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智能体面试准备（四）：MCP 协议深入——从架构设计到手写一个 MCP Server

news 2026/7/27 3:05:50

智能体面试准备（四）：MCP 协议深入——从架构设计到手写一个 MCP Server

Model Context Protocol（MCP）是 Anthropic 在 2024 年底开源的一套标准协议，目标是解决"每个 AI 应用都要自己接一遍工具"的碎片化问题。你可以把它理解成"AI 工具调用的 USB-C 接口"——定义了一套统一的客户端-服务端协议，任何 MCP Server 暴露的工具/资源，都能被任何 MCP Client（Claude Desktop、Cursor、自研 Agent）直接使用。面试官考 Agent 岗，MCP 已经成了 2026 年的高频题，这篇文章把它的架构、协议、实现拆透，配可运行代码。

一、为什么需要 MCP：M × N 问题

在 MCP 之前，让 AI 应用接入外部工具是 M × N 问题：M 个 AI 应用（Claude、ChatGPT、Cursor、自研 Agent）× N 个工具源（数据库、文件系统、GitHub、Slack），每个组合都要写一遍集成代码。工具一多，集成成本爆炸。

MCP 的解法是引入一个中间层：工具提供方写一个 MCP Server（只写一次），AI 应用实现一个 MCP Client（只写一次），二者通过标准协议通信。M × N 降为 M + N。

| 对比 | 无 MCP | 有 MCP | |---|---|---| | 集成成本 | M × N | M + N | | 工具复用 | 每个应用各接一遍 | 写一次 Server，所有 Client 通用 | | 协议 | 各家私有 | JSON-RPC 2.0 标准 | | 工具发现 | 硬编码 | 运行时动态发现 | | 换模型/换工具 | 重写集成 | 换 Client/Server 即可 |

这个"M × N → M + N"的论点是面试回答 MCP 价值时的核心框架。

二、MCP 的三层架构

MCP 架构分三层：Host（宿主）、Client（客户端）、Server（服务端）。

| 角色 | 职责 | 示例 | |---|---|---| | Host | 运行 LLM、管理对话、决定何时调工具的应用 | Claude Desktop、Cursor、IDE 插件 | | Client | Host 内的协议适配层，与 Server 通信 | Host 内嵌的 MCP Client 实例 | | Server | 工具/资源的提供方，独立进程 | 文件系统 Server、GitHub Server |

一个 Host 可以连多个 Server（每个 Server 一个 Client 实例），每个 Server 暴露若干工具和资源。Host（LLM）看到的是所有已连接 Server 的工具的合集，统一调度。

通信方式有两种：stdio（子进程，本地用，Server 作为 Host 的子进程运行，通过标准输入输出传 JSON-RPC）和SSE/HTTP（远程用，Server 独立部署，通过网络通信）。本地开发多用 stdio，生产部署多用 SSE。

三、MCP 的三大能力原语

MCP Server 通过三种"原语"（primitive）向 Client 暴露能力：

| 原语 | 方向 | 用途 | 类比 | |---|---|---|---| | Tools | Server → Model | 可执行的操作（函数调用） | Function Calling | | Resources | Server → Model | 可读取的数据（文件、数据库记录） | GET 请求 | | Prompts | Server → User | 预定义的提示词模板 | Slash 命令 |

Tools是最常用的原语，等同于 Function Calling 里的函数。Server 声明工具的 Schema，Client（Host）把它发给 LLM，LLM 决定调用时，Client 通过协议把调用请求转发给 Server 执行，结果返回给 LLM。

Resources让 Server 暴露可读数据，比如文件系统 Server 暴露file:///path/to/file资源，Client 可以按需读取。与 Tools 的区别：Resources 是"读取"（幂等、无副作用），Tools 是"执行"（可能有副作用）。

Prompts是预定义的提示词模板，用户在 Host 里选一个 Prompt，Server 填充参数后返回完整提示词给 LLM。适用于标准化工作流。

四、JSON-RPC 2.0：MCP 的传输协议

MCP 用 JSON-RPC 2.0 做消息格式。核心消息类型：

| 消息类型 | 方向 | 用途 | |---|---|---| | Request | 双向 | 请求（带 id，期待响应） | | Response | 双向 | 对 Request 的响应 | | Notification | 双向 | 通知（不带 id，不期待响应） |

一个典型的 MCP 交互流程：

Client → Server：initialize请求（协商协议版本、能力）
Server → Client：initialize响应（声明自己支持的原语）
Client → Server：tools/list请求（获取工具列表）
Server → Client：返回工具 Schema 列表
（LLM 决定调用某工具后）
Client → Server：tools/call请求（带工具名和参数）
Server → Client：返回执行结果

下面是一个tools/list请求的 JSON-RPC 消息示例：

{ "jsonrpc": "2.0", "id": 1, "method": "tools/list", "params": {} }

对应的响应：

{ "jsonrpc": "2.0", "id": 1, "result": { "tools": [ { "name": "get_weather", "description": "查询指定城市天气", "inputSchema": { "type": "object", "properties": { "city": {"type": "string", "description": "城市名"} }, "required": ["city"] } } ] } }

五、手写一个 MCP Server

下面用 Python 官方 SDK（mcp包）实现一个最小 MCP Server，暴露两个工具：查天气和算数学。这段代码可以直接跑。

""" 最小 MCP Server 示例。 安装: pip install mcp 运行: python mcp_server_demo.py（作为子进程被 Client 启动） """ from mcp.server import Server from mcp.server.stdio import stdio_server from mcp.types import Tool, TextContent import mcp.server.stdio import json import asyncio app = Server("demo-tools-server") # ---- 定义工具 ---- @app.list_tools() async def list_tools() -> list[Tool]: """声明 Server 提供的所有工具（等价于 tools/list 响应）。""" return [ Tool( name="get_weather", description="查询指定城市当天天气。当用户问天气、气温时调用。", inputSchema={ "type": "object", "properties": { "city": { "type": "string", "description": "城市名，如'北京'" } }, "required": ["city"] } ), Tool( name="calculate", description="执行数学计算表达式。", inputSchema={ "type": "object", "properties": { "expression": { "type": "string", "description": "数学表达式，如'3*8+2'" } }, "required": ["expression"] } ) ] @app.call_tool() async def call_tool(name: str, arguments: dict) -> list[TextContent]: """执行被调用的工具（等价于 tools/call 响应）。""" if name == "get_weather": city = arguments.get("city", "") # 模拟天气数据（实际接 API） mock = {"北京": "晴 25°C", "上海": "多云 28°C", "深圳": "雷阵雨 30°C"} result = mock.get(city, f"未找到{city}的天气") return [TextContent(type="text", text=f"{city}今天天气: {result}")] elif name == "calculate": expr = arguments.get("expression", "") try: # 注意：生产环境不要用 eval，这里仅演示 result = eval(expr, {"__builtins__": {}}, {}) return [TextContent(type="text", text=f"{expr} = {result}")] except Exception as e: return [TextContent(type="text", text=f"计算失败: {e}")] else: return [TextContent(type="text", text=f"未知工具: {name}")] async def main(): """通过 stdio 启动 Server。""" async with stdio_server() as (read_stream, write_stream): await app.run(read_stream, write_stream, app.create_initialization_options()) if __name__ == "__main__": asyncio.run(main())

代码要点解读：

@app.list_tools()装饰器注册工具声明回调，Client 发tools/list时触发，返回工具 Schema 列表。
@app.call_tool()装饰器注册工具执行回调，Client 发tools/call时触发，按 name 路由到对应逻辑。
stdio_server()用标准输入输出做传输，Host 以子进程方式启动这个 Server，通过管道收发 JSON-RPC 消息。
返回值是TextContent列表——MCP 工具结果支持多种内容类型（text、image、resource），最常用的是 text。

六、MCP Client 侧：Host 怎么用

Host 侧（Client）的工作是：启动/连接 Server → 获取工具列表 → 把工具发给 LLM → LLM 决定调用时转发给 Server → 回填结果。下面是 Client 侧的核心逻辑（伪代码示意流程）：

""" MCP Client 侧流程示意（伪代码，展示协议交互）。 """ import asyncio from mcp import ClientSession, StdioServerParameters from mcp.client.stdio import stdio_client async def run_client(): # 1. 定义如何启动 Server（stdio 模式） server_params = StdioServerParameters( command="python", args=["mcp_server_demo.py"], ) # 2. 启动 Server 子进程并建立会话 async with stdio_client(server_params) as (read, write): async with ClientSession(read, write) as session: # 3. 初始化握手 await session.initialize() # 4. 获取工具列表 tools_result = await session.list_tools() print("可用工具:", [t.name for t in tools_result.tools]) # 5. 把工具 Schema 转成 LLM 的 tools 格式 llm_tools = [] for tool in tools_result.tools: llm_tools.append({ "type": "function", "function": { "name": tool.name, "description": tool.description, "parameters": tool.inputSchema, } }) # 6. 调用 LLM（此处用伪代码） # user_msg = "北京天气怎么样？" # llm_response = llm.chat(messages=[...], tools=llm_tools) # if llm_response.tool_calls: # for tc in llm_response.tool_calls: # 7. 转发工具调用给 MCP Server result = await session.call_tool("get_weather", {"city": "北京"}) print("工具结果:", result.content[0].text) # 8. 把 result 回填给 LLM，LLM 生成最终回答 if __name__ == "__main__": asyncio.run(run_client())

这段伪代码展示了 MCP 的完整数据流：Client 拿到 Server 的工具列表后，转成 LLM 能理解的格式发给模型；模型决定调用工具时，Client 通过session.call_tool转发给 Server；Server 执行后结果回到 Client，再回填给 LLM。MCP 在这里扮演的就是"标准化中间层"。

七、MCP vs Function Calling vs LangChain Tools

面试常考三者的定位差异：

| 维度 | Function Calling | LangChain Tools | MCP | |---|---|---|---| | 本质 | 模型 API 能力 | 框架封装 | 开放协议标准 | | 工具定义 | 各家 API 私有格式 | Python 类装饰器 | JSON-RPC + JSON Schema | | 运行位置 | 与 LLM 同进程 | 与 Agent 同进程 | 独立进程/远程 | | 跨语言 | 否（绑定特定 API） | 否（绑定 Python） | 是（协议级跨语言） | | 工具复用 | 同 API 内复用 | 同项目内复用 | 全生态复用（一次编写处处可用） | | 动态发现 | 不支持 | 不支持 | 支持（运行时 list_tools） | | 适用阶段 | 单模型快速接入 | LangChain 生态内 | 多工具、多客户端、跨平台 |

一句话总结：Function Calling 是模型层的能力，LangChain Tools 是框架层的封装，MCP 是协议层的标准。三者不互斥——MCP Server 暴露的工具，最终在 Host 里还是通过 Function Calling 让 LLM 调用的，MCP 只是标准化了"工具怎么被发现和传输"。

八、面试高频追问与答题模板

追问1：MCP 解决了什么问题？答：M × N 集成碎片化问题。M 个 AI 应用 × N 个工具源，每个组合都要写集成代码。MCP 引入标准协议中间层，工具方写一次 Server、应用方写一次 Client，通过 JSON-RPC 通信，成本降为 M + N。类比 USB-C 统一接口。

追问2：MCP 的 Tools 和 Resources 有什么区别？答：Tools 是"可执行操作"，有副作用（写文件、发消息、调 API），等价于 POST 请求；Resources 是"可读数据"，幂等无副作用（读文件、查数据库），等价于 GET 请求。LLM 通过 Tools 做事，通过 Resources 获取上下文。

追问3：MCP Server 怎么被发现的？答：两种模式。一是静态配置（Host 配置文件里写明 Server 启动命令或 URL）；二是动态发现（SSE 模式下 Server 注册到注册中心，Client 查询发现）。目前主流是静态配置，动态发现仍在发展中。

追问4：MCP 的安全性怎么保证？答：三层。传输层：stdio 本地隔离或 SSE 加 TLS；权限层：Server 可声明工具需要的权限，Client 授权后才调用；执行层：Server 在自己进程内执行，可加沙箱。敏感操作（删文件、转账）应加用户确认环节。MCP 规范本身没有定义完整的权限模型，目前靠实现方自律。

追问5：为什么不用 OpenAPI/Swagger 而要搞 MCP？答：OpenAPI 是给"人调 API"设计的，描述 HTTP 端点；MCP 是给"LLM 调工具"设计的，描述工具语义、支持动态发现和双向通信（Server 可以主动推送资源更新）。OpenAPI 缺少 LLM 需要的工具语义描述（什么时候该用这个工具），MCP 的 description 字段正是为此设计。