一、背景

此前筆者對 AI Agent 研究的涉獵比較少，也基本沒有系統介紹過與 Agent 相關的內容。然而，最近由 Anthropic 提出的 MCP（Model Context Protocol [1]，模型上下文協議）在社區中引發廣泛關注，筆者也趁此機會“蹭蹭熱度”，了解下 MCP 到底是什么，了解一下 MCP 的基本概念和工作機制。

在最初接觸 MCP 時，也曾對其一些設計感到困惑。于是帶著這些疑問進行了進一步的調研，逐漸對 MCP 的組成及運作方式有了初步的認識，比如：

• MCP 中的 Resource、Prompt、Tool、Sampling、Root 是什么，有什么用。
• 誰來決定是否調用 Client。
• 如何判斷調用哪些 Client。
• Client 和 Server 之間如何傳輸，協議是什么。
• 怎么使用 Prompt。

本文將嘗試基于這些問題，對 MCP 進行一番介紹和解析。

二、MCP 架構

2.1 引言

Anthropic 的 MCP 是一種開放標準協議，旨在簡化 Agent/LLM 與外部數據源和工具之間的集成過程。它提供了一種統一的方式，使 AI 模型能夠高效、安全地訪問和利用各種資源。

如下圖所示，可以將 MCP 理解為一個 “AI 的 USB 接口”，提供了一個連接標準，使 Agent/LLM（如 Claude、ChatGPT、Qwen）能夠方便、安全的訪問各種外部工具和數據（比如 Gmai、Slack、本地文件等）：

• 傳統方式的問題：每個服務（Gmail、Slack、Calendar）都有自己獨特的 API，每一個 Agent（LLM）都需要各自去適配。如果有 M 個 Agent、N 個服務，則相應的復雜度為 M x N。
• MCP 的優勢：MCP 對各個服務的接口進行了統一，這樣 M 個 Agent 可以直接使用這 N 個服務，大幅降低重復開發和適配的成本。隨著更多組織或者開發者開始采用 MCP，其有望成為 AI 應用集成的主流協議。

2.2 MCP 架構概覽

如下圖所示（來自：Visual Guide to Model Context Protocol (MCP) [2]）為 MCP 的關鍵架構，受到 Language Server Protocol（LSP）的啟發，旨在標準化 AI 與外部系統的交互方式，包括 3 個關鍵組件：

• Host：通常是 AI 應用（Agent），比如 Anthropic Claude Desktop、Cursor、Cline 等，負責選擇并調用 MCP Client，以便使用各種 MCP Server 提供的能力。
• Client：Host 內的連接器，負責與 Server 建立 1 對 1 的連接，以便使用 Server。
• Server：提供資源、工具或 Prompts 的服務，如文件系統、數據庫、API 等。

如上圖所示，Client 和 Server 之間使用雙向的 JSON-RPC 2.0 進行通信。當前支持 stdio 和 Streamable HTTP 兩種傳輸機制。

• stdio：Client 以子進程方式啟動 MCP Server，并通過標準輸入輸出建立通信管道。Server 從 stdin 中讀取 JSON-RPC 消息（可以是 Request、Response 或 Notification），并將消息發送到 stdout。 （PS：Server 不能往 stdin 寫，Client 不能往 stdout 寫）
• Streamable HTTP + SSE：Client 發起 HTTP GET 并在 Accept: text/event-stream 下打開 SSE 流；Server 在該流上通過 SSE 推送 JSON?RPC Request 和 Notification，Client 監聽并處理。Client 再通過 HTTP POST 將對應的 JSON?RPC 響應提交至同一 MCP 端點，實現完整的雙向交互。
• WebSocket：Transport Layer 也支持自定義的傳輸機制，比如常見的 WebSocket。Server 和 Client 均可充當 JSON?RPC 請求的發起者和接收者；Client 在連接時注冊自己支持的 method，Server 即可通過同一通道調用這些方法。

2.3 MCP 關鍵概念

2.3.1 Resources

Resources 在 MCP 中指的是 AI 可以訪問和讀取的數據來源。這些數據包括但不限于文件內容、數據庫記錄、屏幕截圖、圖像、日志文件、API 響應等。每一個 resource 都有一個獨立的 URI，包含文本或者二進制數據，其可以為 AI 提供所需的上下文信息。如下所示為使用 MCP 的 Python SDK（The official Python SDK for Model Context Protocol servers and clients [3]） 在 MCP Server 中實現 Resource 的簡單示例：

• list_resources()：用于列出所有 resource（列表），以便后續選擇、訪問。resource 對應的數據類型為 types.Resource，其包含唯一的 uri，也有對應的 mimeType。
• read_resource()：根據 uri 訪問對應的 resource。

2.3.2 Prompts

Prompts 是預定義的模板或指令，旨在指導 AI 生成響應或執行特定任務。它們是 MCP 擴展性的一部分，允許開發者根據具體需求創建新的 Prompt 模板，以增強 AI 與數據源的交互。如下所示為使用 MCP Python SDK 在 MCP Server 中實現 Prompt 的簡單示例：

• list_prompts()：列出所有可用的 Prompt（列表）。prompt 對應的類型為 types.Prompt，包含唯一的 name，必要的 description 以及一個 arguments 列表。
• get_prompt()：根據 name 獲取對應的 Prompt，返回的是 GetPromptResult，包含 description 和 messages 屬性。

Prompts 在 Anthropic 的分類中屬于“用戶控制”（user?controlled）級別，意味著最終由用戶在客戶端界面中主動選擇并執行，具有以下特性：

• 動態參數：支持在調用時傳入變量，生成個性化提示。
• 資源上下文：可將文件、日志等資源內容嵌入到提示中。
• 流程編排：可鏈式組合多輪交互，實現復雜工作流。

2.3.3 Tools

Tools 是 MCP Server 提供的功能（PS：也是當前使用最多，支持最好的功能），AI 可以調用這些功能執行具體操作，如運行代碼、訪問外部 API 或自動化任務。這些工具需要用戶批準，確保安全性和可控性。和 Resources 類似，工具也需要包含唯一的 name，并且包含相應的描述（description），以便引導更好的使用該工具。如下所示為使用 MCP 的 Python SDK 在 MCP Server 中實現 Tools 的簡單示例：

• list_tools()：列出所有可用 Tools（列表）。tool 對應的類型為 types.Tool，同樣包含唯一的 name，必要的 description，以及相應的 inputSchema（對應 Anthropic Claude function call 中的 input_schema）。
• call_tool()：根據 name 以及對應的 arguments 調用相應的 tool，比如這里是執行相應的求和計算。

2.3.4 Sampling

Sampling 允許 Server 通過 Client 請求 LLM 完成生成，支持復雜的代理行為，同時保持安全性和隱私。 不過當前 Sampling 特性在 Claude Desktop client 中還未支持。Sampling 擴展了 MCP 的 Client-Server 架構，使得 Server 無需自行承載或調用遠端模型，就能通過 Client 訪問預制的 LLM 能力，實現更強的交互能力。典型的流程包含如下 5 個步驟：

• Server 調用 sampling/createMessage 向 Client 發送請求（PS：可以雙向通信）。
• Client 接收后，可根據策略或人工審核，對請求進行修改或拒絕。
• Client 在本地或受信任環境中調用 LLM 執行生成采樣。
• Client 可再次審核生成的 completion，并對結果進行過濾或調整。
• Client 將最終的 completion 通過 JSON-RPC 響應返回給 Server。

2.3.5 Roots

Roots 定義了 Server 可以操作的邊界。root 可以作為 URI，當 Client 連接 Server 時，聲明 Server 需要關注的范圍。主要是用于文件系統路徑（如file:///home/user/projects/myapp）或 HTTP URL（如 ??https://api.example.com/v1??），幫助服務器了解相關資源和位置，明確工作空間資源，并支持同時處理多個資源。如下圖所示為 MCP Client 聲明 roots 的典型方式，此配置表明 Server 同時聚焦于本地倉庫與遠程 API 端點，且在邏輯上保持二者獨立。

2.4 能力協商機制

MCP 采用基于能力的協商機制，Client 和 Server 需要在初始階段聲明各自支持的“能力”特性。“能力”聲明決定了會話階段可使用的協議特征和基本操作。

• 初始階段：

Server 需要聲明：可用 Resource、支持的 Tool、Prompt 模板。

Client 需要聲明：Sampling 支持，Notification 處理。

• 會話階段：Client 和 Server 需要嚴格遵守已聲明的能力范圍。

如下圖所示展示初始階段和會話階段的幾個過程：

• 紅框：初始階段，Host 調用 Client，Client 訪問 Server 獲取 Server 可支持的資源和能力（list_resources()，list_tools()）。
• 藍框：會話階段（Host 發起），Host 中用戶或模型發起 Action，調用 Client，Client 請求 Server 來獲取資源或執行工具（read_resource()，call_tool()）。
• 綠框：會話階段（Server 發起），Server 調用 Client 獲得 Sampling 支持，Client 轉發給 Host 并獲取響應，然后返回給 Server。

三、實現細節

3.1 Tools 和 Resources 管理

在 Python SDK 中，Server 側使用 ToolManager 管理當前 Server 的所有 Tool，并提供 list_tools() 和 call_tool() 方法：

Host 端會管理所有的 Client，通過這些 Client 可以管理所有 Server 的所有 Tools。如下圖所示，OpenAI 的 Agents 庫中提供了 get_all_function_tools() 來獲取所有 Server 的所有 Tools（openai-agents-python/src/agents/mcp/util.py [4]），并且不允許 Tool name 有重復（即使在不同的 Server）： 

PS：不同的 Host 可以實現不同的管理方式，但是最終將這些 Tools 傳入 LLM 的方式都類似。此外，管理 Resources 的機制也類似。

3.2 與 LLM 的結合

3.2.1 Function Call

有了 Tools 和 Resources，Host 是怎么判斷使用哪個 Server 的哪個 tool/resource 呢？其實和之前的 AI Agent 沒有什么本質區別。依然是將可用的 tool 和 resource 傳入 LLM，依賴 LLM 的 Function Call 能力來智能選擇。

如下圖所示為 OpenAI 的 Function Call（Function calling - OpenAI API [5]） 調用方式及 Anthropic Claude 的 Function Call（Tool use with Claude - Anthropic [6]）調用方式，整體基本一致，只是一個是 “parameters”，一個是“input_schema”。Qwen （Function Calling - Qwen [7]）也基本類似，替換使用的 LLM 的成本也相對比較低。

3.2.2 Server & Tool 選擇

當前常見的 Host 中不會特意選擇 Server，而是將所有 Server 的 Tools 匯總，一起交由 LLM 來選擇。而 Tools 越多，就會導致 LLM 的 Input Token 數越多，造成 LLM 調用成本的增加，也可能導致效果的降低。如下所示，OpenAI Function Call 的文檔中建議 Tools 的數量不超過 20 個（Function calling - OpenAI API [5]）

除此之外，有些場景并不需要使用 Tools，為此 OpenAI 中也提供 tool_choice 選項：

• Auto：表示由 LLM 判斷是否使用 tool，以及使用哪些 tool。
• Required：表示必須使用至少一個 tool。
• Forced Function：表示強制使用某個 tool。

當然，上述有個潛在的問題，無論是否使用 tool，都需要把全量 Tools 傳入 LLM，必然造成輸入 Token 數的增加，也就是成本的增加（PS：也可以通過 Prefix Cache 緩解）。隨著 MCP 的發展，Tools 的數量會越來越多，此時就會需要一種低成本的機制，調用 LLM 之前對 Tools 進行粗篩，然后再供 LLM 選擇。

3.3 MCP Prompt 的使用

在 MCP 中，Prompts 是服務器向客戶端暴露的“用戶可控”模板，用于標準化和復用與大模型交互的常見流程。Client 可以通過 JSON?RPC 調用 prompts/list 發現可用模板，再通過 prompts/get 獲取具體的消息序列（messages），并可傳入動態參數或嵌入資源上下文，從而自動化地生成用戶與模型之間的交互內容。相應的過程如下圖所示：

• Discovery：調用 prompts/list 方法，獲得所有可用 Prompts，對應我們前面介紹的 list_prompts()。
• Usage：調用 prompts/get 方法，并傳入必要的參數，以便組裝 Prompt 或者嵌入資源（Resource）上下文，對應我們前面介紹的 get_prompt()。
• Changes：Server 也可以更新 Prompt 并通知 Client（notifications/prompts/list_changed） 相應的變更，Client 需要重新獲取 Prompts。

四、示例

4.1 MCP Server 開發和驗證

可以參考 The official Python SDK for Model Context Protocol servers and clients [3] 中的示例快速實現一些 Demo。如下圖所示，我們在 Demo Server 中提供兩個 Tool：

• pack：給定兩個整數，返回的是打包過程，這里我們求和并額外加了 1000000，以便區分 LLM 自己生成的結果。
• get_paper_abstract：給定一個 Arxiv 論文的 ID，返回對應論文的摘要。

開發完可以先使用 mcp 的 Inspector 工具（Inspector - Model Context Protocol [8]）對 Server 進行調試，使用 “Tools” 中的 “List Tools” 可以列出所有可用工具，有對應的 name 和 description。選中對應工具并輸入相關參數即可以 “Run Tool” 并獲得結果：

4.2 Claude Desktop 集成 MCP Server

驗證完 Server 的正確性即可以將其集成到 Claude Desktop 中使用。首次使用可以創建一個空的 “~/Library/Application\ Support/Claude/claude_desktop_config.json” 文件并編輯，即可激活 Claude Desktop 的 MCP 支持。如下所示，可以在 claude_desktop_config.json 中配置相應的 McpServers，這里是一個 Dict，可以配置多個 Server。這里用 uv 管理 Python 環境，command 中最好寫上絕對路徑，不然在 Mac 中可能異常：

配置完之后重啟 Claude Desktop 會發現多了如下的工具選項（PS：如果 Server 有問題，啟動時會有相應報錯，可以查看對應日志文件）：

展開工具選項可以看到剛才配置的 Server 中的兩個工具（PS：當前 Claude Desktop 支持的還不完善，比如，配置了 Resource Template 沒有生效），如下所示：

4.3 Tool 驗證

集成之后就可以在 Claude Desktop 中使用相應的工具。

如下圖所示為 pack 工具的驗證：

• 問題：“請打包 321 和 654 兩個數。”
• 紅框：執行了對應的 pack 工具，并輸出 “321 + 654 = 1000975”。
• 藍框：LLM 將工具返回的內容 “321 + 654 = 1000975” 再次輸入 LLM，獲得對應的文本輸出。

如下圖所示為 get_paper_abstract 工具的驗證：

• 問題：“請給我提供論文 2504.02263 的摘要”。
• 紅框：執行了對應的 get_paper_abstract 工具，并輸出論文的英文摘要。
• 藍框：LLM 將工具返回的英文摘要重新輸入 LLM，由于我們用中文提問，因此 LLM 自動進行了中文翻譯，并輸出翻譯后的摘要。

五、參考鏈接

1. ??https://modelcontextprotocol.io/introduction??
2. ??https://www.dailydoseofds.com/p/visual-guide-to-model-context-protocol-mcp/??
3. ??https://github.com/modelcontextprotocol/python-sdk??
4. ??https://github.com/openai/openai-agents-python/blob/main/src/agents/mcp/util.py??
5. ??https://platform.openai.com/docs/guides/function-calling/function-calling?api-mode=responses??
6. ??https://docs.anthropic.com/en/docs/build-with-claude/tool-use/overview??
7. ??https://qwen.readthedocs.io/en/latest/framework/function_call.html??
8. ??https://modelcontextprotocol.io/docs/tools/inspector??

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