LangGraph:构建具有状态的多智能体工作流框架
1. 概述
LangGraph 是一个用于构建具有状态、多参与者应用程序的大语言模型(LLM)的库,专门用于创建智能体(Agent)和多智能体的工作流程。与传统的基于链式调用或无状态调用的 LLM 框架相比,LangGraph 提供了更强大的控制能力,使其能够处理复杂的业务逻辑。
LangGraph 是一个用于构建具有状态、多参与者应用程序的大语言模型库。它支持循环流程、细粒度控制及内置持久性,适用于创建可靠的智能体和多智能体工作流。本文介绍了 LangGraph 的核心特性、安装方法、状态图基础概念,并通过搜索工具示例演示了如何实现带记忆的智能体交互,同时涵盖了人类在环、流式支持等高级功能的使用场景。

LangGraph 是一个用于构建具有状态、多参与者应用程序的大语言模型(LLM)的库,专门用于创建智能体(Agent)和多智能体的工作流程。与传统的基于链式调用或无状态调用的 LLM 框架相比,LangGraph 提供了更强大的控制能力,使其能够处理复杂的业务逻辑。
与其他 LLM 框架相比,它提供以下核心优势:
LangGraph 的灵感来源于 Pregel 和 Apache Beam。其公共接口借鉴了 NetworkX 的设计。LangGraph 由 LangChain Inc. 创建,该公司也是 LangChain 的开发者,但它可以独立于 LangChain 使用。
在使用 LangGraph 之前,需要安装相应的依赖包。推荐使用 Python 3.9 及以上版本。
pip install -U langgraph
如果需要使用特定的大模型提供商(如 Anthropic),还需安装对应的适配器:
pip install langchain-anthropic
export ANTHROPIC_API_KEY=sk-...
可选地,为了获得最佳的可观测性和调试体验,可以设置 LangSmith:
export LANGSMITH_TRACING=true
export LANGSMITH_API_KEY=lsv2_sk_...
LangGraph 的核心概念之一是状态(State)。每次图执行都会创建一个状态对象,该状态在图中各节点执行时在它们之间传递。每个节点在执行后会用其返回值更新该内部状态。图更新其内部状态的方式由所选择的图类型或自定义函数定义。
StateGraph 是构建应用的主要类。它允许你定义节点(Nodes)和边(Edges)。
为了实现持久化,LangGraph 使用检查点器。常见的实现包括 MemorySaver(内存存储,适合开发测试)和生产环境使用的数据库后端。检查点器负责在每次状态变更时保存快照,从而支持中断恢复。
下面是一个使用 LangGraph 构建简单智能体的完整示例。该智能体具备调用外部搜索工具的能力,并能根据搜索结果回答问题。
首先,定义工具函数和状态结构。
from typing import Annotated, Literal, TypedDict
from langchain_core.messages import HumanMessage
from langchain_anthropic import ChatAnthropic
from langchain_core.tools import tool
from langgraph.checkpoint.memory import MemorySaver
from langgraph.graph import END, StateGraph, MessagesState
from langgraph.prebuilt import ToolNode
# 为智能体定义工具
@tool
def search(query: str):
"""调用以浏览网络。"""
# 这是一个占位符,模拟搜索行为
if "sf" in query.lower() or "san francisco" in query.lower():
return "现在是 60 度,有雾。"
return "现在是 90 度,晴天。"
tools = [search]
tool_node = ToolNode(tools)
# 初始化模型
model = ChatAnthropic(model="claude-3-5-sonnet-20240620", temperature=0).bind_tools(tools)
# 定义决定是否继续的函数
def should_continue(state: MessagesState) -> Literal["tools", END]:
messages = state['messages']
last_message = messages[-1]
# 如果 LLM 进行工具调用,那么我们将路径设置为 "tools" 节点
if last_message.tool_calls:
return "tools"
# 否则,我们停止(回复用户)
return END
# 定义调用模型的函数
def call_model(state: MessagesState):
messages = state['messages']
response = model.invoke(messages)
# 我们返回一个列表,因为这将被添加到现有列表中
return {"messages": [response]}
# 定义一个新图
workflow = StateGraph(MessagesState)
# 定义我们将循环的两个节点
workflow.add_node("agent", call_model)
workflow.add_node("tools", tool_node)
# 将入口点设置为 `agent`
# 这意味着这个节点是首先被调用的
workflow.set_entry_point("agent")
# 我们现在添加一个条件边
workflow.add_conditional_edges(
# 首先,我们定义起始节点。我们使用 `agent`。
# 这意味着这些边是在调用 `agent` 节点后执行的。
"agent",
# 接下来,我们传入决定下一个被调用节点的函数。
should_continue,
)
# 我们现在从 `tools` 到 `agent` 添加一条普通边。
# 这意味着在 `tools` 被调用后,`agent` 节点会接着被调用。
workflow.add_edge("tools", 'agent')
# 初始化内存以在图运行之间保存状态
checkpointer = MemorySaver()
# 最后,我们编译它!
# 这将其编译为一个 LangChain 可运行体,
# 这意味着你可以像使用其他可运行体一样使用它。
# 请注意,我们在编译图时(可选地)传递了内存
app = workflow.compile(checkpointer=checkpointer)
使用可运行体发起请求。注意 thread_id 的使用,它用于区分不同的对话会话。
final_state = app.invoke(
{"messages": [HumanMessage(content="sf 的天气如何")]},
config={"configurable": {"thread_id": 42}}
)
print(final_state["messages"][-1].content)
输出结果将显示智能体根据模拟搜索结果生成的回答。
现在当我们传递相同的 thread_id 时,会通过保存的状态(即存储的消息列表)保留对话上下文。
final_state = app.invoke(
{"messages": [HumanMessage(content="那纽约呢")]},
config={"configurable": {"thread_id": 42}}
)
print(final_state["messages"][-1].content)
由于使用了 MemorySaver,智能体记得之前的对话历史,能够理解'那纽约呢'是对比旧金山天气的后续提问。
在生产环境中,直接让 AI 执行操作可能存在风险。LangGraph 允许在特定节点插入人工审批步骤。通过配置 interrupt_before 或 interrupt_after,可以在执行前暂停流程,等待用户确认后再继续。这对于金融交易、代码部署等敏感场景尤为重要。
LangGraph 支持在节点生成过程中实时流式传输数据。这不仅适用于文本生成,也适用于中间状态的更新。结合前端技术,可以实现打字机效果,显著提升交互体验。
对于复杂的应用,可以将一部分逻辑封装成独立的子图(Subgraph)。主图通过调用子图来复用逻辑,这使得系统架构更加清晰,易于维护和扩展。
LangGraph 为大模型应用开发提供了强大的图状编排能力。通过引入状态管理、循环控制和持久化机制,它解决了传统 LLM 应用难以维护长上下文和复杂逻辑的问题。无论是构建简单的问答机器人,还是复杂的多智能体协作系统,LangGraph 都是一个值得深入研究的工具。开发者应充分利用其提供的检查点器和条件边功能,构建安全、可靠且可扩展的智能体应用。
在实际项目中,建议结合 LangSmith 进行监控和调试,以便及时发现并解决潜在问题。随着技术的演进,LangGraph 有望成为构建下一代 AI 应用的基础设施之一。

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