_INCREMENT=0 DEFAULT CHARSET=utf8mb4 COMMENT='xxx向量空间'
2、 表2 file记录表
注：主要用于记录space下的file，以及查询管控，如禁用某个file，以及关联查询对应的全部片段。
CREATE TABLE `xxx_spaces_knbase` (
`id` bigint(20) unsigned NOT NULL AUTO_INCREMENT COMMENT '自增主键',
`status` tinyint(3) NOT NULL COMMENT '状态',
`space` varchar(127) NOT NULL COMMENT '空间标识',
`file_name` varchar(255) NOT NULL COMMENT '文件名',
`file_desc` varchar(511) NOT NULL COMMENT '文件描述',
`byte_num` bigint(20) unsigned NOT NULL COMMENT '字符数',
`hit_count` int(10) unsigned NOT NULL COMMENT '命中次数',
`ext` varchar(4095) NOT NULL DEFAULT '' COMMENT '扩展字段',
`creator` varchar(127) NOT NULL DEFAULT '' COMMENT '创建人',
`created` timestamp NOT NULL COMMENT '创建时间',
`modifier` varchar(127) NOT NULL DEFAULT '' COMMENT '修改人',
`modified` timestamp NOT NULL DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP ON UPDATE CURRENT_TIMESTAMP COMMENT '修改时间',
`deleted` tinyint(3) NOT NULL DEFAULT '0' COMMENT '已删除(0:否;1:是)',
`file_flag_id` varchar(255) DEFAULT NULL COMMENT '文件唯一标识',
PRIMARY KEY (`id`) USING BTREE,
KEY `idx_space` (`space`) USING BTREE
) ENGINE=InnoDB AUTO_INCREMENT=0 DEFAULT CHARSET=utf8mb4 COMMENT='xxx空间知识库'
3、 表3 paragraph记录表
注：主要用于记录file拆分的片段，包括当前位置，查询命中数等。
CREATE TABLE `xxx_knbase_doc_record` (
`id` bigint(20) unsigned NOT NULL AUTO_INCREMENT COMMENT '自增主键',
`space` varchar(127) NOT NULL COMMENT '空间标识',
`file_flag_id` varchar(255) NOT NULL COMMENT '文件标识',
`d_index` bigint(20) unsigned NOT NULL COMMENT '文档位置',
`hit_count` int(10) unsigned NOT NULL COMMENT '命中次数',
`ext` varchar(4095) NOT NULL DEFAULT '' COMMENT '扩展字段',
`creator` varchar(127) NOT NULL DEFAULT '' COMMENT '创建人',
`created` timestamp NOT NULL COMMENT '创建时间',
`modifier` varchar(127) NOT NULL DEFAULT '' COMMENT '修改人',
`modified` timestamp NOT NULL DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP ON UPDATE CURRENT_TIMESTAMP COMMENT '修改时间',
`deleted` tinyint(3) NOT NULL DEFAULT '0' COMMENT '已删除(0:否;1:是)',
PRIMARY KEY (`id`) USING BTREE,
UNIQUE KEY `uniq_space_file_idx` (`space`,`file_flag_id`,`d_index`) USING BTREE
) ENGINE=InnoDB AUTO_INCREMENT=0 DEFAULT CHARSET=utf8mb4 COMMENT='xxx知识文档记录'
总结
向量数据库对于大模型应用落地来说至关重要，有些不可外露的内部数据可以存储在向量库中，用于内部检索。随着向量库中数据的丰富，大模型推理回答的能力也将更加精准。
上文的设计比如space中的chunkFlagId可以关联出原始的整个文件；chunkIndexId可以控制数据的查询范围，另一方面可以通过此字段实现分页（vearch目前不支持分页查询）以及全文导出。xxx_knbase_doc_record表中记录了片段的记录，可用于计算片段的chunkIndexId，一方面避免重复，另一方面保证属性的递增，可用于扩展很多能力。
目前向量数据库的检索只支持基本的向量检索和关键字检索，后续会逐步优化混合检索等方案以提高检索准确率等。
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