LangGraph实战指南：从基础到落地，构建生产级AI智能体

作者：CSDN博客
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当AI技术从单一能力输出迈向复杂任务处理时，具备流程调度能力的智能体（AI Agent）成为开发核心。在众多构建工具中，LangGraph凭借其透明化、高可控的特性脱颖而出，成为衔接大语言模型（LLM）与实际业务场景的关键框架。无论是自动化客户服务、智能内容生成，还是精准的数据分析助手，LangGraph都能为开发者提供底层支撑。但对于刚接触AI Agent的开发者来说，技术概念的繁杂往往让人无从下手。本文将以实战为导向，带你吃透LangGraph的核心逻辑，快速实现从理论到代码的落地。
1、LangGraph是什么

LangGraph是一款专注于构建各类工作流程（Workflow）与智能体（Agent）的基础设施框架。和众多力求简化操作的无代码（No-code）或低代码（Low-code）开发框架不同，LangGraph走的是一条更注重透明性与可控性的道路——它不会对提示词或架构进行过多的抽象封装，而是直接为开发者提供三大核心优势：
控制（Control）：能轻松定义或组合各种工作流程与智能体，每个环节都尽在掌控。
持久化（Persistence）：框架可对图状态进行持久化存储，这让开发记忆功能和人类干预功能成为可能。
测试、调试、部署（Testing, Debugging, Deployment）：具备完善的测试、调试和部署支持，让开发过程更顺畅。
这样的设计理念意味着，使用LangGraph时，你不会被框架的“黑盒”所限制，而是能清晰了解每一步的执行逻辑，并根据需求进行精准调整。
2、控制能力：搭建你的首个图（Graph）

2.1、核心概念解析

在LangGraph里，LLM应用被定义为一种图结构，该图包含三个基本要素：

图状态（Graph State）：图状态是所有基于LangGraph的LLM应用的核心，任务执行过程中所需的全部信息都会存储在图状态中。节点（Nodes）：节点是更新状态的执行单元，需要明确在哪些节点更新状态信息。边（Edges）：边是节点流转的路径，描述了节点之间的连接关系。

简单来讲，图状态是LangGraph的核心，节点是更新状态的执行单元，而边则是节点流转的路径。
2.2、定义状态模式（State schema）

在LangGraph中，用StateGraph类来表示一个图。在初始化StateGraph之前，需要先定义一个状态模式，它可以是Python中任何带有getattr()方法的对象，例如字典、类或者Pydantic对象。不同的选择各有特点：

TypedDict：速度快，但不支持默认值。dataclass：速度也很快，支持state.foo的访问方式，且支持默认值。Pydantic：速度较慢，但支持数据验证。

让我们从一个简单的例子开始。首先，我们使用TypedDict来定义一个StateGraph对象：

1. import sys
2. sys.path.append("..")
3. from typing import TypedDict
4. from langgraph.graph import StateGraph, START, END
6. from src.agents_intro import model_with_tools, write_email # 导入之前的代码
7. from src.utils import show_graph
9. class StateSchema(TypedDict):request: str
10.     email: str
12. workflow = StateGraph(StateSchema)

复制代码

这里我们定义了一个包含request和email两个字段的 State schema，然后用它初始化了一个StateGraph对象，名称为 workflow。
2.3、添加节点（Nodes）和边（Edges）

实际应用的图中，会有很多边和节点，边是不需要定义的，但是节点需要提前定义好。节点的作用是更新 graph state，更新的方式需要关注一下，默认情况下，如果节点中更新了某个key的值，会直接覆盖旧的值，返回值中没有涉及的字段不会被更新。

1. def write_email_node(state: StateSchema) -> StateSchema:
2.     # 处理请求的具体代码
3.     output = model_with_tools.invoke(state['request'])
4.     args = output.tool_calls[0]['args']
5.     email = write_email.invoke(args)
6.     return{'email': email}  # 只更新email字段，request字段保持不变

复制代码

在这个函数中，email字段被覆盖更新，而request字段并未更新，因此保持不变。

LangGraph也支持自定义更新的逻辑。

定义好节点后，我们需要将节点和边添加到图中：

1. workflow = StateGraph(StateSchema)
2. workflow.add_node("write_email_node", write_email_node)
3. workflow.add_edge(START,"write_email_node")
4. workflow.add_edge("write_email_node", END)
6. app = workflow.compile()

复制代码

上述代码需要注意几个要点：

START和END是LangGraph默认的开始和结束节点边不需要单独定义，只需要指定连接关系图需要compile之后才能运行

2.4、执行简单流程

现在我们可以执行这个简单的工作流程：

1. result = app.invoke({"request":"写一封邮件给张三，主题是关于项目进展，内容是：我们正在按照计划推进项目，预计下周完成。"})

复制代码

执行后，图状态被更新，request字段保持不变，email字段更新为write_email的输出。这个流程是一个非常简单的直线流转：Start -> write_email_node -> End。
2.5、构建条件分支流程

在实际应用中，我们经常需要根据不同条件执行不同的逻辑。LangGraph支持条件边，让节点间的流转可以按条件执行。
首先，我们定义两个新的节点：

call_llm 用于根据用户的请求调用LLMrun_tool 用于执行LLM输出的工具调用

1. from langgraph.graph import MessagesState
3. defcall_llm(state: MessagesState) -> MessagesState:
4.     """运行LLM"""
5.     output = model_with_tools.invoke(state['messages'])
6.     return{"messages": [output]}defrun_tool(state: MessagesState) -> MessagesState:
7.     """执行工具调用"""
8.     result = []
9.     for tool_call in state["messages"][-1].tool_calls:
10.         observation = write_email.invoke(tool_call['args'])
11.         result.append({"role":"tool","content": observation,"tool_call_id": tool_call["id"]
12.         })
13.     return{"messages": result}

复制代码

这里有几个重要概念需要说明：

MessagesState是一个预定义的StateGraph子类，包含messages字段当节点更新messages字段时，会自动扩展（extend）初始数据，而不是覆盖run_tool中的observation很好地体现了工具的作用：与环境交互，并返回交互结果作为LLM对外部环境的观察

接下来，我们定义条件判断函数：

1. from typing importLiteral
3. defshould_continue(state: MessagesState) -> Literal["run_tool", "__end__"]:
4.     """判断是否需要转到工具处理器，或者结束"""
5.     messages = state["messages"]
6.     last_message = messages[-1]
7.    
8.     # 如果最后一条消息是工具调用
9.     if last_message.tool_calls:
10.         return"run_tool"
11.     # 否则，停止（回复用户）
12.     return END
14. NODE_NAME_MAPPER ={"run_tool":"run_tool",END: END
15. }

复制代码

这个函数判断是否需要使用工具，并将返回值映射到对应的节点名称。注意这里的END可以理解成和__end__是同一个内容。
最后，我们通过add_conditional_edges函数将条件判断加入到图中：

1. workflow = StateGraph(MessagesState)
2. workflow.add_node("call_llm", call_llm)
3. workflow.add_node("run_tool", run_tool)
4. workflow.add_edge(START,"call_llm")
5. workflow.add_conditional_edges("call_llm", should_continue, NODE_NAME_MAPPER)
6. workflow.add_edge("run_tool", END)
8. app = workflow.compile()

复制代码

这样，我们就构建了一个具有条件分支的智能体，它能够根据LLM的输出决定是否需要调用工具。结构如下图所示：

条件分支图
2.6、使用预构建的智能体

为了方便开发者快速构建智能体，LangGraph提供了一个抽象方法。使用这个方法你可以快速的构建agent，你只需要提供：

LLM作为大脑一组工具Prompt指令

1. from langgraph.prebuilt import create_react_agent
3. agent = create_react_agent(
4.     model=llm,
5.     tools=[write_email],
6.     prompt="使用提供的工具完成用户的请求",)

复制代码

上述代码创建了一个 ReAct agent，这个预构建的智能体本质上就是LLM借助工具与环境的循环交互，它会自动处理工具调用的逻辑。它的结构图如下：

预构建的智能体
3、持久化能力：赋予智能体记忆

LangGraph的持久化功能是其一大亮点，它可以持久化存储图状态，使开发记忆功能和人类干预功能成为可能。
3.1、理解持久化概念

在深入使用持久化功能之前，我们需要理解几个核心概念：
Thread（线程）：表示围绕一个特定主题展开的一系列相关讨论或消息的集合，即"主题线索"或"讨论串"。在LangGraph中，thread可以理解为一次任务执行过程中不同时间点的所有状态的集合。
Checkpoint（检查点）：表示在某个时间点thread的快照，里面存储着当前时间点的状态信息。
Super-step（超级步骤）：任务执行过程中，每个顺序执行的节点被称为一个super-step。
从概念上讲，快照（StateSnapshot）、Checkpoint、Super-step是同一时间点的不同层次的概念表达。正如官方文档所说：

Checkpoint is a snapshot of the graph state saved at each super-step and is represented by StateSnapshot object.

checkpointer
有了持久化能力后，任何时间任何步骤的状态信息都可以被存储下来，这为我们后续在智能体中实现中断、回溯、恢复等一系列功能提供了基础。
3.2、选择合适的存储方式

Checkpoint是LangGraph中针对持久化存储所设计的一个抽象类，它定义了如何将状态信息存储到不同的介质中。LangGraph提供了多种Checkpoint的实现：

InMemorySaver：将状态信息存储到内存中SqliteSaver：将状态信息存储到SQLite数据库中PostgresSaver：将状态信息存储到PostgreSQL数据库中

让我们使用InMemorySaver来演示如何使用持久化功能：

1. from langgraph.checkpoint.memory import InMemorySaver
3. agent = create_react_agent(
4.     model=llm,
5.     tools=[write_email],
6.     prompt="使用提供的工具完成用户的请求",
7.     checkpointer=InMemorySaver(),)

复制代码

对于自定义构建的智能体，你可以使用下面的方式来指定持久化存储的实现。

1. graph = workflow.compile(checkpointer=InMemorySaver())

复制代码

3.3、实现对话记忆

现在让我们看看持久化如何在实际应用中发挥作用。首先，我们需要为每个对话线程指定一个唯一的 thread_id，它完全是自定义的，一个新的 thread_id表示一个新的任务的开始：

1. config ={"configurable":{"thread_id":"1"}}# 指定当前thread的id
3. result = agent.invoke({"messages": [{"role":"user","content":"给出一些写邮件的建议",}]
4. }, config)

复制代码

通过get_state方法，我们可以通过thread_id获取最新的状态。最新的state中保留着所有的历史对话信息：

1. config = {"configurable": {"thread_id": "1"}}
2. state = agent.get_state(config)
4. for message in state.values["messages"]:
5.     message.pretty_print()

复制代码

当我们继续对话时，新的对话内容会被添加到最新的state中，实现了真正的对话记忆功能：

1. # 继续对话
2. result = agent.invoke({
3.     "messages": [{
4.         "role": "user",
5.         "content": "很好，请使用第3条建议，给我的同事写一封信，告诉他项目进度一切正常。",
6.     }]
7. }, config)

复制代码

智能体能够记住之前提到的"第3条建议"，并据此生成相应的邮件内容。这展示了持久化功能如何让智能体具备了上下文记忆能力。
3.4、查看历史状态

LangGraph还提供了查看历史状态的功能。通过get_state_history方法，你可以获取某个thread的所有历史状态：

1. history = agent.get_state_history(config)
2. for state in history:
3.     print(f"Step: {state.step}, Next: {state.next}")

复制代码

这个功能对于调试和理解智能体的执行过程非常有用，你可以清楚地看到每一步的状态变化。
4、总结

通过这篇文章，我们深入了解了LangGraph的两大核心能力：控制和持久化。
在控制能力方面，LangGraph为我们提供了一个清晰而灵活的图构建方式。通过State、Nodes和Edges的组合，我们可以构建从简单的线性流程到复杂的条件分支流程。无论是自定义构建还是使用预构建的智能体，LangGraph都给了开发者足够的控制权，让你能够精确地定义智能体的行为逻辑。
在持久化能力方面，LangGraph通过Thread、Checkpoint和Super-step的概念，为智能体提供了强大的状态管理和记忆功能。这不仅让智能体能够记住历史对话，还为实现更复杂的功能（如中断恢复、人类干预等）奠定了基础。
LangGraph的设计哲学是透明和可控，它不会将复杂性隐藏在抽象层后面，而是让开发者能够清楚地了解每一个环节的工作原理。这种设计让LangGraph成为了构建生产级智能体应用的理想选择。
当你开始使用LangGraph时，建议从简单的线性流程开始，逐步掌握State、Nodes和Edges的使用方法，然后再探索条件分支和持久化功能。随着对框架理解的深入，你会发现LangGraph为构建复杂智能体系统提供了无限的可能性。
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