gns3-server/docs/ai-chat-api-design.md

GNS3 Copilot Agent Chat API 设计文档

概述

本文档描述 GNS3 Copilot Chat API 的架构设计和实现方案。该 API 使客户端能够通过 RESTful 接口与 GNS3 Copilot Agent 进行交互，提供流式对话、会话管理、项目拓扑查询等功能。

核心特性

• 项目级隔离：每个 GNS3 项目拥有独立的 Agent 实例和会话存储
• 流式响应：使用 Server-Sent Events (SSE) 实现实时流式输出
• 会话管理：支持会话列表、重命名、删除、历史记录查询
• 统计追踪：自动记录消息数量、LLM 调用次数、Token 使用量
• 用户隔离：每个用户拥有独立的 LLM 配置和会话空间

架构设计

整体架构

Frontend (Web UI)
    │
    │ SSE Streaming
    ▼
FastAPI Chat API Routes
    │
    │ Project-level Agent Management
    ▼
AgentService (per project)
    │
    ├─ SQLite Checkpointer (project_dir/gns3-copilot/)
    │   ├─ checkpoints table (LangGraph state)
    │   └─ chat_sessions table (session metadata)
    │
    └─ LangGraph Agent
        ├─ llm_call node
        ├─ should_continue node
        └─ tool_node (GNS3 tools)

项目级 Checkpoint 设计

每个 GNS3 项目在项目目录下创建 gns3-copilot/copilot_checkpoints.db SQLite 数据库，包含两张表：

1. checkpoints 表（LangGraph 自动管理）：存储 Agent 的对话状态和记忆
2. chat_sessions 表（自定义）：存储会话元数据和统计信息

目录结构：

{project.path}/
├── gns3-copilot/
│   └── copilot_checkpoints.db
├── project-files/
└── project.gns3

设计优势：

• 项目删除时自动清理所有相关数据
• 实现项目级别的会话隔离
• 便于备份和迁移

用户认证信息传递

背景需求

GNS3 Copilot Agent 需要以下信息才能正常工作：

1. user_id：获取用户专属的 LLM 配置
2. jwt_token：调用 GNS3 API 时进行身份验证
3. llm_config：包含 provider、model、api_key 等配置

ContextVars 方案

使用 Python 的 contextvars.ContextVar 在请求作用域内传递数据，避免敏感信息持久化到 checkpoint。

数据流：

1. API 层获取用户信息
   ├─ 从 FastAPI get_current_active_user 获取 user_id
   ├─ 从 Authorization header 提取 jwt_token
   └─ 从数据库查询 LLM 配置（已解密 API key）

2. 设置 ContextVars（内存临时存储）
   ├─ set_current_jwt_token(jwt_token)
   └─ set_current_llm_config(llm_config)

3. 构建安全的 LangGraph config（仅包含非敏感标识符）
   {
     "configurable": {
       "thread_id": session_id,
       "project_id": project_id
     },
     "metadata": {
       "user_id": user_id
     }
   }

4. LLM 节点从 ContextVars 获取配置
   ├─ get_current_jwt_token()
   └─ get_current_llm_config()

方案优势：

• 敏感数据（JWT token、API key）仅存储在内存中
• 请求结束后自动清理，不会持久化到数据库
• 避免序列化/反序列化开销
• 实现请求级别的数据隔离

会话管理

chat_sessions 表结构

字段	类型	说明
id	INTEGER	主键（自增）
thread_id	TEXT	LangGraph thread_id（唯一）
user_id	TEXT	用户 ID
project_id	TEXT	GNS3 项目 ID
title	TEXT	会话标题
message_count	INTEGER	消息数量
llm_calls_count	INTEGER	LLM 调用次数
input_tokens	INTEGER	输入 token 总数
output_tokens	INTEGER	输出 token 总数
total_tokens	INTEGER	总 token 数
last_message_at	TIMESTAMP	最后消息时间
created_at	TIMESTAMP	创建时间
updated_at	TIMESTAMP	更新时间
metadata	TEXT	预留元数据（JSON）
stats	TEXT	额外统计信息（JSON）
pinned	BOOLEAN	是否置顶（默认 FALSE）

索引：

• idx_thread_id：thread_id 唯一索引
• idx_user_project：user_id + project_id 复合索引
• idx_pinned_updated：pinned + updated_at 复合索引（用于置顶排序）

数据库迁移

实现位置：agent_service.py 的 _create_chat_sessions_table 方法

迁移策略：

• 使用 PRAGMA table_info(chat_sessions) 检查列是否存在
• 如果 pinned 列不存在，执行 ALTER TABLE ADD COLUMN 添加该列
• 确保列存在后再创建索引

代码示例：

# Check if pinned column exists, add it if not (migration for existing databases)
cursor = await conn.execute("PRAGMA table_info(chat_sessions)")
columns = await cursor.fetchall()
column_names = [col[1] for col in columns]

if "pinned" not in column_names:
    log.debug("Adding pinned column to existing chat_sessions table")
    await conn.execute("ALTER TABLE chat_sessions ADD COLUMN pinned BOOLEAN DEFAULT FALSE")
    await conn.commit()

# Create pinned index (after column is guaranteed to exist)
await conn.execute("CREATE INDEX IF NOT EXISTS idx_pinned_updated ON chat_sessions(pinned DESC, updated_at DESC)")

优势：

• 向后兼容：现有数据库自动升级，无需手动干预
• 幂等性：重复执行不会报错
• 零停机：迁移在初始化时自动完成

ChatSessionsRepository

提供会话的 CRUD 操作：

• create_session：创建新会话
• get_session_by_thread：根据 thread_id 查询会话
• list_sessions：列出用户的会话（支持过滤和分页，按 pinned 和 updated_at 排序）
• update_session：更新会话（支持增量更新计数器）
• delete_session：删除会话及其 checkpoints
• delete_all_sessions：删除项目的所有会话
• pin_session：置顶或取消置顶会话

统计信息自动收集

统计信息在对话过程中实时收集，流结束后一次性更新到 chat_sessions 表。

实现位置：agent_service.py 的 stream_chat 方法

统计逻辑：

1. message_count（消息数量）

   • 初始值：1（用户消息）
   • on_chat_model_end 事件：+1（AI 完整回复，不是每个 chunk）
   • on_tool_end 事件：+1（每个工具执行结果）

2. llm_calls_count（LLM 调用次数）

   • 监听 on_chat_model_start 事件
   • 每次 LLM 开始生成时 +1

3. input_tokens（输入 token）

   • 从 on_chat_model_end 事件的 usage_metadata 中提取
   • 重要：LangGraph 返回的 input_tokens 已包含对话历史，每次 LLM 调用都会累加之前的对话内容
   • 示例：第1次 input=8674，第2次 input=9421（包含第1次对话 8674+675+系统提示词增量）

4. output_tokens（输出 token）

   • 从 on_chat_model_end 事件的 usage_metadata 中提取
   • 重要：LangGraph 返回的 output_tokens 也是累加值，包含所有 LLM 调用的输出
   • 示例：第1次实际输出=675，第2次实际输出=9，累加后 output=684（675+9）

5. total_tokens（总 token）

   • 计算公式：input_tokens + output_tokens
   • 取最后一次 LLM 调用的累加值进行计算

统计示例（真实数据）：

• 第1次 LLM 调用（AI 回复）：input=8674, output=675
• 第2次 LLM 调用（生成标题）：input=9421, output=684（累加值：675+9）
• 最终存储：input_tokens=9421, output_tokens=684, total_tokens=10105
• 说明：LangGraph 已自动累加，代码直接取最后一次值即可

注意事项：

• message_count 统计的是完整消息，不是流式 chunks
• Token 数据依赖 LLM 返回的 usage_metadata，某些模型可能不支持
• 统计数据在流结束后通过 update_session 方法增量更新到数据库
• LangGraph 已自动处理 input 和 output 的历史累加，代码使用最后一次 LLM 调用的值
• 消息 ID 处理：创建初始消息时分配 ID（HumanMessage(id=str(uuid4()))），从 checkpoint 读取的消息如果没有 ID 也会自动生成
• 格式转换：使用 message_converters.py 模块处理 LangChain 和 OpenAI 格式之间的转换，确保 tool_calls 格式符合 OpenAI 规范

Title 自动同步

会话标题由 generate_title 节点自动生成，保存在 LangGraph checkpoint 的 conversation_title 字段中。

同步机制：

1. 流式 Chat 完成后，从 checkpoint 读取最终 state
2. 检查 conversation_title 是否有变化
3. 如果有变化，更新到 chat_sessions 表

优势：

• 避免在节点中直接访问数据库（防止循环依赖）
• 所有数据库更新集中在流结束后
• 逻辑清晰，易于维护

SSE 消息格式

Chat API 使用 Server-Sent Events (SSE) 进行流式传输。

消息类型

type	说明	包含字段
content	AI 文本内容（流式）	content
tool_call	工具调用请求	tool_call (id, name, arguments)
tool_start	工具开始执行	tool_name
tool_end	工具执行完成	tool_name, tool_output
error	错误信息	error
done	流结束	session_id
heartbeat	心跳保活	session_id

消息示例

// AI 文本流式输出
{"type": "content", "content": "Hello! How can I help"}

// 工具调用
{"type": "tool_call", "tool_call": {"id": "call_123", "function": {"name": "GNS3TopologyTool", "arguments": {"project_id": "xxx"}}}}

// 工具开始
{"type": "tool_start", "tool_name": "GNS3TopologyTool", "session_id": "xxx"}

// 工具完成
{"type": "tool_end", "tool_name": "GNS3TopologyTool", "tool_output": "{...}", "session_id": "xxx"}

// 完成
{"type": "done", "session_id": "xxx"}

// 错误
{"type": "error", "error": "Project not found", "session_id": "xxx"}

心跳机制

作用：防止代理服务器/负载均衡器因超时断开 SSE 连接。

实现：使用 asyncio.wait 设置超时，超时后发送 heartbeat 消息，然后继续等待下一个事件。

前端处理：收到 heartbeat 消息时直接忽略，不渲染任何内容。

API 端点

所有端点都在 /v3/projects/{project_id}/chat/ 路径下。

方法	端点	说明
POST	/stream	流式 Chat（主要接口）
GET	/sessions	列出会话（按置顶和更新时间排序）
GET	/sessions/{session_id}/history	获取会话历史
PATCH	/sessions/{session_id}	重命名会话
DELETE	/sessions/{session_id}	删除会话
PUT	/sessions/{session_id}/pin	置顶会话
DELETE	/sessions/{session_id}/pin	取消置顶会话

POST /v3/projects/{project_id}/chat/stream

功能：流式对话接口

请求参数：

• message: 用户消息内容
• session_id: 会话 ID（可选，不提供则自动创建新会话）
• stream: 是否启用流式响应（默认 true）
• mode: 交互模式（当前仅支持 "text"）

响应：SSE 流，包含多种类型的消息（见上文消息格式）

项目状态检查：只允许项目状态为 "opened" 时进行对话

GET /v3/projects/{project_id}/chat/sessions

功能：列出项目的所有会话

响应：会话列表，包含统计信息（消息数、token 使用量等），按置顶状态和更新时间排序

GET /v3/projects/{project_id}/chat/sessions/{session_id}/history

功能：获取会话的完整历史记录

参数：

• session_id: 会话 ID
• limit: 最大消息数量（默认 100）

响应：

• thread_id: 会话 ID
• title: 会话标题
• messages: 消息列表（OpenAI 格式）
• llm_calls: LLM 调用次数

PATCH /v3/projects/{project_id}/chat/sessions/{session_id}

功能：重命名会话

请求参数：

• title: 新标题（1-255 字符）

响应：更新后的会话信息

DELETE /v3/projects/{project_id}/chat/sessions/{session_id}

功能：删除会话及其所有 checkpoint 数据

响应：204 No Content

PUT /v3/projects/{project_id}/chat/sessions/{session_id}/pin

功能：置顶会话到列表顶部

响应：更新后的会话信息（包含 pinned=true）

DELETE /v3/projects/{project_id}/chat/sessions/{session_id}/pin

功能：取消置顶会话

响应：更新后的会话信息（包含 pinned=false）

排序规则：

• 置顶会话（pinned=true）排在最前面
• 置顶会话之间按 updated_at 降序排列
• 普通会话按 updated_at 降序排列

数据模型

ChatRequest

• message: str - 用户消息内容
• session_id: Optional[str] - 会话 ID（可选）
• stream: bool - 是否流式响应（默认 true）
• mode: Literal["text"] - 交互模式

ChatSession

会话模型，存储会话元数据和统计信息。

基础字段：

• id: 数据库自增 ID
• thread_id: LangGraph thread_id（会话唯一标识）
• user_id: 用户 ID
• project_id: GNS3 项目 ID
• title: 会话标题（自动生成或用户修改）

统计字段：

• message_count: 完整消息数量（用户消息 + AI 回复 + 工具结果）
• llm_calls_count: LLM 总调用次数
• input_tokens: 输入 token 总数（累加所有 LLM 调用）
• output_tokens: 输出 token 总数（累加所有 LLM 调用）
• total_tokens: 总 token 数（input_tokens + output_tokens）

时间字段：

• last_message_at: 最后一条消息的时间戳
• created_at: 会话创建时间
• updated_at: 会话最后更新时间

预留字段：

• metadata: 元数据 JSON 字符串（存储 mode、status、tags 等）
• stats: 额外统计 JSON 字符串（存储工具调用次数等）

会话管理：

• pinned: 是否置顶到列表顶部（默认 false）

ConversationHistory

• thread_id: str - 会话 ID
• title: str - 会话标题
• messages: List[OpenAIMessage] - 消息列表
• created_at: Optional[str] - 创建时间
• updated_at: Optional[str] - 更新时间
• llm_calls: int - LLM 调用次数

OpenAIMessage

OpenAI 兼容的消息模型。

基础字段：

• id: str - 消息唯一标识符（自动生成或从 LangChain 消息继承）
• role: Literal["user", "assistant", "system", "tool"] - 消息角色
• content: str - 消息内容（支持文本、JSON 字符串）
• created_at: str - 创建时间（ISO 8601）

工具相关字段：

• name: Optional[str] - 工具消息名称（tool 消息）
• tool_call_id: Optional[str] - 关联的工具调用 ID（tool 消息）
• tool_calls: Optional[List[OpenAIToolCall]] - 工具调用列表（assistant 消息）
  • id: str - 工具调用 ID
  • type: Literal["function"] - 固定为 "function"
  • function: Dict - 包含 name 和 arguments（dict 或 JSON 字符串）

元数据：

• metadata: Optional[Dict] - 额外的消息元数据

核心组件

Message Converters（消息格式转换）

文件：gns3server/agent/gns3_copilot/utils/message_converters.py

职责：在 LangChain 消息格式和 OpenAI 兼容格式之间进行转换

主要函数：

• convert_langchain_to_openai()：LangChain → OpenAI 格式
• convert_openai_to_langchain()：OpenAI → LangChain 格式
• convert_stream_event_to_openai()：流事件 → OpenAI SSE 格式

关键转换逻辑：

1. 消息 ID 处理

   • 如果消息没有 ID，自动生成 UUID
   • 确保所有返回的消息都有唯一标识符

2. Tool Calls 格式转换

   • LangChain 格式：{'name': 'xxx', 'args': {...}, 'id': 'yyy', 'type': 'tool_call'}
   • OpenAI 格式：{'id': 'yyy', 'type': 'function', 'function': {'name': 'xxx', 'arguments': '{...}'}}
   • 自动将 args 对象转换为 JSON 字符串（如需要）

3. Content 类型处理

   • 支持 string、dict、list 类型
   • 非 string 类型自动转换为 JSON 字符串

实现位置：utils/message_converters.py

AgentService

职责：项目级的 Agent 管理服务

主要方法：

• stream_chat：流式对话，自动管理会话和统计
• get_history：获取会话历史
• list_sessions：列出会话
• delete_session：删除会话
• rename_session：重命名会话
• close：关闭数据库连接

核心流程（stream_chat）：

1. 初始化 checkpointer 连接（如果未连接）
2. 获取或创建 chat session（从 chat_sessions 表）
3. 设置 ContextVars（JWT token、LLM config）
4. 构建 LangGraph config
5. 创建带 ID 的初始消息：HumanMessage(content=message, id=str(uuid4()))
6. 流式执行 Agent，同时收集统计信息
7. 流结束后更新会话统计到数据库
8. 同步 auto-generated title

统计收集机制（在 stream_chat 中）：

• 监听 LangGraph 的 astream_events 事件流
• 在事件循环中实时收集统计数据
• 统计逻辑不依赖转换后的 SSE chunk，直接从原始事件获取

关键事件处理：

• on_chat_model_start：LLM 调用次数 +1
• on_chat_model_end：提取 token 使用量（从 output.usage_metadata），AI 消息计数 +1
• on_tool_end：工具消息计数 +1

实现位置：agent_service.py

ProjectAgentManager

职责：全局单例，管理所有项目的 AgentService 实例

方法：

• get_agent(project_id, project_path)：获取或创建项目的 AgentService
• remove_agent(project_id)：移除项目的 AgentService
• close_all：关闭所有 AgentService

Chat API Routes

文件：gns3server/api/routes/controller/chat.py

路由注册：

router.include_router(
    chat.router,
    prefix="/{project_id}/chat",
    tags=["Chat"]
)

主要端点实现：

• 所有端点都需要用户认证（get_current_active_user）
• 所有端点都检查项目状态是否为 "opened"
• stream 端点使用 StreamingResponse 返回 SSE 流

项目生命周期集成

项目打开时

创建或获取 AgentService 实例：

agent_manager = await get_project_agent_manager()
agent_service = await agent_manager.get_agent(project_id, project.path)

项目关闭时

移除 AgentService 实例，释放资源：

agent_manager.remove_agent(project_id)

项目删除时

1. 调用 delete_all_sessions(project_id) 删除所有会话和 checkpoint 数据
2. 移除 AgentService 实例
3. 项目目录被删除，数据库文件也被删除

前端集成

useChat Hook

根据 SSE 消息的 type 字段进行不同处理：

type	处理逻辑
content	追加到当前 AI 消息内容
tool_call	创建 tool_call 类型消息，显示工具调用信息
tool_start	可选：显示工具开始执行状态
tool_end	创建 tool_result 类型消息，显示工具执行结果
error	显示错误信息
done	标记流结束，停止加载状态
heartbeat	忽略（保活信号）

错误处理

• 网络错误：显示重试选项
• LLM 错误：显示错误消息
• 项目未打开：提示用户打开项目
• LLM 未配置：引导用户配置 LLM

安全考虑

用户隔离

• 每个用户只能访问自己的会话
• user_id 存储在 config.metadata 中
• 所有数据库查询都带 user_id 过滤

项目访问控制

• 只允许访问用户有权限的项目
• 项目状态检查：只允许 "opened" 状态的项目使用 Chat

LLM 配置安全

• API key 加密存储在数据库
• 使用 ContextVars 传递，不持久化到 checkpoint
• 请求结束后自动清理内存中的敏感信息

性能优化

数据库连接管理

• 使用 WAL 模式提升并发写入性能
• 项目级连接复用
• 项目切换时自动关闭旧连接

Checkpoint 优化

• LangGraph 自动管理 checkpoints 表
• 定期清理旧 checkpoint（可选）
• 使用索引加速查询（thread_id, user_id + project_id）

统计信息收集与更新

收集机制（在内存中进行）：

• 在 SSE 流式传输过程中同步收集统计数据
• 监听 LangGraph 事件流，不增加额外网络开销
• 使用临时变量累加统计值，避免频繁数据库访问

更新策略（流结束后批量写入）：

• 流式 Chat 完成后，一次性更新 chat_sessions 表
• 使用 SQL 增量更新语法：message_count = message_count + ?
• 单次数据库事务，提交所有统计更新

优势：

• 减少数据库写入次数（N 次事件 → 1 次更新）
• 降低数据库锁竞争
• 提升流式响应的实时性

实现位置：agent_service.py 第 283-294 行

依赖项

• langchain >= 0.3.0
• langgraph >= 0.2.0
• langchain-core
• langgraph-checkpoint-sqlite >= 3.0.1
• aiosqlite

扩展性

预留字段

• metadata（TEXT JSON）：存储会话级别的元数据
• stats（TEXT JSON）：存储额外的统计信息

未来可能的扩展

• 多模态支持（图片、文件）
• 语音输入/输出
• 多人协作会话
• 会话分享和导出
• 自定义工具注册

参考资料

• LangGraph Checkpoint Documentation
• Server-Sent Events (MDN)
• OpenAI Chat Format