前言

本文介绍 LangGraph 的持久化机制，看看它是如何让 AI 智能体拥有"记忆"能力的，主要内容如下：

1. AI智能体为什么需要持久化
2. LangGraph 的持久化机制的相关概念介绍
3. 持久化实现的编程示例
4. 持久化机制的应用场景

为什么需要持久化？

在实际的 AI 智能体应用中，经常会遇到这样的场景：

• 💬 多轮对话：用户问"我的名字是什么？"，智能体需要记住之前用户说过的话
• 🔄 状态恢复：智能体执行到一半出错了，需要从上次成功的地方继续
• 🕐 时间旅行：想要回看智能体之前的执行过程，用于调试和分析
• 👤 人工介入：在关键步骤需要人工审核和干预

这些场景都离不开一个核心能力：状态持久化。LangGraph 通过一套完整的持久化机制，让这些需求成为可能。

理解 LangGraph 的基础概念

在深入持久化机制之前，需要先理解几个核心概念，这些概念是理解持久化机制的基础。

Graph（图）

在 LangGraph 中，Graph 是一个有向图结构，由节点（Node）和边（Edge）组成。每个节点代表一个处理单元，边定义了节点之间的执行顺序。

from langgraph.graph import StateGraph, START, END# 创建一个图builder = StateGraph(State)# 添加节点builder.add_node("node_a", function_a)builder.add_node("node_b", function_b)# 添加边，定义执行流程builder.add_edge(START, "node_a")  # 从开始到节点 Abuilder.add_edge("node_a", "node_b")  # 从节点 A 到节点 Bbuilder.add_edge("node_b", END)  # 从节点 B 到结束# 编译图graph = builder.compile()

图定义了智能体的执行流程，就像一个工作流引擎，按照预定义的路径执行各个节点。

Super-steps（超级步骤）

Super-step 是 LangGraph 执行图的一个关键概念。理解 super-step 需要区分两种情况：

情况一：简单线性图（一个 super-step = 一个节点）

在简单的线性图中，每个 super-step 通常只执行一个节点：

# 简单的线性图：START -> node_a -> node_b -> ENDbuilder.add_edge(START, "node_a")builder.add_edge("node_a", "node_b")builder.add_edge("node_b", END)# 执行过程：# Super-step 1: 执行 node_a，保存 checkpoint_1# Super-step 2: 执行 node_b，保存 checkpoint_2

这种情况下，一个 super-step 确实对应一个节点的执行。

情况二：复杂图（一个 super-step = 多个并行节点）

在复杂的图中，如果多个节点没有依赖关系，它们可以在同一个 super-step 中并行执行：

# 复杂图：START -> node_a -> [node_b, node_c] -> node_d -> ENDbuilder.add_edge(START, "node_a")builder.add_edge("node_a", "node_b")  # node_b 依赖 node_abuilder.add_edge("node_a", "node_c")  # node_c 也依赖 node_abuilder.add_edge("node_b", "node_d")  # node_d 依赖 node_bbuilder.add_edge("node_c", "node_d")  # node_d 也依赖 node_c# 执行过程：# Super-step 1: 执行 node_a，保存 checkpoint_1# Super-step 2: 并行执行 node_b 和 node_c（它们都依赖 node_a，但彼此独立），保存 checkpoint_2# Super-step 3: 执行 node_d（等待 node_b 和 node_c 都完成），保存 checkpoint_3

这种情况下，Super-step 2 包含了两个节点的并行执行。

Super-step 的执行过程

无论哪种情况，每个 super-step 都包含以下过程：

1. 读取当前状态：从上一个 checkpoint 恢复状态
2. 确定可执行节点：找出所有依赖已满足、可以执行的节点
3. 执行节点：执行这些节点（可能是一个，也可能是多个并行）
4. 合并状态：将各个节点的输出合并到状态中
5. 保存 checkpoint：将当前状态保存为新的 checkpoint

关键理解：Super-step 不是按节点数量定义的，而是按"所有依赖都满足后，执行所有准备好的节点"这个逻辑定义的。在简单情况下，可能只有一个节点准备好；在复杂情况下，可能有多个节点可以并行执行。

每个 super-step 都会自动保存一个 checkpoint，这就是持久化机制的基础。即使程序中断，也能从最后一个 super-step 的 checkpoint 恢复执行。

StateSnapshot（状态快照）

StateSnapshot 是 checkpoint 的具体表示形式，它完整记录了图在某个时间点的状态信息。每个 StateSnapshot 包含以下关键属性：

• values：状态通道的当前值，这是图的核心数据
• next：下一步要执行的节点名称元组
• config：配置信息，包括 thread_id 和 checkpoint_id
• metadata：元数据，记录执行信息，如步骤号、写入的节点等
• created_at：checkpoint 的创建时间
• parent_config：父 checkpoint 的配置信息
• tasks：待执行的任务信息

# 获取一个 StateSnapshot 示例snapshot = graph.get_state({"configurable": {"thread_id": "1"}})print(snapshot.values)  # {'messages': [...], 'foo': 'bar'}print(snapshot.next)  # ('node_a', 'node_b') 或 () 表示执行完成print(snapshot.metadata)  # {'step': 2, 'writes': {...}, 'source': 'loop'}print(snapshot.config)  # {'configurable': {'thread_id': '1', ...}}

StateSnapshot 不仅保存了状态数据，还保存了执行上下文，这使得时间旅行和状态恢复成为可能。

三者之间的关系

这三个概念紧密相关：

图定义了执行流程，super-step 是执行单位，StateSnapshot 记录状态，checkpoint 将状态持久化保存。

核心概念：Thread 和 Checkpoint

理解了基础概念后，现在来看持久化机制的两个核心概念：

Thread（线程）

Thread 可以理解为一个对话会话的唯一标识符。每次调用图时，需要指定一个 thread_id，所有相关的状态都会被保存到这个线程中。

config = {"configurable": {"thread_id": "conversation_1"}}graph.invoke(input_data, config)

不同的 thread_id 对应不同的会话，它们之间互不干扰。这样就能同时处理多个用户的对话，每个用户都有自己独立的对话历史。

Checkpoint（检查点）

Checkpoint 是图在某个时间点的状态快照。LangGraph 会在每个 super-step（超级步骤）自动保存一个 checkpoint，记录下当前的状态值、下一步要执行的节点、元数据等信息。

一个简单的图执行过程可能会产生多个 checkpoint：

1. 初始 checkpoint（空状态，准备执行 START 节点）2. 用户输入后的 checkpoint（包含输入数据）3. 节点 A 执行后的 checkpoint（包含节点 A 的输出）4. 节点 B 执行后的 checkpoint（包含节点 B 的输出）5. 最终 checkpoint（执行完成）

每个 checkpoint 都是一个完整的 StateSnapshot 对象，包含：

• values：当前状态的值
• next：下一步要执行的节点
• metadata：元数据信息
• config：配置信息
• created_at：创建时间
  

编程示例

让我们通过一个完整的例子来理解持久化机制是如何工作的。

基础示例：让智能体记住对话

首先，创建一个简单的对话智能体：

from langchain.chat_models import init_chat_modelfrom langgraph.checkpoint.memory import InMemorySaverfrom langgraph.graph import StateGraph, MessagesState, STARTimport os# 初始化模型llm = init_chat_model(    model="qwen-plus",    model_provider='openai',    api_key=os.getenv("DASHSCOPE_API_KEY"),    base_url="https://dashscope.aliyuncs.com/compatible-mode/v1")# 定义节点函数def call_model(state: MessagesState):    response = llm.invoke(state["messages"])    return {"messages": response}# 创建 checkpointercheckpointer = InMemorySaver()# 构建图builder = StateGraph(MessagesState)builder.add_node("agent", call_model)builder.add_edge(START, "agent")# 编译图时传入 checkpointergraph = builder.compile(checkpointer=checkpointer)

关键点在于最后一行：builder.compile(checkpointer=checkpointer)。这行代码启用了持久化机制。

现在来测试一下记忆功能：

# 第一次对话config = {"configurable": {"thread_id": "user_123"}}response1 = graph.invoke(    {"messages": [{"role": "user", "content": "你好，我的名字是张三"}]},    config)print(f"AI: {response1['messages'][-1].content}")# 第二次对话（相同 thread_id）response2 = graph.invoke(    {"messages": [{"role": "user", "content": "我的名字是什么？"}]},    config  # 使用相同的 thread_id)print(f"AI: {response2['messages'][-1].content}")

运行这段代码，会发现第二次调用时，AI 能够准确回答"你的名字是张三"。这就是持久化机制在起作用：第二次调用时，checkpointer 自动恢复了第一次对话的历史记录。

查看状态历史

持久化机制还提供了查看历史状态的能力：

# 获取最新状态current_state = graph.get_state(config)print(f"当前消息数: {len(current_state.values['messages'])}")# 获取完整历史history = list(graph.get_state_history(config))print(f"总共有 {len(history)} 个 checkpoint")# 遍历历史记录for i, snapshot in enumerate(history):    print(f"\nCheckpoint {i}:")    print(f"  时间: {snapshot.created_at}")    print(f"  消息数: {len(snapshot.values['messages'])}")    print(f"  下一步节点: {snapshot.next}")

这个功能在调试时非常有用，可以清楚地看到图执行的每一步。

Checkpointer 的实现方式

LangGraph 提供了多种 checkpointer 实现，适用于不同的场景：

📦 InMemorySaver（内存存储）

适合开发和测试，数据保存在内存中，程序重启后丢失：

from langgraph.checkpoint.memory import InMemorySavercheckpointer = InMemorySaver()graph = builder.compile(checkpointer=checkpointer)

💾 SqliteSaver（SQLite 数据库）

适合本地开发和实验，数据持久化到 SQLite 文件：

from langgraph.checkpoint.sqlite import SqliteSaverimport sqlite3conn = sqlite3.connect("checkpoints.db")checkpointer = SqliteSaver(conn)checkpointer.setup()  # 首次使用需要初始化graph = builder.compile(checkpointer=checkpointer)

🗄️ PostgresSaver（PostgreSQL 数据库）

适合生产环境，性能好，支持并发：

from langgraph.checkpoint.postgres import PostgresSaverDB_URI = "postgresql://user:password@localhost:5432/dbname"checkpointer = PostgresSaver.from_conn_string(DB_URI)checkpointer.setup()  # 首次使用需要初始化graph = builder.compile(checkpointer=checkpointer)

🔴 RedisSaver（Redis 存储）

适合需要高性能缓存的场景：

from langgraph.checkpoint.redis import RedisSaverDB_URI = "redis://localhost:6379"checkpointer = RedisSaver.from_conn_string(DB_URI)checkpointer.setup()graph = builder.compile(checkpointer=checkpointer)

持久化带来的强大能力（应用场景）

持久化机制不仅仅是保存状态那么简单，它开启了四个强大的能力：

🧠 Memory（记忆）

这是最直观的应用。通过 thread_id，智能体可以记住之前的对话内容，实现真正的多轮对话。

# 第一次对话graph.invoke(    {"messages": [{"role": "user", "content": "我喜欢 Python"}]},    {"configurable": {"thread_id": "chat_1"}})# 第二次对话，智能体记得之前的信息graph.invoke(    {"messages": [{"role": "user", "content": "我刚才说了我喜欢什么？"}]},    {"configurable": {"thread_id": "chat_1"}})

👤 Human-in-the-loop（人工介入）

持久化让人工介入成为可能。可以在关键步骤暂停执行，等待人工审核。但这里有一个重要的机制需要理解：状态更新与 reducer 函数的关系。

理解 update_state 的行为

当使用 update_state 更新状态时，LangGraph 会采用与节点更新相同的处理方式：

关键规则：

• 有 reducer 的通道：更新值会传递给 reducer 函数处理

• 不会直接覆盖，而是通过 reducer 函数合并
• 例如：messages: Annotated[list, add_messages] 会追加消息，而不是替换

• 没有 reducer 的通道：更新值会直接覆盖

• 直接替换原有的值

这意味着 update_state不会自动覆盖所有通道的值，而是根据每个通道是否定义了 reducer 来决定处理方式。

实际例子

from typing import Annotatedfrom typing_extensions import TypedDictfrom langgraph.graph.message import add_messages# 定义状态，包含有 reducer 和没有 reducer 的通道class State(TypedDict):    messages: Annotated[list, add_messages]  # 有 reducer：追加    counter: int  # 没有 reducer：直接覆盖    user_name: str  # 没有 reducer：直接覆盖# 假设当前状态current_state = {    "messages": [{"role": "user", "content": "Hello"}],    "counter": 5,    "user_name": "Alice"}# 使用 update_state 更新graph.update_state(    config,    {        "messages": [{"role": "assistant", "content": "Hi"}],  # 会追加，不会替换        "counter": 10,  # 会直接覆盖为 10        "user_name": "Bob"# 会直接覆盖为 "Bob"    })# 更新后的状态：# {#     "messages": [#         {"role": "user", "content": "Hello"},  # 保留原有#         {"role": "assistant", "content": "Hi"}  # 追加新的#     ],#     "counter": 10,  # 被覆盖#     "user_name": "Bob"  # 被覆盖# }

理解 as_node 参数：控制执行流程

update_state 还有一个重要的可选参数 as_node，它用于控制下一步要执行的节点。

关键机制：

• 下一步执行哪个节点取决于最后一个更新状态的节点
• 图的边（edges）定义了从某个节点到其他节点的路径
• 通过 as_node 参数，可以"伪装"更新来自某个特定节点，从而控制执行流程

行为规则：

• 如果提供了 as_node：更新会被当作来自该节点的更新
• 如果没有提供 as_node：会使用最后一个更新状态的节点（如果不模糊）
• 如果无法确定（模糊情况）：需要显式指定 as_node

实际例子：控制执行路径

（1）情况 A：条件边（Conditional Edge）

# 假设图结构如下（条件边）：# START -> node_a -> [条件判断] -> node_b 或 node_c# node_a 有条件边，根据条件选择 node_b 或 node_c# 场景 1：不指定 as_node（使用默认行为）state = graph.get_state(config)graph.update_state(config, {"counter": 10})# 下一步会从最后一个更新状态的节点继续执行# 场景 2：指定 as_node，控制执行路径graph.update_state(    config,    {"counter": 10},    as_node="node_a"# 指定更新来自 node_a)# 下一步会从 node_a 的条件边继续执行（根据条件选择 node_b 或 node_c，只执行其中一个）

（2）情况 B：多条普通边（并行执行）

# 假设图结构如下（多条普通边）：# START -> node_a -> node_b#                -> node_c# node_a 有两条普通边分别指向 node_b 和 node_c# 指定 as_node 为 node_agraph.update_state(    config,    {"counter": 10},    as_node="node_a"  # 指定更新来自 node_a)# 下一步会从 node_a 的边继续执行# 由于 node_b 和 node_c 都依赖 node_a，且彼此独立，它们会在同一个 super-step 中并行执行

从特定节点重新开始

# 从特定节点重新开始执行graph.update_state(    config,    {"messages": [{"role": "user", "content": "重新开始"}]},    as_node="node_b"  # 指定更新来自 node_b)# 下一步会从 node_b 的边继续执行

关键区别：

• 条件边：根据条件选择其中一个节点执行（不并行）
• 多条普通边：如果节点之间没有依赖关系，会在同一个 super-step 中并行执行

上述的机制在以下场景非常有用：

场景一：人工修正后改变执行路径

# 1. 获取当前状态state = graph.get_state(config)print(f"当前在节点: {state.next}")# 2. 人工审核发现需要改变执行路径# 假设原本应该执行 node_b，但人工决定改为执行 node_c# 3. 更新状态，并指定 as_node 为 node_a（分支节点）graph.update_state(    config,    {"decision": "go_to_c"},  # 修改决策    as_node="node_a"# 从 node_a 重新路由)# 4. 继续执行，现在会从 node_a 根据新的状态路由到 node_cgraph.invoke(updated_input, config)

场景二：从特定节点重新执行

# 从某个中间节点重新开始执行graph.update_state(    config,    {"messages": [{"role": "user", "content": "重新处理"}]},    as_node="agent"  # 从 agent 节点重新开始)# 下一步会从 agent 节点的边继续执行

场景三：创建执行分支（Fork）

# 从某个 checkpoint 创建新分支old_state = graph.get_state({    "configurable": {        "thread_id": "thread_1",        "checkpoint_id": "checkpoint_2_id"    }})# 更新状态，指定从特定节点开始graph.update_state(    {"configurable": {"thread_id": "thread_1_fork"}},    old_state.values,    as_node="node_a"  # 从 node_a 开始新分支)

人工介入的完整流程

# 1. 获取当前状态state = graph.get_state(config)print(f"当前状态: {state.values}")print(f"下一步节点: {state.next}")# 2. 人工审核和修改updates = {    "messages": [{"role": "user", "content": "修正后的消息"}],    "counter": 0,}# 3. 更新状态，并控制执行路径graph.update_state(    config,    updates,    as_node="agent"# 指定从 agent 节点继续执行)# 4. 从检查点继续执行# 现在会从 agent 节点的边继续执行graph.invoke(updated_input, config)

为什么这样设计？

这种设计的好处：

• 🔄 一致性：update_state 和节点更新使用相同的规则，保证行为一致
• 🛡️ 安全性：有 reducer 的通道不会被意外覆盖，保护累积的数据
• 🎯 灵活性：可以根据需要选择直接覆盖或通过 reducer 合并

理解这个机制，对于正确使用人工介入功能非常重要。特别是在修改包含 reducer 的通道时，需要明确知道是追加还是替换。

⏰ Time Travel（时间旅行）

可以回放之前的执行过程，这对于调试和分析非常有用。但这里有一个重要的机制需要理解：checkpoint 回放的分支行为。

理解 Checkpoint 回放机制

当从某个 checkpoint_id 回放执行时，LangGraph 会采用智能的回放策略：

关键规则：

• checkpoint_id 之前的步骤：只"重放"（re-play），不重新执行

• LangGraph 知道这些步骤已经执行过
• 直接使用已保存的 checkpoint 数据，不会重新运行节点函数
• 这样可以节省计算资源，避免重复执行

• checkpoint_id 之后的步骤：会重新执行，创建新分支

• 即使这些步骤之前执行过，也会重新运行
• 这相当于从该 checkpoint 创建了一个新的执行分支（fork）
• 允许探索不同的执行路径

# 假设执行历史如下：# Step 0: START -> checkpoint_0# Step 1: node_a -> checkpoint_1# Step 2: node_b -> checkpoint_2# Step 3: node_c -> checkpoint_3# 从 checkpoint_1 回放config = {    "configurable": {        "thread_id": "thread_1",        "checkpoint_id": "checkpoint_1_id"# 指定回放起点    }}# 执行结果：# - checkpoint_0 和 checkpoint_1：直接使用已保存的数据（不重新执行）# - checkpoint_1 之后的步骤：重新执行 node_b 和 node_c（创建新分支）graph.invoke(new_input, config)

实际应用场景

这个机制在以下场景非常有用：

场景一：探索不同的执行路径

# 第一次执行config = {"configurable": {"thread_id": "explore_1"}}result1 = graph.invoke(input_data, config)# 获取历史，找到关键决策点history = list(graph.get_state_history(config))decision_point = history[2]  # 假设这是某个决策节点# 从决策点重新执行，尝试不同的输入config_fork = {    "configurable": {        "thread_id": "explore_1",        "checkpoint_id": decision_point.config["configurable"]["checkpoint_id"]    }}result2 = graph.invoke(different_input, config_fork)  # 创建新分支

场景二：调试和分析

# 查看某个时间点的状态history = list(graph.get_state_history(config))old_state = graph.get_state({    "configurable": {        "thread_id": "chat_1",        "checkpoint_id": history[2].config["configurable"]["checkpoint_id"]    }})# 分析该时间点的状态print(f"Step {old_state.metadata.get('step', 0)} 的状态:")print(f"  值: {old_state.values}")print(f"  下一步: {old_state.next}")# 如果需要，可以从这个点重新执行graph.invoke(modified_input, {    "configurable": {        "thread_id": "chat_1",        "checkpoint_id": history[2].config["configurable"]["checkpoint_id"]    }})

场景三：错误恢复和重试

# 执行过程中出错try:    graph.invoke(input_data, config)except Exception as e:    # 获取最后一个成功的 checkpoint    last_state = graph.get_state(config)        # 从该 checkpoint 重新执行（只重新执行之后的步骤）    fixed_input = fix_input(input_data)    graph.invoke(fixed_input, {        "configurable": {            "thread_id": config["configurable"]["thread_id"],            "checkpoint_id": last_state.config["configurable"]["checkpoint_id"]        }    })

性能优势

这种设计带来的好处：

• ⚡ 节省计算：已执行的步骤不会重复运行，直接使用保存的结果
• 🔀 灵活分支：可以从任意 checkpoint 创建新的执行路径
• 🐛 便于调试：可以精确控制从哪个点开始重新执行
• 💾 状态一致：确保回放时的状态与原始执行时完全一致

理解这个机制，对于充分利用 LangGraph 的时间旅行功能非常重要。

🛡️ Fault-tolerance（容错）

当节点执行失败时，可以从最后一个成功的 checkpoint 恢复，不会丢失已完成的工作：

try:    graph.invoke(input_data, config)except Exception as e:    # 获取最后一个成功的状态    last_state = graph.get_state(config)    # 从失败的地方重新开始    graph.invoke(updated_input, config)

实际应用场景

在实际项目中，持久化机制的应用场景非常广泛：

场景一：多用户对话系统

每个用户分配一个唯一的 thread_id，实现用户之间的对话隔离：

def handle_user_message(user_id, message):    config = {"configurable": {"thread_id": f"user_{user_id}"}}    response = graph.invoke(        {"messages": [{"role": "user", "content": message}]},        config    )    return response

场景二：长时间运行的智能体

对于需要长时间运行的智能体任务，持久化可以确保即使程序重启，也能从上次中断的地方继续：

# 第一次执行config = {"configurable": {"thread_id": "long_task_1"}}graph.invoke(initial_input, config)# ... 程序重启 ...# 恢复执行last_state = graph.get_state(config)graph.invoke(continue_input, config)

场景三：调试和分析

通过查看 checkpoint 历史，可以分析智能体的决策过程：

def analyze_agent_behavior(thread_id):    config = {"configurable": {"thread_id": thread_id}}    history = list(graph.get_state_history(config))        for snapshot in history:        print(f"Step {snapshot.metadata.get('step', 0)}:")        print(f"  State: {snapshot.values}")        print(f"  Next nodes: {snapshot.next}")        print(f"  Writes: {snapshot.metadata.get('writes', {})}")

性能考虑

在使用持久化机制时，需要注意一些性能问题：

• ⚡ Checkpoint 频率：每个 super-step 都会保存 checkpoint，对于高频调用的场景，需要考虑存储成本
• 💾 存储选择：生产环境建议使用 PostgreSQL 或 Redis，而不是内存存储
• 🔍 历史清理：定期清理旧的 checkpoint，避免存储空间无限增长

# 删除某个线程的所有 checkpointcheckpointer.delete_thread("old_thread_id")

总结

LangGraph 的持久化机制通过 checkpointer 和 thread 的概念，为 AI 智能体提供了强大的状态管理能力。它不仅解决了多轮对话的问题，还开启了人工介入、时间旅行、容错等高级功能。

在实际开发中，选择合适的 checkpointer 实现很重要：

• 开发测试：使用 InMemorySaver
• 本地部署：使用 SqliteSaver
• 生产环境：使用 PostgresSaver 或 RedisSaver

理解持久化机制，是构建高质量 AI 智能体应用的关键一步。希望这篇文章能帮助大家更好地理解和使用 LangGraph 的持久化功能。

最后

为什么要学AI大模型

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