Model Context Protocol (MCP) 核心架构深度解析

最新推荐文章于 2025-06-19 14:33:47 发布

费好曦Lucia

最新推荐文章于 2025-06-19 14:33:47 发布

阅读量347

点赞数 5

CC 4.0 BY-SA版权

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/gitblog_01034/article/details/148577560

Model Context Protocol (MCP) 核心架构深度解析

specification The specification of the Model Context Protocol 项目地址: https://gitcode.com/gh_mirrors/specification2/specification

Model Context Protocol (MCP) 是一个专为大型语言模型(LLM)应用设计的通信协议，它构建了一个灵活、可扩展的架构，使LLM应用与各种集成能够无缝协作。本文将深入剖析MCP的核心架构设计理念、关键组件及其实现原理。

一、MCP架构概览

MCP采用经典的客户端-服务器架构模式，但针对LLM应用场景进行了特殊优化：

主机(Host)：指运行LLM应用的平台，如Claude桌面版或集成开发环境(IDE)
客户端(Client)：在主机应用中维护与服务器的1:1连接
服务器(Server)：为客户端提供上下文信息、工具和提示词

flowchart LR
    subgraph "主机应用"
        client1[MCP客户端]
        client2[MCP客户端]
    end
    subgraph "服务器进程"
        server1[MCP服务器]
    end
    subgraph "服务器进程"
        server2[MCP服务器]
    end

    client1 <-->|传输层| server1
    client2 <-->|传输层| server2

这种架构设计使得单个主机应用可以同时连接多个服务器，而每个服务器也可以服务多个客户端，实现了高度灵活的连接拓扑。

二、核心组件详解

2.1 协议层设计

协议层是MCP的核心，负责消息框架、请求/响应关联以及高级通信模式的实现。它主要包含三个关键类：

Protocol类：处理请求和通知的基础协议实现
Client类：客户端的具体实现
Server类：服务器的具体实现

以TypeScript实现为例，Protocol类提供了以下核心方法：

class Protocol<Request, Notification, Result> {
    // 设置请求处理器
    setRequestHandler<T>(schema: T, handler: (request: T, extra: RequestHandlerExtra) => Promise<Result>): void

    // 设置通知处理器
    setNotificationHandler<T>(schema: T, handler: (notification: T) => Promise<void>): void

    // 发送请求并等待响应
    request<T>(request: Request, schema: T, options?: RequestOptions): Promise<T>

    // 发送单向通知
    notification(notification: Notification): Promise<void>
}

Python实现则通过Session类提供了类似的接口：

class Session(BaseSession[RequestT, NotificationT, ResultT]):
    async def send_request(
        self,
        request: RequestT,
        result_type: type[Result]
    ) -> Result:
        """发送请求并等待响应"""
        
    async def send_notification(
        self,
        notification: NotificationT
    ) -> None:
        """发送单向通知"""

2.2 传输层实现

传输层负责实际的通信机制，MCP支持多种传输方式以适应不同场景：

标准输入输出(Stdio)传输
- 使用进程的标准输入/输出进行通信
- 适用于本地进程间通信
- 实现简单，性能高效
可流式HTTP传输
- 基于HTTP协议，支持Server-Sent Events(SSE)实现流式传输
- 使用HTTP POST交换消息
- 适合远程通信和Web集成场景

所有传输层实现都基于JSON-RPC 2.0规范进行消息交换，确保了协议的标准化和互操作性。

三、消息类型系统

MCP定义了一套完整的消息类型系统，确保通信的可靠性和一致性：

请求(Request)：需要对方响应的消息

interface Request {
  method: string;  // 方法名
  params?: { ... }; // 可选参数
}

结果(Result)：请求成功的响应

interface Result {
  [key: string]: unknown; // 灵活的结果数据结构
}

错误(Error)：请求失败的响应

interface Error {
  code: number;    // 错误码
  message: string; // 错误描述
  data?: unknown;  // 附加错误数据
}

通知(Notification)：单向消息，不期待响应

interface Notification {
  method: string;  // 方法名
  params?: { ... }; // 可选参数
}

四、连接生命周期管理

MCP连接的完整生命周期包括三个阶段：

4.1 初始化阶段

sequenceDiagram
    participant Client
    participant Server

    Client->>Server: 初始化请求(协议版本、能力)
    Server->>Client: 初始化响应(协议版本、能力)
    Client->>Server: 初始化完成通知
    
    Note over Client,Server: 连接就绪，开始正常通信

客户端发送initialize请求，携带协议版本和支持的能力
服务器响应自身的协议版本和支持的能力
客户端发送initialized通知确认
连接建立完成，开始正常消息交换

4.2 消息交换阶段

连接建立后，支持两种基本通信模式：

请求-响应模式：同步通信，发送方等待响应
通知模式：异步通信，发送方不等待响应

4.3 终止阶段

连接可以通过以下方式终止：

通过close()方法进行优雅关闭
传输层断开连接
错误条件触发连接终止

五、错误处理机制

MCP定义了一套标准错误代码体系：

enum ErrorCode {
  // 标准JSON-RPC错误码
  ParseError = -32700,        // 解析错误
  InvalidRequest = -32600,    // 无效请求
  MethodNotFound = -32601,    // 方法未找到
  InvalidParams = -32602,     // 无效参数
  InternalError = -32603,     // 内部错误
}

错误传播途径包括：

请求的错误响应
传输层的错误事件
协议层的错误处理器

六、实现示例

以下是一个基础MCP服务器的实现示例：

TypeScript实现

import { Server } from "@modelcontextprotocol/sdk/server/index.js";
import { StdioServerTransport } from "@modelcontextprotocol/sdk/server/stdio.js";

// 创建服务器实例
const server = new Server({
  name: "example-server",
  version: "1.0.0"
}, {
  capabilities: {
    resources: {}
  }
});

// 设置资源列表请求处理器
server.setRequestHandler(ListResourcesRequestSchema, async () => {
  return {
    resources: [
      {
        uri: "example://resource",
        name: "示例资源"
      }
    ]
  };
});

// 连接标准IO传输
const transport = new StdioServerTransport();
await server.connect(transport);

Python实现

import asyncio
import mcp.types as types
from mcp.server import Server
from mcp.server.stdio import stdio_server

# 创建服务器应用
app = Server("example-server")

# 定义资源列表处理器
@app.list_resources()
async def list_resources() -> list[types.Resource]:
    return [
        types.Resource(
            uri="example://resource",
            name="示例资源"
        )
    ]

async def main():
    # 使用标准IO传输
    async with stdio_server() as streams:
        await app.run(
            streams[0],  # 标准输入
            streams[1],  # 标准输出
            app.create_initialization_options()
        )

if __name__ == "__main__":
    asyncio.run(main())