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synced 2026-06-15 12:55:51 +00:00
docs: 重写架构总览,移除源码引用,聚焦设计考量
保留五层架构框架,将源码追踪改为设计意图分析。 增加层间通信原则、入口概览表和导航指引, 设计原则从 Accordion 展开为独立章节。 Co-Authored-By: Claude Opus 4.6 <noreply@anthropic.com>
This commit is contained in:
@@ -1,115 +1,131 @@
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title: "架构全景 - Claude Code 五层架构详解"
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description: "从交互层到基础设施层,详解 Claude Code 的五层架构设计。基于 src/main.tsx、src/QueryEngine.ts、src/query.ts、src/tools.ts、src/services/api/claude.ts 的源码级数据流分析。"
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keywords: ["Claude Code 架构", "五层架构", "QueryEngine", "Agentic Loop", "数据流"]
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title: "架构总览"
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description: "从交互层到通信层,理解 Claude Code 的五层架构设计。每层的职责、边界和设计考量。"
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keywords: ["Claude Code 架构", "五层架构", "Agentic Loop", "数据流"]
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og:image: "https://ccb.agent-aura.top/docs/images/og-cover.png"
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{/* 本章目标:一张图讲清楚整体架构,为后续章节建立坐标系 */}
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## 五层架构
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Claude Code 从上到下分为五个层次,每一层职责清晰、边界分明:
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Claude Code 从上到下分为五个层次。每一层职责清晰、边界分明,层与层之间通过明确的接口通信。
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<Frame caption="Claude Code 五层架构">
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<img src="/docs/images/architecture-layers.png" alt="Claude Code 五层架构图" />
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</Frame>
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| 层次 | 职责 | 入口源码 | 关键词 |
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| **交互层** | 终端 UI、用户输入、消息展示 | `src/screens/REPL.tsx` | React/Ink、PromptInput |
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| **编排层** | 多轮对话、会话持久化、成本追踪 | `src/QueryEngine.ts` | QueryEngine、transcript |
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| **核心循环层** | 单轮:发请求 → 拿响应 → 执行工具 → 循环 | `src/query.ts` | Agentic Loop、State |
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| **工具层** | AI 的"双手"——读写文件、执行命令 | `src/tools.ts` → `src/Tool.ts` | Tool 接口、MCP |
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| **通信层** | 与 Claude API 的流式通信 | `src/services/api/claude.ts` | Streaming、Provider |
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| 层次 | 职责 | 设计考量 |
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|------|------|----------|
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| **交互层** | 终端 UI、用户输入、消息展示 | 为什么用 React/Ink 而不是 readline?因为需要组件化渲染工具权限确认、进度条等复杂 UI |
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| **编排层** | 多轮对话管理、会话持久化、成本追踪 | 为什么需要独立的编排层?因为 agentic loop 本身不应该关心"会话保存"和"token 计费" |
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| **核心循环层** | 单轮:发请求 → 拿响应 → 执行工具 → 循环 | 这是整个系统的心脏。为什么用 AsyncGenerator?因为流式输出需要逐步 yield,工具执行需要可取消 |
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| **工具层** | AI 的"双手"——读写文件、执行命令等 50+ 工具 | 为什么工具是独立层?因为工具可以动态增减(MCP 扩展),不应该硬编码在核心循环中 |
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| **通信层** | 与 Claude API 的流式通信 | 为什么支持 7 种 Provider?因为不同用户使用不同的 API 端点(直连、AWS Bedrock、Google Vertex 等) |
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## 一条主数据流的源码追踪
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### 层间通信原则
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- **交互层 → 编排层**:用户消息和指令(如斜杠命令)
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- **编排层 → 核心循环层**:上下文参数(消息历史、工具列表、权限上下文)
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- **核心循环层 → 工具层**:工具调用请求(工具名 + 参数)
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- **工具层 → 核心循环层**:工具执行结果
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- **核心循环层 → 通信层**:API 请求(消息数组 + 系统提示 + 工具定义)
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- **通信层 → 核心循环层**:流式响应事件
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每层只依赖下一层的接口,不跨层访问。这种约束使得:
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- 通信层可以替换 Provider 而不影响核心循环
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- 工具层可以新增工具而不影响编排逻辑
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- 交互层可以替换为 Web UI 而不影响底层
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## 核心数据流
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<Frame caption="核心数据流">
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<img src="/docs/images/data-flow.png" alt="Claude Code 核心数据流" />
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</Frame>
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整个系统的运转可以浓缩为一条核心数据流,以下是每一步对应的源码路径:
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整个系统的运转可以浓缩为一条循环数据流。以下是每一步的设计意图:
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### 1. 用户输入 → REPL
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### 1. 用户输入 → 交互层
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`src/screens/REPL.tsx` 是基于 React/Ink 的终端 UI 组件。用户输入经 `processUserInput()`(`src/utils/processUserInput/processUserInput.ts`)处理,支持斜杠命令、文件附件、图片等。
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用户输入经过预处理管道:斜杠命令解析、文件附件处理、图片编码等。设计上,输入处理是可扩展的——新的输入类型(如语音)只需要在预处理管道中添加一个处理器。
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### 2. QueryEngine 编排
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### 2. 交互层 → 编排层
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`src/QueryEngine.ts` 是 REPL 与 `query()` 之间的中间层,管理:
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- **会话状态**:消息数组、工具权限上下文(`ToolPermissionContext`)、文件历史快照
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- **成本追踪**:`accumulateUsage()` / `getTotalCost()` 累计 token 用量
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- **Transcript 持久化**:`recordTranscript()` 将对话序列化到磁盘,支持 `--resume`
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- **文件历史**:`fileHistoryMakeSnapshot()` 在修改前创建快照,支持 undo
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编排层是会话的"大脑"。它管理三类关键状态:
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- **对话状态**:消息数组、工具权限上下文——决定 AI 看到什么
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- **成本状态**:token 用量累计——决定何时触发压缩或警告用户
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- **持久化状态**:对话序列化到磁盘——支持会话恢复和 undo
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关键方法:`queryEngine.query()` 构造 `QueryParams`,调用 `query()` 异步生成器。
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### 3. 编排层 → 核心循环(Agentic Loop)
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### 3. Agentic Loop(`src/query.ts`)
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`query()` 是一个 `AsyncGenerator`,`while(true)` 循环的每次迭代包含:
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核心循环是一个 `while(true)` 的迭代:
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```
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① 上下文预处理管道:
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applyToolResultBudget → snipCompact → microcompact → contextCollapse → autocompact
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② 流式 API 调用:
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deps.callModel() → AsyncGenerator<StreamEvent | Message>
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收集 assistantMessages[]、toolUseBlocks[]
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③ 工具执行:
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StreamingToolExecutor(并行) 或 runTools(串行)
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→ toolResults[]
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④ 终止/继续判定:
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needsFollowUp ? continue : return { reason }
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上下文预处理 → API 调用 → 解析响应 → 工具执行 → 结果回传 → 再次调用 → 循环
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```
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完整的状态机通过 `State` 类型(`src/query.ts:207`)在迭代间传递,包含 10 个字段(messages、autoCompactTracking、maxOutputTokensRecoveryCount 等)。
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**上下文预处理管道**是循环中最精巧的部分。在每次 API 调用前,系统会依次检查:
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- 单条工具输出是否过长 → 截断
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- 对话历史是否接近 token 上限 → 自动压缩
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- 是否需要紧急压缩 → API 返回 token 超限错误时触发
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### 4. 工具层(`src/tools.ts` → `src/Tool.ts`)
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这套管道确保 AI 始终在有效的上下文窗口内工作。
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`getAllBaseTools()`(`src/tools.ts:195`)组装 50+ 工具列表,经过 `filterToolsByDenyRules()` 权限过滤后传给 API。
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### 4. 核心循环 → 工具层
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每个工具实现 `Tool<Input, Output, Progress>` 接口(`src/Tool.ts:368`),核心方法链:
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```
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validateInput() → canUseTool()(UI 层)→ checkPermissions() → call() → ToolResult
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```
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工具执行支持**并行和串行两种模式**。多个独立的工具调用可以并行执行(如同时读两个文件),有依赖关系的调用则串行执行。这个设计直接影响用户体验——并行意味着更快的响应速度。
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### 5. 通信层(`src/services/api/claude.ts`)
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### 5. 工具层 → 核心循环 → 通信层
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API 客户端支持 7 种 Provider:
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- **Anthropic Direct (firstParty)**:默认
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- **AWS Bedrock**:`ANTHROPIC_BEDROCK_BASE_URL`
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- **Google Vertex**:`ANTHROPIC_VERTEX_PROJECT_ID`
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- **Foundry**:`ANTHROPIC_CODE_USE_FOUNDRY`
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- **OpenAI**:兼容层
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- **Gemini**:兼容层
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- **Grok (xAI)**:兼容层
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工具执行结果回传到核心循环,拼入消息数组,再次调用 API。AI 根据工具结果决定:
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- 继续调用工具(任务未完成)
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- 返回最终回答(任务完成)
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- 请求用户输入(需要决策)
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`deps.callModel()` 发起流式请求,返回 `BetaRawMessageStreamEvent` 事件流。支持 Prompt Cache(`cache_control`)、thinking blocks、multi-turn tool use。
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### 6. 终止条件
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循环不是无限运行的。终止条件包括:
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- AI 不再请求工具调用(任务完成)
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- 用户主动中断
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- 达到最大 turn 数限制
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- Token 预算耗尽
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## 四个核心设计原则
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<AccordionGroup>
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<Accordion title="流式优先 (Streaming-first)">
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所有 API 通信都是流式的——`deps.callModel()` 返回 AsyncGenerator,用户看到 AI "逐字打出"回答。StreamingToolExecutor 在流式过程中就开始并行执行工具,不等流结束。模型降级(Fallback)时,已收集的 assistantMessages 被标记为 tombstone 并清空,重试整个流式请求。
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</Accordion>
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<Accordion title="工具即能力 (Tool as Capability)">
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每个工具是 `Tool<Input, Output, Progress>` 结构化类型,通过 `buildTool()` 工厂创建。`getTools()` 在每次 API 调用时组装(非全局缓存),因为 `isEnabled()` 可能随运行时状态变化。MCP 工具通过 `mcpInfo` 字段标记来源,支持 server 级别的 blanket deny。
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</Accordion>
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<Accordion title="权限即边界 (Permission as Boundary)">
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每次工具调用经过 `validateInput() → checkPermissions()` 双重检查。权限规则从 5 个来源汇聚(session → project → user → managed → default),支持工具名、命令模式、路径前缀等匹配方式。Plan Mode 通过 `prepareContextForPlanMode()` 切换为只读模式,退出时自动恢复。
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</Accordion>
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<Accordion title="上下文即记忆 (Context as Memory)">
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System Prompt 由 `fetchSystemPromptParts()` 动态组装,包含 CLAUDE.md、git 状态、日期、MCP 服务器列表。Auto-compact 在每轮迭代前评估 token 阈值,超出时触发压缩。压缩后的摘要通过 `buildPostCompactMessages()` 替换原始消息,`taskBudgetRemaining` 跨压缩边界累计。
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</Accordion>
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</AccordionGroup>
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### 流式优先(Streaming-first)
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## 入口与引导
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所有 API 通信都是流式的。用户看到 AI "逐字打出"回答,工具执行在流式过程中就开始并行执行,不需要等流结束。
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| 入口 | 文件 | 说明 |
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| CLI 启动 | `src/entrypoints/cli.tsx` | 注入 `feature()` polyfill(始终返回 false)、MACRO 全局变量 |
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| 命令定义 | `src/main.tsx` | Commander.js 解析参数,初始化 auth/analytics/policy |
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| 一次性初始化 | `src/entrypoints/init.ts` | 遥测配置、信任对话框 |
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| 管道模式 | `src/main.tsx` `-p` flag | `echo "say hello" \| bun run dev -p` |
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当模型需要降级(如从 Opus 降到 Sonnet)时,已收集的响应被标记为历史记录,整个流式请求重新发起。
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### 工具即能力(Tool as Capability)
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每个工具是一个结构化的类型定义,包含输入验证、权限检查和执行逻辑三个阶段。工具列表在每次 API 调用时动态组装(不是全局缓存),因为工具的可用性可能随运行时状态变化(如 MCP 服务器连接状态)。
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### 权限即边界(Permission as Boundary)
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每次工具调用经过"输入验证 → 权限检查"双重检查。权限规则从五个来源汇聚(会话级 → 项目级 → 用户级 → 管理级 → 默认级),优先级从高到低。
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这个分层设计意味着:团队可以为整个项目设置统一的权限策略(项目级),同时允许个人覆盖(用户级),管理员还可以强制执行安全策略(管理级)。
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### 上下文即记忆(Context as Memory)
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System Prompt 在每轮调用时动态组装,包含项目结构、git 状态、用户指令(CLAUDE.md)等信息。组装策略是"不变内容在前、变化内容在后",利用 API 的前缀缓存机制减少重复计算。
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自动压缩在每轮迭代前评估 token 阈值,超出时用 AI 自身来总结之前的对话,保留语义信息的同时减少 token 占用。
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## 入口概览
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| 入口 | 说明 | 使用场景 |
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| CLI 启动 | 加载配置、认证、启动 REPL | 日常交互式使用 |
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| 管道模式 | 从 stdin 读取输入,输出到 stdout | 嵌入 CI/CD 和脚本 |
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| 远程控制 | 通过 Bridge API 远程控制 CLI | 从 claude.ai 或手机发送指令 |
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| Daemon 模式 | 长驻后台的 supervisor 进程 | 持续运行的自动化任务 |
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## 接下来
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现在你已经理解了整体架构。以下是推荐的深入路径:
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- **Agent Loop** — 深入核心循环的每一轮迭代细节
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- **工具系统** — 了解 50+ 工具的设计和分类
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- **上下文工程** — 理解 token 预算和自动压缩机制
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- **安全机制** — 了解权限模型和沙箱设计
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Reference in New Issue
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