claude-code/docs/introduction/architecture-overview.mdx

---
title: "架构全景 - Claude Code 五层架构详解"
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。"
keywords: ["Claude Code 架构", "五层架构", "QueryEngine", "Agentic Loop", "数据流"]
---

{/* 本章目标：一张图讲清楚整体架构，为后续章节建立坐标系 */}

## 五层架构

Claude Code 从上到下分为五个层次，每一层职责清晰、边界分明：

<Frame caption="Claude Code 五层架构">
  <img src="/docs/images/architecture-layers.png" alt="Claude Code 五层架构图" />
</Frame>

| 层次 | 职责 | 入口源码 | 关键词 |
|------|------|---------|--------|
| **交互层** | 终端 UI、用户输入、消息展示 | `src/screens/REPL.tsx` | React/Ink、PromptInput |
| **编排层** | 多轮对话、会话持久化、成本追踪 | `src/QueryEngine.ts` | QueryEngine、transcript |
| **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 |
| **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 |
| **通信层** | 与 Claude API 的流式通信 | `src/services/api/claude.ts` | Streaming、Provider |

## 一条主数据流的源码追踪

<Frame caption="核心数据流">
  <img src="/docs/images/data-flow.png" alt="Claude Code 核心数据流" />
</Frame>

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：

### 1. 用户输入 → REPL

`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。

### 2. QueryEngine 编排

`src/QueryEngine.ts` 是 REPL 与 `query()` 之间的中间层，管理：
- **会话状态**：消息数组、工具权限上下文（`ToolPermissionContext`）、文件历史快照
- **成本追踪**：`accumulateUsage()` / `getTotalCost()` 累计 token 用量
- **Transcript 持久化**：`recordTranscript()` 将对话序列化到磁盘，支持 `--resume`
- **文件历史**：`fileHistoryMakeSnapshot()` 在修改前创建快照，支持 undo

关键方法：`queryEngine.query()` 构造 `QueryParams`，调用 `query()` 异步生成器。

### 3. Agentic Loop（`src/query.ts`）

`query()` 是一个 `AsyncGenerator`，`while(true)` 循环的每次迭代包含：

```
① 上下文预处理管道：
   applyToolResultBudget → snipCompact → microcompact → contextCollapse → autocompact

② 流式 API 调用：
   deps.callModel() → AsyncGenerator<StreamEvent | Message>
   收集 assistantMessages[]、toolUseBlocks[]

③ 工具执行：
   StreamingToolExecutor（并行） 或 runTools（串行）
   → toolResults[]

④ 终止/继续判定：
   needsFollowUp ? continue : return { reason }
```

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）。

### 4. 工具层（`src/tools.ts` → `src/Tool.ts`）

`getAllBaseTools()`（`src/tools.ts:195`）组装 50+ 工具列表，经过 `filterToolsByDenyRules()` 权限过滤后传给 API。

每个工具实现 `Tool<Input, Output, Progress>` 接口（`src/Tool.ts:368`），核心方法链：
```
validateInput() → canUseTool()（UI 层）→ checkPermissions() → call() → ToolResult
```

### 5. 通信层（`src/services/api/claude.ts`）

API 客户端支持 7 种 Provider：
- **Anthropic Direct (firstParty)**：默认
- **AWS Bedrock**：`ANTHROPIC_BEDROCK_BASE_URL`
- **Google Vertex**：`ANTHROPIC_VERTEX_PROJECT_ID`
- **Foundry**：`ANTHROPIC_CODE_USE_FOUNDRY`
- **OpenAI**：兼容层
- **Gemini**：兼容层
- **Grok (xAI)**：兼容层

`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。

## 四个核心设计原则

<AccordionGroup>
  <Accordion title="流式优先 (Streaming-first)">
    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。
  </Accordion>
  <Accordion title="工具即能力 (Tool as Capability)">
    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。
  </Accordion>
  <Accordion title="权限即边界 (Permission as Boundary)">
    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。
  </Accordion>
  <Accordion title="上下文即记忆 (Context as Memory)">
    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。
  </Accordion>
</AccordionGroup>

## 入口与引导

| 入口 | 文件 | 说明 |
|------|------|------|
| CLI 启动 | `src/entrypoints/cli.tsx` | 注入 `feature()` polyfill（始终返回 false）、MACRO 全局变量 |
| 命令定义 | `src/main.tsx` | Commander.js 解析参数，初始化 auth/analytics/policy |
| 一次性初始化 | `src/entrypoints/init.ts` | 遥测配置、信任对话框 |
| 管道模式 | `src/main.tsx` `-p` flag | `echo "say hello" \| bun run dev -p` |