端侧RAG实战指南

alexhilton2026-03-06 23:33

本文译自「On-Device RAG for App Developers: Embeddings, Vector Search, and Beyond」，原文链接medium.com/google-deve...，由Sasha Denisov发布于2026年2月21日。

我们已经探讨了离线 AI 代理的重要性 和如何通过函数调用赋予它们工具。现在，让我们通过赋予它们记忆------即使用 RAG（检索增强生成）搜索和检索你的私有数据------来完善整个图景。

当我开始构建 Flutter Gemma 时，开发者们提出的第一个问题是："如何让 AI 了解我的数据？" 不是维基百科，也不是通用知识------而是他们应用的数据。用户、联系人、文档。这正是 RAG 填补的空白。想象一下，你正在构建一个带有 AI 助手的个人 CRM 应用。你的用户问："我应该跟进上周会议中的哪些人？" 挑战在于：AI 需要访问你的数据------你的联系人、你的对话记录、你的业务背景------而不是它训练时获得的通用知识。

问题：大型语言模型不了解你的数据

大型语言模型基于海量的公共数据（维基百科、书籍、网站）进行训练。它们在通用推理方面表现出色。但他们对你的联系人、会议记录，甚至昨天与客户的对话都一无所知。

如果你问一个普通的LLM（客户关系管理）"我应该跟进上周联系的哪些人？"，你得到的要么是"我没有权限访问你的联系人"------虽然诚实但毫无用处------要么是一个自以为是、信誓旦旦地给出错误姓名和细节的答案。

有几种方法可以让LLM访问你的数据。我们来逐一看看。

方法A：把所有信息都塞进提示框

最直接的解决方法------把所有数据都塞进上下文。提示："以下是我所有的联系人：- Sarah Chen，谷歌，企业级负责人......，- Mike Ross，Meta，潜在客户......，- ...（还有498个联系人）我应该跟进谁？"

问题：

  • 上下文限制：设备端模型通常支持8K-32K个令牌。如果你有很多数据，根本装不下。

  • 速度慢且成本高：上下文中的每个令牌都会增加计算时间和内存占用。上下文越长，响应速度越慢，电池消耗也越快。

  • 容易被淹没在噪声中：查询某个联系人时，为什么要处理其他 499 个联系人的信息？更糟糕的是，LLM 往往会忽略隐藏在冗长上下文中的细节------你需要的那个联系人很可能被遗漏。

方法 B：微调模型

使用你的数据训练模型，使其"了解"这些数据。但是：

  • 容易过时：你的 CRM 数据每天都在变化。每天都要重新训练吗？

  • 成本高：微调需要消耗计算资源和时间。

  • 无法扩展：每个用户的数据都不同。理论上，你可以使用 LoRa 为每个用户进行微调，但这既复杂又难以维护。

对于静态知识，微调效果很好------我在使用 LoRa 进行 Gemma 设备端推理微调中详细介绍了这一点。但对于频繁变化的数据，微调就不是最佳方案了。

方法 C：RAG --- 先检索后生成 （优胜方案）

与其将所有信息都提供给 LLM，不如针对每个查询仅检索相关信息：

  • 查询联系人 → 仅检索该联系人的信息 → 发送给 LLM

  • 查询公司 → 仅检索该公司的联系人 → 发送给 LLM

  • 查询后续跟进 → 检索需要跟进的联系人 → 发送给 LLM

其优势：

  • 始终保持最新：数据在查询时检索，而非预先嵌入模型。

  • 可扩展至任何用户：相同的模型，不同的数据------每个设备都有自己的本地存储。

  • 聚焦上下文：LLM 只看到它需要的信息------没有干扰，没有"中间丢失"的信息。

这就是 RAG（检索增强生成）------它就是解决方案。

最棒的是什么？ RAG 可以完全在设备端运行------检索和生成都在本地完成，无需云端。

但"检索相关信息"究竟意味着什么？我们如何在成千上万条记录中找到正确的数据？让我们深入了解一下其机制。

RAG 基础知识

RAG 指的是先检索相关数据，然后生成响应。但我们究竟该如何找到"相关"数据呢？

查找正确的记录

为了回答用户的问题，我们需要在数据库中找到正确的记录。检索技术有很多种，例如关键词搜索、混合搜索、基于图的检索等等。本文将重点介绍一种目前可以使用 Flutter Gemma 轻松实现的技术：语义搜索（也称为向量搜索）。

什么是语义搜索？

传统的关键词搜索存在缺陷。例如，搜索"大公司"时，你找不到"企业客户"------即使它们的意思相同。语义搜索通过理解文本含义而非仅仅匹配单词来解决这个问题。其核心思想是：将文本转换为能够捕捉其含义的数字（向量）。含义相似 → 向量相似。这样，查找相关记录就变成了一个数学问题------找到与查询最接近的向量。

嵌入：将文本转换为向量

为了实现语义搜索，我们需要将数据转换为向量。这就是嵌入模型的作用所在。嵌入模型接收文本并输出一个向量------通常包含 768 个或更多数字，用于表示文本的含义：

bash 复制代码 
"enterprise sales lead"  →  [0.12, -0.45, 0.78, 0.23, ...]  (768 numbers)  
"big company executive"  →  [0.11, -0.44, 0.77, 0.25, ...]  (similar!)  
"banana smoothie recipe" →  [0.89, 0.12, -0.34, 0.56, ...]  (very different)

2025 年 9 月，谷歌发布了EmbeddingGemma------一个基于 Gemma 3 的 3.08 亿参数嵌入模型，专为设备端使用而设计。你可以在 HuggingFace 上找到该模型。我一看到公告就知道 Flutter Gemma 需要嵌入支持------这意味着要为三个平台实现嵌入生成（当时桌面平台还不支持）。

在 Android 平台上，Google 提供了一个官方的 AI Edge LocalAgents RAG SDK，因此集成非常简单。iOS 和 Web 平台的情况则不同------没有官方 SDK，所以我从头开始构建了整个流程：iOS 使用 TensorFlow Lite 解释器，Web 使用 LiteRT.js，两者都使用 SentencePiece 分词器，手动处理张量，并进行精细的内存管理。桌面版支持即将推出（希望如此）

趁着这个机会，我觉得只支持 EmbeddingGemma 还不够------所以我又添加了 Gecko，这是谷歌于 2024 年 3 月发布的一款较早的嵌入模型。Gecko 利用大型 LLM 的知识蒸馏技术，仅用 1.1 亿个参数就能实现强大的检索性能。它的速度是 EmbeddingGemma 的 2.6 倍，但准确率略低------这在资源受限的设备上需要实时搜索，并且可以牺牲一些质量来换取速度时非常有用。

以下是如何使用 Flutter Gemma 生成嵌入代码：

Dart 复制代码 
final embedder = await FlutterGemma.getActiveEmbedder();  
final vector = await embedder.generateEmbedding("enterprise sales lead");  
// vector: [0.12, -0.45, 0.78, ...] --- ready for search

存储向量：向量数据库

有了向量之后，你需要一个地方来存储它们并进行高效搜索。这就是向量数据库的作用。

像 Pinecone、Chroma 或 Qdrant 这样的云解决方案很受欢迎，但它们需要网络调用，这与设备端 AI 的初衷背道而驰。对于嵌入式应用，ObjectBox 是一个不错的选择------它是一个内置 HNSW 向量搜索的设备端数据库，专为移动设备和物联网设计。ObjectBox 拥有 Flutter SDK，因此你可以轻松地将其与 Flutter Gemma 结合使用进行嵌入式开发。但如果你不想在应用中添加额外的数据库依赖项，Flutter Gemma 提供了一种更简单的开箱即用方案：带有 HNSW 索引的纯 SQLite。无需额外依赖------SQLite 已集成到 Flutter 支持的每个平台上。

底层实现虽然跨平台保持一致，但使用了平台特定的 API：

  • Android 使用 SQLiteOpenHelper，嵌入数据以二进制 BLOB (float32) 格式存储。每个 768 维向量仅占用 3KB 空间------紧凑且读取速度快。

  • iOS 直接使用 SQLite3 C API，存储格式与 Android 相同。向量编码为小端 float32 数组，与 Android 相同，因此数据库文件与二进制文件兼容。

  • Web 的实现比较复杂------浏览器本身没有原生 SQLite。我使用了 wa-sqlite，它是 SQLite 的 WebAssembly 移植版本，并使用 OPFS (Origin Private File System) 进行持久化存储。需要注意的是：OPFS 需要 Web Worker，因此所有数据库操作都在专用的工作线程中运行，并通过消息传递将数据传递给主线程。

这三个平台都使用相同的模式、相同的 BLOB 编码和相同的余弦相似度计算方法------因此无论应用程序运行在何处，搜索结果都保持一致。

搜索工作原理

当用户提出问题时，我们会使用相同的嵌入模型将其转换为向量，然后在数据库中找到最接近的向量。

"最接近"是通过余弦相似度来衡量的------它计算高维空间中两个向量之间的角度。得分范围从 -1 到 1：1 表示向量指向同一方向（含义相同），0 表示它们垂直（不相关），-1 表示方向相反。实际上，任何高于 0.3-0.4 的值通常都具有相关性------具体的阈值取决于你的数据和用例。

最简单的方法是暴力搜索：将你的查询与数据库中的每个文档进行比较，计算每个文档的余弦相似度，然后返回匹配度最高的文档。这种方法对于小型数据集（数百甚至数千条记录）来说效果很好。但是，对于 10 万个联系人，每次搜索都需要进行 10 万次相似度计算。这速度太慢了。

HNSW（分层可导航小世界） 通过巧妙的多层图结构解决了这个问题。可以把它想象成地铁线路图：快线连接主要枢纽（顶层），而慢线连接每个站点（底层）。搜索从顶层开始，先进行大范围的跳跃以接近目标，然后再向下移动到局部层以提高精度。

结果是：搜索复杂度从 O(n) 降低到 O(log n)。对于 10 万个联系人，只需要进行约 17 次比较，而不是 10 万次。Flutter Gemma 的 HNSW 实现采用了一种"过度获取并重新排序"的策略------HNSW 返回 2 倍的候选结果（快速、近似），然后使用精确的余弦相似度筛选出前 K 个结果。近似搜索速度快，精确搜索准确。

API 保持不变------Flutter Gemma 会在底层处理优化：

Dart 复制代码 
final results = await FlutterGemmaPlugin.instance.searchSimilar(  
  query: "enterprise contacts",  
  topK: 5,  
  threshold: 0.3,  
);  
// results: records semantically similar to "enterprise contacts"

分块：数据准备

在建立索引之前，你需要决定如何将数据拆分成可搜索的单元------这称为分块。对于 CRM 系统，自然的分块方式是：一个联系人对应一个文档。但对于较长的内容，例如会议记录或电子邮件，你需要一种策略：固定大小的分割（简单但可能会截断句子中间部分）、语义分割（尊重语义边界）或文档结构（段落、章节）。最佳实践是在分块之间保持 10-20% 的重叠，以防止在边界处丢失上下文。

使用 Flutter Gemma 实现 RAG

现在我们已经了解了理论，接下来让我们看看如何在实践中应用它。Flutter Gemma 示例应用 包含一个完整的 RAG 实现------你可以查看它以获取完整代码。

主要有两种工作流程：数据导入 （将数据导入矢量存储）和检索（在查询时进行搜索）。

数据导入

在进行任何搜索之前，所有数据都需要矢量化并存储。此过程在应用程序首次加载时执行一次，之后会随着数据的变化而增量更新。

初始索引 --- 首次启动时，处理所有现有记录：

Dart 复制代码 
Future<void> indexAllContacts(List<Contact> contacts) async {  
  final embedder = await FlutterGemma.getActiveEmbedder();  
    
  for (final contact in contacts) {  
    final embedding = await embedder.generateEmbedding(  
      contact.toSearchableText(),  
    );  
      
    await FlutterGemmaPlugin.instance.addDocumentWithEmbedding(  
      id: contact.id,  
      content: contact.toSearchableText(),  
      embedding: embedding,  
      metadata: jsonEncode(contact.toJson()),  
    );  
  }  
}

保持数据同步 --- 当记录发生更改时，矢量存储必须随之更新。为你的数据源设置监听器：

Dart 复制代码 
// Listen for changes and update vector store  
contactsRepository.onContactChanged.listen((contact) async {  
  final embedder = await FlutterGemma.getActiveEmbedder();  
  final embedding = await embedder.generateEmbedding(  
    contact.toSearchableText(),  
  );  
    
  // addDocumentWithEmbedding uses INSERT OR REPLACE ---   
  // same ID overwrites the old record  
  await FlutterGemmaPlugin.instance.addDocumentWithEmbedding(  
    id: contact.id,  
    content: contact.toSearchableText(),  
    embedding: embedding,  
  );  
});

关键在于：你的向量存储是主数据的派生缓存。如果它不同步，搜索结果就会过时或出错。

检索

当用户提出问题时，将其转换为向量并查找相似文档：

Dart 复制代码 
Future<String> answerQuestion(String userQuery) async {  
  // 1. Search for relevant context  
  final results = await FlutterGemmaPlugin.instance.searchSimilar(  
    query: userQuery,  
    topK: 5,  
    threshold: 0.3,  
  );  
    
  // 2. Build context from results  
  final context = results  
    .map((r) => r.content)  
    .join('\n\n');  
    
  // 3. Pass to LLM with context  
  final prompt = '''  
Based on the following information:  
$context  
  
Answer the user\'s question: $userQuery  
''';  
    
  final chat = await model.createChat();  
  await chat.addQuery(Message(text: prompt, isUser: true));  
  final response = await chat.generateChatResponse();  
  return (response as TextResponse).token;  
}

LLM 现在可以访问数据库中的相关数据，而无需将所有内容都塞进提示框中。

从搜索到理解

语义搜索打开了关键词匹配永远无法实现的大门。"查找我的企业联系人"会检索到标记为"财富 500 强"的记录、提及"大交易"的笔记以及"Alphabet"的联系人------即使这些记录中没有包含"企业"一词。嵌入模型理解的是含义，而不仅仅是文本。

但是，如果你尝试搜索"我昨天和谁谈过？"，这种神奇的功能就会失效。

"昨天"一词会生成一个表示"昨天"概念的嵌入向量，类似于"最近"、"过去"、"之前"。你的联系人记录包含日期："2026-01-19"、"1月19日"。这些日期在语义上并不相似------不存在一个向量空间，使得"昨天"和"2026-01-19"指向同一方向。

而且，日期并非唯一的问题：

这些查询需要的是推理------字段过滤、排序、连接------而不是相似性匹配。我们需要语言学习模型（LLM）理解意图并将自然语言翻译成结构化查询。

基于 LLM 的增强型 RAG（基于函数调用）

我们发现，当查询需要推理时（例如日期解析、字段过滤和排序），语义搜索会失效。解决方案是什么？让 LLM 处理推理，然后调用函数来执行结构化查询。

这就是 Agentic RAG------2025-2026 年的主流模式，其中 LLM 动态地决定如何以及何时检索信息。

我们不会将用户的查询直接传递给向量搜索，而是先让 LLM 解析它。为了使这种智能体行为在设备上生效，你需要一个能够理解函数调用（而不仅仅是聊天）的模型。谷歌专门为此发布了 FunctionGemma：一个拥有 2.7 亿个参数的模型，经过优化，可以解析用户意图并使用正确的参数调用函数。我在使用 FunctionGemma 进行设备端函数调用中详细介绍了如何使用它。

LLM 负责推理（日期运算、意图提取），而函数负责数据检索。

混合搜索：RAG 与过滤器的结合

FunctionGemma 从用户查询中提取参数后，你的函数可以将语义搜索与结构化过滤相结合：

Dart 复制代码 
Future<List<Contact>> searchContacts(Map<String, dynamic> params) async {  
  List<Contact> contacts;  
    
  // If semantic query provided, start with RAG  
  if (params['semantic_query'] != null) {  
    final results = await FlutterGemmaPlugin.instance.searchSimilar(  
      query: params['semantic_query'],  
      topK: 50,  
      threshold: 0.25,  
    );  
    contacts = results.map((r) => Contact.fromJson(jsonDecode(r.metadata!))).toList();  
  } else {  
    contacts = await contactsRepository.getAll();  
  }  
    
  // Apply structured filters extracted by LLM  
  if (params['company'] != null) {  
    contacts = contacts.where((c) =>   
      c.company.toLowerCase().contains(params['company'].toLowerCase())  
    ).toList();  
  }  
    
  if (params['last_contact_before'] != null) {  
    final before = DateTime.parse(params['last_contact_before']);  
    contacts = contacts.where((c) => c.lastContact.isBefore(before)).toList();  
  }  
    
  return contacts.take(params['limit'] ?? 10).toList();  
}

关键在于：RAG 处理语义部分（"对企业定价感兴趣"），而结构化过滤器处理逻辑部分（日期、状态、公司）。 FunctionGemma 会根据查询决定使用哪些参数。

现在一切正常

Dart 复制代码 
// ✅ Temporal queries  
await query("Who did I talk to yesterday?");  
// LLM extracts: last_contact_after="2026-01-18", last_contact_before="2026-01-19"  
  
// ✅ Structured filters    
await query("Leads assigned to me without email");  
// LLM extracts: status="lead", owner="current_user", has_email=false  
  
// ✅ Combined semantic + structured  
await query("Google contacts interested in enterprise pricing");  
// LLM extracts: company="Google", semantic_query="interested in enterprise pricing"  
  
// ✅ Complex reasoning  
await query("Prospects I should follow up with from Q4 last year");  
// LLM calculates Q4 2025 dates, adds semantic_query="follow up needed"

LLM 发挥其优势（理解语言、推断日期），而结构化查询则发挥其优势（过滤、排序、连接）。

结论

RAG 弥合了通用 LLM 和你的私有数据之间的鸿沟。借助 Flutter Gemma，整个流程（嵌入、向量搜索和生成）都在设备端运行，无需云端。

首先，对于语义至关重要的查询，请使用语义搜索。当遇到日期、过滤器、排序等限制时，可以使用 FunctionGemma 添加函数调用，让 LLM 协调结构化检索。

Flutter Gemma 示例应用 包含完整的 RAG 实现。克隆它，用你的数据进行测试，看看当人工智能完全在用户口袋里运行时，会发生什么。

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