LangGraph 运行时底层基于自研的 Pregel 运行时，其核心思想借鉴了 Google Pregel 计算模型，用于组织和执行复杂的图计算流程。

1.0. LangGraph和LangChain的版本迭代及定位

LangChain 1.x 的定位发生了明显变化：旧式 Chain、Retriever、Memory 等组件被迁移至 langchain-classic；LCEL 保留为 langchain-core 的底层组合机制，但不再是主要开发入口。

LangChain 1.x 现在聚焦于 Agent 开发，核心入口是 create_agent，围绕 Agent 提供模型、工具、消息、结构化输出、Middleware` 和记忆管理等高层抽象。

LangGraph 是更底层的编排框架与 Agent Runtime，负责复杂工作流和有状态 Agent 的执行，提供持久化、流式输出、Durable Execution、Human-in-the-loop 等运行时能力。create_agent 底层基于 LangGraph` 实现。

二者的定位对比如下：

对比维度	LangChain	LangGraph
定位	Agent 高层开发框架	底层编排框架 & Agent Runtime
核心入口	create_agent	StateGraph / @entrypoint
适用场景	结构直接的 Agent 应用	复杂工作流、持久化状态、长时间运行、人工介入
流程控制	Agent 循环自动管理	精细控制节点、边、条件分支
学习成本	较低	较高

LangChain 提供易于使用的 Agent 高层抽象，LangGraph 提供可靠、可持久化且可精细控制的底层执行能力。

对于大多数 Agent 项目，从 LangChain 的 create_agent 开始即可；需要复杂工作流编排、确定性步骤与 Agent 步骤混合、长时间运行或底层状态控制时，再引入 LangGraph。

1.1. 构成图的基本要素

LangGraph 运行时主要由三个基本要素构成：State（状态）、Node（节点） 和 Edge（边）

State（状态）：LangGraph 运行过程中的共享数据结构，用于表示应用在某一时刻的状态快照。它承载了图运行所需的上下文信息、中间结果和后续节点需要读取的数据，是节点之间传递信息的核心载体。它与我们在学习 LangChain Agent 时使用的 State 是同一概念。

Node（节点）：LangGraph 中的具体执行单元，通常实现为一个函数。节点会读取当前 State，执行相应的业务逻辑，并返回对 State 的局部更新。节点本身并不直接修改全局状态，状态的合并与提交由运行时统一完成。

Edges（边）：用于定义节点之间的流转关系，决定一个节点执行完成后下一步应该进入哪个节点。Edge 可以是固定流转，也可以根据当前 State 进行条件判断，从而实现分支、循环等复杂控制流程。

下图展示了一个非常简单的运行图，只有两个计算节点，其拓扑结构为

START --> node_1 --> node_2 --> END

如下图所示

1.2. 图运行过程

LangGraph 的图运行过程基于 Superstep（超步） 来组织和推进。Superstep 可以理解为图运行过程中的一次”单步循环”。一次图运行过程从开始到结束，就是由一系列连续的 Superstep 串联而成。

下文以 node_1执行完毕后的Superstep 为例说明。

每个 Superstep 通常可以分为三个阶段：

1. 计划/路由阶段（Plan / Routing）：根据当前的 State（状态） 和 Edge（边） 的逻辑，确定本轮超步中应该被执行的节点。

2. 执行阶段（Execution）：运行本轮被选中的节点。如果本轮有多个节点同时被触发，它们会并行执行。每个节点都会基于本轮开始时的状态快照进行计算，并输出各自对状态的局部更新。在本阶段中，一个节点产生的更新不会立即被其他节点读取到。

3. 状态更新/提交阶段（Update / Commit）：当本轮所有节点都执行完成后，LangGraph 会将它们的输出统一合并到 State 中，生成新的状态快照。这个新状态会作为下一轮 Superstep 的输入。

完整的运行流程查看 index.html（在新窗口打开） ，双击在浏览器打开即可。

其中和Checkpoint相关的部分，学习相关内容后再看。

1.3. Graph API vs Functional API

LangGraph 提供了两种不同的 API 来构建运行图：Graph API（图式 API） 和 Functional API（函数式 API）。这两种 API 共享相同的底层运行时，可以在同一应用程序中协同使用，但它们针对不同的使用场景和开发偏好而设计。

---

1.3.1. Graph API

Graph API 采用声明式方式构建工作流。开发者需要显式定义 State、Node 和 Edge，将业务流程组织成一个可视化的图结构。

当流程中存在较复杂的分支、多个节点之间共享状态、并行执行、结果汇聚，或者需要通过图结构帮助调试和团队协作时，更适合使用 Graph API。官方文档也明确建议，在需要复杂流程可视化、显式状态管理、多条件分支、并行路径以及团队协作时，优先选择 Graph API。

总之：

Graph API 更适合构建结构清晰、节点关系复杂、需要长期维护的工作流。

典型场景包括：

场景	说明
多节点复杂流程	流程中存在多个处理节点，需要清晰表达节点之间的关系
条件分支较多	根据 State 中的不同字段决定后续执行路径
并行执行与结果汇聚	多个节点并行运行，之后汇总结果
多组件共享状态	多个节点都需要读写同一个全局 State
需要图结构展示	便于调试、讲解、文档化和团队协作

---

1.3.2. Functional API

Functional API 采用命令式方式构建工作流，更接近普通 Python 函数调用。开发者可以使用 @entrypoint 定义工作流入口，使用 @task 定义可被检查点记录的任务，然后在函数内部使用普通的 if/else、循环和函数调用来组织流程。官方文档指出，当已有过程式代码需要最小改造、流程主要是线性的、分支逻辑较简单、希望快速原型验证时，更适合使用 Functional API。

可以这样理解：

Functional API 更适合在普通 Python 函数流程中，以较低成本接入 LangGraph 的持久化、中断恢复和任务记录能力。

典型场景包括：

场景	说明
现有代码改造	原本已有函数式或过程式代码，不希望重构成完整图结构
线性流程	主要是 A → B → C 的顺序执行
简单分支	只有少量 if/else 判断
快速原型验证	希望减少样板代码，快速验证业务逻辑
局部任务持久化	希望某些函数作为独立 task 被检查点记录

---

1.3.3. 二者的核心区别

对比项	Graph API	Functional API
编程风格	声明式图结构	命令式函数流程
核心抽象	State、Node、Edge	entrypoint、task
状态管理	显式定义全局 State	更多依赖函数参数和返回值
流程表达	通过节点和边表达	通过普通 Python 控制流表达
可视化能力	强，天然适合画图和调试	弱，更像普通代码流程
适合场景	复杂工作流、多分支、多节点协作	简单流程、快速原型、已有代码改造
学习成本	相对更高	相对更低

---

1.3.4. 选型建议

从零构建或流程结构复杂，用 Graph API；现有代码改造、快速原型验证或流程逻辑简单，用 Functional API。

学习 LangGraph 建议优先掌握 Graph API。因为后者更能体现 LangGraph 的核心思想：通过 State、Node、Edge 显式描述一个可执行的计算图。

本文介绍 Graph API，对 Functional API 感兴趣的同学自行查阅

https://docs.langchain.com/oss/python/langgraph/functional-api

2. 图的基础构建与运行

本节将从一个基础案例入手，掌握图的基本创建、调用和可视化方法。

图的构建与运行分为三个阶段：定义状态图、编译状态图、调用状态图

2.1. 定义状态图

状态图的定义可以分为以下几个步骤：

1. 定义全局状态 定义整个运行图共享的全局状态（实际上，除了全局状态，LangGraph还支持其它类型的状态，下文详述）

2. 创建状态图 创建 StateGraph实例，将状态和状态图绑定

3. 定义图结构 定义节点和边并添加到状态图中

2.1.1. 定义全局状态

全局状态是 LangGraph 运行图每个节点都可以访问的公共对象。

class OverAllState(TypedDict):
    logs: Annotated[list[str], add]
    cur_id: str

2.1.2. 创建状态图

builder = StateGraph(state_schema=OverAllState)

2.1.3. 定义图结构

2.1.3.1. 定义图节点

def node_1(state: OverAllState) -> OverAllState:
    pre_id = state["cur_id"]
    return {
        "logs": ["node_1 运行完毕"],
        "cur_id": pre_id + ", node_1"
    }

def node_2(state: OverAllState) -> OverAllState:
    pre_id = state["cur_id"]
    return {
        "logs": ["node_2 运行完毕"],
        "cur_id": pre_id + ", node_2"
    }

2.1.3.2. 添加节点

builder.add_node("node_1", node_1)
builder.add_node("node_2", node_2)

2.1.3.3. 添加边

builder.add_edge(START, "node_1")
builder.add_edge("node_1", "node_2")
builder.add_edge("node_2", END)

2.2. 编译状态图

将上一步得到的状态图编译为可执行的运行图

graph = builder.compile()

2.3. 调用状态图

可以通过invoke调用计算图

print(graph.invoke({"cur_id": "start"}))

2.4. 完整代码

from langgraph.graph import StateGraph, START, END
from typing import TypedDict, Annotated
from operator import add

class OverAllState(TypedDict):
    logs: Annotated[list[str], add]
    cur_id: str

def node_1(state: OverAllState) -> OverAllState:
    pre_id = state["cur_id"]
    return {
        "logs": ["node_1 运行完毕"],
        "cur_id": pre_id + ", node_1"
    }

def node_2(state: OverAllState) -> OverAllState:
    pre_id = state["cur_id"]
    return {
        "logs": ["node_2 运行完毕"],
        "cur_id": pre_id + ", node_2"
    }

builder = StateGraph(state_schema=OverAllState)
builder.add_node("node_1", node_1)
builder.add_node("node_2", node_2)
builder.add_edge(START, "node_1")
builder.add_edge("node_1", "node_2")
builder.add_edge("node_2", END)

graph = builder.compile()

print(graph.invoke({"cur_id": "start"}))

运行结果如下

{'logs': ['node_1 运行完毕', 'node_2 运行完毕'], 'cur_id': 'start, node_1, node_2'}

2.5. 图结构可视化

2.5.1. 绘制mermaid并获取源码

mermaid是一种生成图表和流程图的文本标记语言，它可以把简单的文本描述直接渲染成可视化图形。

通过以下代码可以用mermaid语法表达图结构，并打印mermaid源码

raw_mermaid = graph.get_graph().draw_mermaid()
print(raw_mermaid)

输出如下

---
config:
  flowchart:
    curve: linear
---
graph TD;
    __start__([<p>__start__</p>]):::first
    node_1(node_1)
    node_2(node_2)
    __end__([<p>__end__</p>]):::last
    __start__ --> node_1;
    node_1 --> node_2;
    node_2 --> __end__;
    classDef default fill:#f2f0ff,line-height:1.2
    classDef first fill-opacity:0
    classDef last fill:#bfb6fcmermaidmermain

输出文本从graph TD;开始的部分为mermaid源码。

2.5.2. 绘制mermaid并转换为png

Langgraph也支持将mermaid转换为图片字节流

png_bytes = graph.get_graph().draw_mermaid_png()

draw_mermaid_png()底层会先调用draw_mermaid()得到mermaid语法的图表代码，然后调用在线服务渲染为mermaid图片。

默认的mermaid在线渲染服务链接为：https://mermaid.ink，由于网络问题可能存在渲染失败的情况，通常重试即可成功。

可以通过draw_mermaid_png()的base_url参数替换可用的mermaid在线渲染服务，

2.5.2.1. jupyter环境下直接展示图片

在jupyter环境下，可以通过IPython提供的功能将图片字节流直接展示为图片。

from IPython.display import display, Image

png_bytes = graph.get_graph().draw_mermaid_png()
png = Image(png_bytes)
display(png)

运行结果如下所示

2.5.2.2. 保存为图片文件

也可以将图片字节流转换为PNG文件落盘

png_bytes = graph.get_graph().draw_mermaid_png()
png_filename = 'first_demo_graph.png'
with open(png_filename, "wb") as f:
    f.write(png_bytes)

运行结束后，代码文件同级目录下将会出现生成好的图片文件，如下图所示。

如果看不到文件，可以刷新上级目录

图片内容如下

2.5.2.3. 快捷用法

在 Jupyter 环境下，可以直接使用 display(graph) 快速展示编译后的图结构：

from IPython.display import display

display(graph)

效果如下

3. 图的状态（State）管理

3.1. 状态定义

状态的定义实际上是在声明状态的Schema，后者是状态字段的完整描述。

官方推荐了三种定义Schema的方式：TypedDict、dataclass、Pydantic

3.1.1. TypedDict

from langgraph.graph import StateGraph, START, END
from typing import TypedDict, Annotated
from operator import add

class OverAllState(TypedDict):
    logs: Annotated[list[str], add]
    cur_id: str

def node_1(state: OverAllState) -> OverAllState:
    pre_id = state["cur_id"]
    return {
        "logs": ["node_1 运行完毕"],
        "cur_id": pre_id + ", node_1"
    }

def node_2(state: OverAllState) -> OverAllState:
    pre_id = state["cur_id"]
    return {
        "logs": ["node_2 运行完毕"],
        "cur_id": pre_id + ", node_2"
    }

builder = StateGraph(state_schema=OverAllState)
builder.add_node("node_1", node_1)
builder.add_node("node_2", node_2)
builder.add_edge(START, "node_1")
builder.add_edge("node_1", "node_2")
builder.add_edge("node_2", END)

graph = builder.compile()

print(graph.invoke({"cur_id": "start"}))

输出

{ "logs": ["node_1 运行完毕", "node_2 运行完毕"], "cur_id": "start, node_1, node_2" }

3.1.2. dataclass

属性调用方式由['字段名']变为.字段名。

from langgraph.graph import StateGraph, START, END
from typing import Annotated
from dataclasses import dataclass
from operator import add

@dataclass
class OverAllState:
    logs: Annotated[list[str], add]
    cur_id: str

def node_1(state: OverAllState) -> OverAllState:
    pre_id = state.cur_id
    return {
        "logs": ["node_1 运行完毕"],
        "cur_id": pre_id + ", node_1"
    }

def node_2(state: OverAllState) -> OverAllState:
    pre_id = state.cur_id
    return {
        "logs": ["node_2 运行完毕"],
        "cur_id": pre_id + ", node_2"
    }

builder = StateGraph(state_schema=OverAllState)
builder.add_node("node_1", node_1)
builder.add_node("node_2", node_2)
builder.add_edge(START, "node_1")
builder.add_edge("node_1", "node_2")
builder.add_edge("node_2", END)

graph = builder.compile()

print(graph.invoke({"cur_id": "start"}))

输出

{ "logs": ["node_1 运行完毕", "node_2 运行完毕"], "cur_id": "start, node_1, node_2" }

3.1.3. Pydantic

Pydantic模型的字段访问方式和dataclass相同。

from langgraph.graph import StateGraph, START, END
from typing import Annotated
from pydantic import BaseModel
from operator import add

class OverAllState(BaseModel):
    logs: Annotated[list[str], add]
    cur_id: str

def node_1(state: OverAllState) -> OverAllState:
    pre_id = state.cur_id
    return {
        "logs": ["node_1 运行完毕"],
        "cur_id": pre_id + ", node_1"
    }

def node_2(state: OverAllState) -> OverAllState:
    pre_id = state.cur_id
    return {
        "logs": ["node_2 运行完毕"],
        "cur_id": pre_id + ", node_2"
    }

builder = StateGraph(state_schema=OverAllState)
builder.add_node("node_1", node_1)
builder.add_node("node_2", node_2)
builder.add_edge(START, "node_1")
builder.add_edge("node_1", "node_2")
builder.add_edge("node_2", END)

graph = builder.compile()

print(graph.invoke({"cur_id": "start"}))

输出

{ "logs": ["node_1 运行完毕", "node_2 运行完毕"], "cur_id": "start, node_1, node_2" }

3.1.4. 校验行为

学习LangChain的结构化输出时我们提到：Pydantic对格式要求最严格，如果模型返回的内容不符合结构化Schema的要求，则抛出ValidationError。而其余方式都不会对模型的返回结果进行校验，即便模型返回的内容不符合结构化要求，也会原样返回给用户。

而作为LangGraph计算图的状态时，这三种方式都要求字段名称完全一致。只是处理方式不同。具体规则如下

3.1.4.1. 输入字段不匹配

1. TypedDict

TypedDict将输入字段视为字典的Key，不匹配时抛出KeyError异常。

2. dataclass

dataclass将输入字段视为类的属性，不匹配时抛出TypeError（类型错误）异常。

3. Pydantic

Pydantic对输入字段进行校验，不匹配时抛出ValidationError异常。

3.1.4.2. 节点返回字段不匹配

图节点返回的是对于状态的更新，如果返回字段和状态字段不匹配，上述三种Schema定义方式的行为是统一的：状态更新会被忽略。

3.1.5. 推荐用法

在实际使用中，推荐优先使用 TypedDict 定义 LangGraph 状态图的 State Schema。

大多数官方案例也采用 TypedDict 方式定义状态 Schema。这种方式写法简洁、结构清晰，能够直接描述状态中包含哪些字段，以及每个字段对应的数据类型，非常适合用于定义图运行过程中的共享状态。

相比普通 dict，TypedDict 可以提供更明确的字段约束和类型提示；相比 dataclass，TypedDict 更贴近 LangGraph 中状态的更新方式，因为节点通常返回的是表示“部分状态更新”的字典，而不是完整对象；相比 Pydantic BaseModel，它又更加轻量，不会引入额外的数据校验开销。因此，在没有复杂校验需求的情况下，TypedDict 是定义 LangGraph State Schema 的首选方式。

3.2. State Reducer

3.2.1. 什么是State Reducer

State Reducer 是 LangGraph 中用于合并状态更新的核心机制。在 LangGraph 的 StateGraph 中，每个节点可以读取和写入共享状态，而 Reducer 定义了如何将多个节点对同一状态键的更新合并

Reducer 的核心特征：

• 函数签名：(Value, Value) -> Value，接收当前值和更新值，返回合并后的新值
• 注解定义：通过 Annotated[Type, reducer_function] 为状态键指定 Reducer
• 默认行为：未指定 Reducer 的状态键使用覆盖策略（Last-Write-Wins）

3.2.2. 如何定义Reducer

3.2.2.1. 定义Reducer函数

Reducer 本质上是一个二元合并函数，用于定义当同一个字段产生多个更新值时，LangGraph 应该如何将这些值合并为一个最终结果。

函数签名：(Value, Value) -> Value

示例代码如下：

def my_reducer(left: list[str], right: list[str]) -> list[str]:
    return left + right

left = ['a', 'b']
right = ['c']
print(my_reducer(left, right))

其中，my_reducer 用于处理 list[str] 类型的数据。它接收两个列表参数：

• left：当前已累计的状态值；
• right：本次待合并的新值。

函数内部通过 left + right 将两个列表合并，并返回合并后的结果。

因此，该 Reducer 的作用是：当某个状态字段存在多次列表更新时，将这些列表内容追加合并，而不是直接覆盖原值。

运行结果如下

['a', 'b', 'c']

3.2.2.2. 将Reducer和状态字段关联

在 LangGraph 中，Reducer 通常通过 Python 的 typing.Annotated 与状态字段进行关联。

Annotated[] 是 Python 提供的一种类型注解扩展机制，用于在原始类型之外附加额外的元数据信息。需要注意的是，Annotated[] 本身并不规定这些元数据的具体含义，它只负责在类型注解中保留这些信息。

严格来说，Annotated 的第一个参数是被注解的原始类型，后续参数是附加的元数据。至于这些元数据表示什么、如何解析，则由使用它的框架或工具自行决定。

在 LangGraph 中，框架利用这一机制，将状态字段的类型和 Reducer 规则同时声明在字段定义中。其基本形式如下：

Annotated[Type, reducer_function]

其中：

• Type：表示状态字段的数据类型；
• reducer_function：表示该字段对应的 Reducer 函数。

示例代码如下：

from typing import TypedDict, Annotated

class OverAllState(TypedDict):
    logs: Annotated[list[str], my_reducer]
    cur_id: str

在上述代码中：

• logs 字段的类型是 list[str]；
• my_reducer 是与 logs 字段关联的 Reducer 函数；
• 当多个节点同时更新 logs 字段时，LangGraph 会使用 my_reducer 将多个列表合并；
• cur_id 字段没有指定 Reducer，因此采用默认更新规则。

3.2.2.3. 常用内置Reducer函数

1. operator.add

operator.add 是 Python 内置的加法操作函数，底层由 C 实现

它接收两个参数，等价于 a（第一个参数）+b（第二个参数）

代码如下

from operator import add

print(f"{add(1,2) = }")
print(f"{add([1,2], [3,4]) = }")
print(f"{add(['a','b'], ['c']) = }")

输出如下

add(1,2) = 3
add([1,2], [3,4]) = [1, 2, 3, 4]
add(['a','b'], ['c']) = ['a', 'b', 'c']

2. langgraph.graph.message.add_messages

add_messages 是 LangGraph 中专用于合并消息列表的 Reducer 函数，常用于维护对话历史类的状态字段。其函数签名如下：

def add_messages(
    left: Messages,
    right: Messages,
    *,
    format: Literal["langchain-openai"] | None = None,
) -> Messages:
    ...
    return merged

参数说明：

• left：状态中已有的消息列表；
• right：当前节点返回的消息更新值；
• format：可选参数，用于指定返回消息的格式，通常无需手动设置。

left 与 right 的类型均为 Messages。Messages 可以理解为 LangChain 消息对象的列表，其中每个元素都是 BaseMessage 或其子类的实例，常见子类包括：

• HumanMessage：用户的输入消息；
• AIMessage：AI 的回复消息；
• SystemMessage：系统提示消息；
• ToolMessage：工具调用的结果消息。

add_messages 处理的是对话消息序列，而非普通的字符串列表。

BaseMessage 包含一个可选的 id 属性，用于唯一标识一条消息。add_messages 在合并 left 与 right 时，不是简单地执行列表拼接，而是依据消息的 id 进行合并：

• 若 right 中的某条消息的 id 在 left 中不存在，则将该消息追加到结果列表末尾；
• 若 right 中的某条消息的 id 与 left 中已有消息的 id 相同，则使用 right 中的新消息替换 left 中的旧消息。

因此，add_messages 的作用可以概括为：在保留历史消息的基础上追加新消息，并允许通过相同的消息 id 覆盖已有消息。

需要特别说明，add_messages 并非简单地对 left 与 right 求“并集”。更准确地说，它是一个基于消息 id 的消息列表合并函数：既支持追加新消息，也支持更新已有消息。

可以理解为：

merged = left + right

但若 right 中存在与 left 相同 id 的消息，则最终结果中不会出现重复消息，而是用 right 中的消息覆盖 left 中对应的旧消息。

示例代码如下

from langgraph.graph.message import add_messages
from langchain.messages import HumanMessage, AIMessage, SystemMessage

left = [
    SystemMessage(content="你是个善解人意的助手", id='1'),
    HumanMessage(content="你好", id='2'),
    AIMessage(content="你好~", id='3'),
]

right = [
    HumanMessage(content="我是老王，你是小王", id='2'),
    AIMessage(content="好的，我记住啦", id='3'),
    HumanMessage(content="你是谁？", id='4'),
    AIMessage(content="我是小王", id='5'),
]

merged = add_messages(left, right)

for msg in merged:
    print(msg)

输出如下

content='你是个善解人意的助手' additional_kwargs={} response_metadata={} id='1'
content='我是老王，你是小王' additional_kwargs={} response_metadata={} id='2'
content='好的，我记住啦' additional_kwargs={} response_metadata={} id='3' tool_calls=[] invalid_tool_calls=[]
content='你是谁？' additional_kwargs={} response_metadata={} id='4'
content='我是小王' additional_kwargs={} response_metadata={} id='5' tool_calls=[] invalid_tool_calls=[]

3.2.3. 默认行为

如果某个 State 字段没有显式定义 Reducer，LangGraph 会使用默认的状态更新行为：后一次更新值会覆盖该字段原有的状态值。

换句话说，当节点返回的更新结果中包含某个字段时，如果该字段没有配置 Reducer，LangGraph 不会对新旧值进行追加、合并或累加，而是直接使用本次返回的新值替换原来的旧值。

示例代码如下：

from langgraph.graph import StateGraph, START, END
from typing import TypedDict

class OverAllState(TypedDict):
    logs: list[str]
    id: str

def node_a(state: OverAllState):
    return {
        "logs": ["node_a"],
        "id": "node_a"
    }

def node_b(state: OverAllState):
    return {
        "logs": ["node_b"],
        "id": "node_b"
    }

builder = StateGraph(state_schema=OverAllState)
builder.add_node("node_a", node_a)
builder.add_node("node_b", node_b)
builder.add_edge(START, "node_a")
builder.add_edge("node_a", "node_b")
builder.add_edge("node_b", END)

graph = builder.compile()
result = graph.invoke({"logs": ["START"], "id": "start"})
print('=' * 30, '-> result <-', '=' * 30)
print(result)

输出如下

============================== -> result <- ==============================
{'logs': ['node_b'], 'id': 'node_b'}

可以看到，logs字段和id字段都没有定义Reducer，因此，节点返回的新值会覆盖初始状态中的旧值，图运行结果中的状态值和最后一次更新保持一致。

3.3. 节点中访问State

3.3.1. 图节点中读取State

在 LangGraph 中，节点本质上是一个可调用对象，通常定义为普通 Python 函数。节点函数被执行时，LangGraph 会自动将当前图运行到该节点时的 State 传入节点函数。

节点函数的第一个参数通常是当前运行图的状态对象，也就是 State。

def node(state: StateSchema):
    ...

其中，state 表示当前节点执行时可以访问到的全局状态快照。节点可以通过读取 state 中的字段获取上游节点写入的数据，并基于这些数据完成当前节点的业务逻辑。

示例代码如下：

from langgraph.graph import StateGraph, START, END
from typing import TypedDict, Annotated
from operator import add

class OverAllState(TypedDict):
    logs: Annotated[list[str], add]
    id: str

def node_a(state: OverAllState):
    for k, v in state.items():
        print(f"k: {k}, v: {v}")

builder = StateGraph(state_schema=OverAllState)
builder.add_node("node_a", node_a)
builder.add_edge(START, "node_a")
builder.add_edge("node_a", END)

graph = builder.compile()
result = graph.invoke({"logs": ["START"], "id": "start"})

输出如下

k: logs, v: ['START']
k: id, v: start

3.3.2. 图节点更新State

在 LangGraph 中，节点函数通常不需要返回更新后的完整状态，只需要返回本节点对状态的局部更新。

也就是说，节点的返回值可以只包含需要修改的状态字段。

• 对于节点没有返回的字段，LangGraph 会保留其原有状态值；

• 对于节点返回的字段，LangGraph 会根据该字段是否配置了 Reducer 来决定如何合并更新值。

  • 如果字段配置了 Reducer，则使用对应的 Reducer 函数将旧值和新值合并；
  • 如果字段没有配置 Reducer，则按照默认规则使用节点返回的新值覆盖原值。

LangGraph运行时会按照状态字段的Reducer函数将其与当前的最新状态合并。

示例代码如下：

from langgraph.graph import StateGraph, START, END
from typing import TypedDict, Annotated
from operator import add

class OverAllState(TypedDict):
    logs: Annotated[list[str], add]
    id: str

def node_a(state: OverAllState):
    for k, v in state.items():
        print(f"k: {k}, v: {v}")
    return {
        "logs": ["node_a 更新状态"]
    }

builder = StateGraph(state_schema=OverAllState)
builder.add_node("node_a", node_a)
builder.add_edge(START, "node_a")
builder.add_edge("node_a", END)

graph = builder.compile()
result = graph.invoke({"logs": ["START"], "id": "start"})
print('=' * 30, '-> result <-', '=' * 30)
print(result)

输出如下

k: logs, v: ['START']
k: id, v: start
============================== -> result <- ==============================
{'logs': ['START', 'node_a 更新状态'], 'id': 'start'}

在上述示例中：

• logs 字段通过 Annotated[list[str], add] 绑定了 Reducer 函数 operator.add，因此 LangGraph 会将原有的 logs 值和 node_a 返回的新 logs 值进行列表拼接：

["START"] + ["node_a 更新状态"]

最终得到：

["START", "node_a 更新状态"]

• id 字段没有出现在 node_a 的返回值中，因此该字段不会被更新。图运行结束后，输出状态中的 id 仍然保持输入时的值：

"id": "start"

因此，LangGraph 节点更新 State 的核心规则可以概括为：

节点只返回需要更新的字段；未返回的字段保持不变；返回的字段根据是否配置 Reducer 决定是合并还是覆盖。

3.3.3. Overwrite绕过Reducer

在前面的示例中，如果某个状态字段定义了 Reducer，那么节点返回该字段的更新值时，LangGraph 默认会通过对应的 Reducer 将新值与已有状态值进行合并。

在某些场景下，我们可能并不希望继续执行 Reducer 的聚合逻辑，而是希望本次更新直接覆盖旧值。这时可以使用 Overwrite。

Overwrite 的作用是：告诉 LangGraph 本次状态更新不走该字段原本定义的 Reducer，而是直接用新值覆盖状态中的旧值。

需要注意的是，Overwrite 只影响当前这一次更新，并不会修改状态字段本身的 Reducer 定义。后续节点如果继续正常返回该字段的更新值，仍然会按照原来的 Reducer 逻辑进行合并。

示例代码如下：

from langgraph.graph import StateGraph, START, END
from langgraph.types import Overwrite
from typing import TypedDict, Annotated
from operator import add

class OverAllState(TypedDict):
    logs: Annotated[list[str], add]
    id: str

def node_a(state: OverAllState):
    return {
        "logs": ["node_a"],
        "id": "node_a"
    }

def node_b(state: OverAllState):
    return {
        "logs": Overwrite(["node_b"]),
        "id": "node_b"
    }

def node_c(state: OverAllState):
    return {
        "logs": ["node_c"],
        "id": "node_c"
    }

builder = StateGraph(state_schema=OverAllState)
builder.add_node("node_a", node_a)
builder.add_node("node_b", node_b)
builder.add_node("node_c", node_c)
builder.add_edge(START, "node_a")
builder.add_edge("node_a", "node_b")
builder.add_edge("node_b", "node_c")
builder.add_edge("node_c", END)

graph = builder.compile()
result = graph.invoke({"logs": ["START"], "id": "start"})
print('=' * 30, '-> result <-', '=' * 30)
print(result)

输出如下

============================== -> result <- ==============================
{'logs': ['node_b', 'node_c'], 'id': 'node_c'}

上述代码中：

• logs 字段绑定了 operator.add() 函数
  • 如果没有 Overwrite，则最终输出的 logs 的值应为 ['START', 'node_a', 'node_b', 'node_c']
  • node_b 返回更新时，用 Overwrite 包裹了 logs 字段的值，那么当前状态的 logs 会被 ["node_b"] 覆盖，因此最终输出的 logs 字段值变成了 ['node_b', 'node_c']
• id 字段按照默认行为，保留最后一次更新的值。

3.4. Multi Schema用法

3.4.1. 状态类型

LangGraph 支持在一个图中使用多个状态 Schema，用于区分图的外部输入、外部输出、内部共享状态以及节点间的临时状态。

常见状态类型可以分为以下几类：

• 全局状态 / 内部状态：图内部主要使用的状态，创建 StateGraph 时传递给 state_schema 参数。它通常包含图运行过程中需要读写的大部分字段。
• 输入状态：图对外接收输入时使用的状态，创建 StateGraph 时传递给 input_schema 参数。它用于约束调用图时允许传入哪些字段。
• 输出状态：图最终对外返回结果时使用的状态，创建 StateGraph 时传递给 output_schema 参数。它用于约束图运行结束后只返回哪些字段。
• 私有状态：图内部节点之间传递的临时状态，通常不作为图的输入，也不作为图的最终输出。它可以通过节点函数的入参类型注解声明，并在节点返回值中写入。

需要注意，输入状态和输出状态主要面向图的边界，即“图如何接收外部输入”和“图如何返回外部结果”；而全局状态和私有状态主要面向图内部节点之间的数据传递。

3.4.2. 状态之间的关系

3.4.2.1. 设计规范

本节主要说明 LangGraph 状态设计中的规范。以下规则属于工程上的最佳实践，违反这些规范未必一定导致程序报错，但容易降低代码的可读性和可维护性。

1. 输入状态和输出状态通常应是全局状态的子集 输入状态描述图对外需要接收的数据，输出状态描述图最终需要返回的数据。通常情况下，它们都应该是全局状态的一部分。 如：

   class InputState(TypedDict):
       username: str
   
   class OutputState(TypedDict):
       graph_output: str
   
   class OverAllState(TypedDict):
       username: str
       nickname: str
       graph_output: str

   其中，InputState 和 OutputState 的所有字段均存在于 OverAllState 中。

2. 私有状态和全局状态应尽量避免字段重名 私有状态的定位是图内部某些节点之间传递的临时字段。如果私有状态字段和全局状态字段重名，虽然某些情况下程序仍然可以运行，但容易让人误以为该字段是全局共享字段，从而造成理解混乱。 因此，推荐让私有状态字段和全局状态字段保持清晰边界。

3. 节点函数应明确声明入参状态类型和返回状态类型 节点函数的第一个参数通常是当前节点可读取的状态。通过类型注解声明该参数，可以明确表达该节点需要读取哪些字段。 同时，给节点函数声明返回状态类型，也可以帮助阅读者理解该节点会更新哪些字段。 例如：

   def node_1(state: InputState) -> OverAllState:
       return {
           "nickname": "Dear " + state["username"]
       }

4. 节点函数中不应该访问入参状态类型中不存在的字段 节点实际接收到的状态会按照其入参类型进行裁剪。因此，如果节点入参声明为 InputState，就不应该在节点内部访问 InputState 中不存在的字段。 例如：

   def node_1(state: InputState) -> OverAllState:
       return {
           "nickname": state["username"]
       }

   如果在该函数中访问：

   state["nickname"]

   而 nickname 不属于 InputState，运行时就可能抛出 KeyError。

5. 节点函数返回的字典应尽量和返回类型注解保持一致 从 Python 类型注解的角度看，函数返回类型只是静态提示，运行时不会自动强制校验。 从 LangGraph 的运行机制看，节点返回的是对状态的部分更新，不是完整状态。只要返回字段已经被图记录为可用状态字段，LangGraph 就可以将其作为状态更新处理。 不过，从工程规范上讲，节点返回字典中的字段最好和函数返回类型注解保持一致，这样更利于阅读、调试和维护。

3.4.2.2. 源码层面的约束

本节从底层机制角度说明 LangGraph 如何记录、裁剪和更新状态。

3.4.2.2.1. 状态的记录

LangGraph 的状态并不是简单保存在一个普通字典中，而是会被拆分成多个可读写的状态字段。每个状态字段在底层通常对应一个 Channel。

这些状态字段会在不同阶段被记录到状态图中。

1. StateGraph 记录状态字段的核心方法是 _add_schema()_add_schema() 会解析传入的状态 Schema，并将其中声明的字段记录到图中，使这些字段成为图运行时可以读写的状态字段。

2. 创建 StateGraph 时，会记录 state_schema、input_schema 和 output_schema 中的字段 当创建状态图时：

   builder = StateGraph(
       OverAllState,
       input_schema=InputState,
       output_schema=OutputState
   )

   LangGraph 会解析这些 Schema，并将其中涉及的字段加入图的状态管理体系。

3. 调用 add_node() 添加节点时，也可能记录节点入参声明的状态 Schema 当添加节点时，LangGraph 会根据节点函数第一个参数的类型注解推断该节点的输入状态类型。 如果这个输入状态类型之前没有被图记录过，LangGraph 也会通过 _add_schema() 将其加入图中。 这也是私有状态能够生效的原因。 例如：

   class PrivateState(TypedDict):
       greeting: str
   
   def node_3(state: PrivateState) -> OutputState:
       return {
           "graph_output": state["greeting"]
       }

   当 node_3 被添加到图中时，PrivateState 中的 greeting 字段会被记录到图中，从而成为图内部可以传递的状态字段。

4. 总结

   • 全局状态、输入状态、输出状态通常在创建 StateGraph 时被记录。
   • 私有状态通常在调用 add_node() 添加节点时，根据节点入参类型注解被记录。
   • 被记录后的状态字段，底层会成为图运行时可以读写的状态字段。

3.4.2.2.2. 状态的访问

1. 调用图时，输入会按照 input_schema 进行约束 当调用图时：

   graph.invoke({"username": "小黄"})

   如果创建图时声明了 input_schema，那么外部输入会按照 input_schema 进行约束。 如果没有声明 input_schema，则通常按照 state_schema 作为图的输入 Schema。 因此，input_schema 的作用不是“只让第一个节点可见”，而是约束图的外部输入结构。 此处的约束是指：按照 schema 裁剪输入，只保留 schema 中出现的状态字段

2. 节点接收到的状态会按照节点入参类型进行裁剪 每个节点能读取哪些字段，主要取决于该节点第一个参数的类型注解。 例如：

   def node_1(state: InputState) -> OverAllState:
       ...

   此时，node_1 接收到的 state 会按照 InputState 进行裁剪。即使图的全局状态中还有其他字段，node_1 也不应该访问不属于 InputState 的字段。 如果访问了入参状态中不存在的字段，例如：

   state["nickname"]

   就可能抛出：

   KeyError

3. 节点返回的是状态更新，而不是完整状态 节点函数不需要返回完整状态，只需要返回本节点想要更新的字段。 例如：

   def node_1(state: InputState) -> OverAllState:
       return {
           "nickname": "Dear " + state["username"]
       }

   这里虽然返回类型注解是 OverAllState，但函数实际只返回了 nickname 一个字段。这是允许的，因为 LangGraph 会把节点返回值视为对状态的部分更新。

4. 节点返回值的应用主要由字段名称和图中已记录的状态字段决定 节点返回的字典会根据字段名称写入对应状态字段，并按照该字段的 Reducer 规则进行合并。 需要注意的是，函数返回类型注解主要用于表达代码意图，不是严格的运行时写入边界。 也就是说，如果某个字段已经被图记录为可用状态字段，那么节点即使没有在返回类型注解中声明该字段，也可能仍然可以返回并更新它。 不过，为了代码清晰，仍然推荐让节点的返回值和返回类型注解保持一致。

5. 最终输出会按照 output_schema 进行裁剪 图运行完成后，最终返回给外部调用方的结果会按照 output_schema 进行裁剪。 因此，output_schema 的作用不是“只让最后一个节点可见”，而是约束图最终对外暴露哪些字段。 例如，图内部状态中可能同时存在：

   username
   nickname
   greeting
   graph_output

   但如果 output_schema 只包含：

   graph_output

   那么最终 graph.invoke() 的返回结果就只会包含 graph_output。

3.4.3. 案例

下面通过一个简单案例说明四类状态的定义和使用。

from typing import TypedDict
from langgraph.graph import StateGraph, START, END

class InputState(TypedDict):
    username: str

class OutputState(TypedDict):
    graph_output: str

class OverAllState(TypedDict):
    nickname: str
    username: str
    graph_output: str

class PrivateState(TypedDict):
    greeting: str

def node_1(state: InputState) -> OverAllState:
    # 向全局状态写入数据
    return {
        "nickname": "Dear " + state["username"]
    }

def node_2(state: OverAllState) -> PrivateState:
    # 从全局状态读取数据，写入私有状态
    return {
        "greeting": state["nickname"] + ", 早上好~"
    }

def node_3(state: PrivateState) -> OutputState:
    # 从私有状态读取数据，写入输出状态
    return {
        "graph_output": state["greeting"] + " 很高兴认识你！"
    }

builder = StateGraph(OverAllState,input_schema=InputState,output_schema=OutputState)
builder.add_node("node_1", node_1)
builder.add_node("node_2", node_2)
builder.add_node("node_3", node_3)
builder.add_edge(START, "node_1")
builder.add_edge("node_1", "node_2")
builder.add_edge("node_2", "node_3")
builder.add_edge("node_3", END)

graph = builder.compile()
print(graph.invoke({"username":"小黄"}))

输出如下

{ "graph_output": "Dear 小黄, 早上好~ 很高兴认识你！" }

3.4.4. 案例执行过程分析

上述案例中，各类状态的作用如下。

1. 输入状态

class InputState(TypedDict):
    username: str

InputState 用于约束图的外部输入。

因此调用图时，只需要传入：

{"username": "小黄"}

2. 全局状态

class OverAllState(TypedDict):
    username: str
    nickname: str
    graph_output: str

OverAllState 是图内部主要使用的状态 Schema。

其中：

• username 来自图的输入；
• nickname 由 node_1 写入；
• graph_output 由 node_3 写入，并最终作为图的输出返回。

3. 私有状态

class PrivateState(TypedDict):
    greeting: str

PrivateState 用于节点之间传递临时数据。

在本例中：

def node_2(state: OverAllState) -> PrivateState:
    return {
        "greeting": state["nickname"] + ", 早上好~"
    }

node_2 写入了 greeting 字段。

随后：

def node_3(state: PrivateState) -> OutputState:
    return {
        "graph_output": state["greeting"] + " 很高兴认识你！"
    }

node_3 通过 PrivateState 读取 greeting 字段，并生成最终输出。

4. 输出状态

class OutputState(TypedDict):
    graph_output: str

OutputState 用于约束图最终返回给外部调用方的数据。

虽然图内部运行过程中还存在 username、nickname、greeting 等字段，但最终结果只返回：

{ "graph_output": "Dear 小黄, 早上好~ 很高兴认识你！" }

这是因为图创建时声明了：

output_schema=OutputState

所以最终输出会按照 OutputState 进行裁剪。

3.5. 预定义状态

3.5.1. MessagesState

LangGraph 构建的计算图通常会和 LLM 结合使用，而 LLM 在运行过程中通常需要维护一组消息列表。为了提升开发效率，LangGraph 官方提供了一个预定义状态类型：langgraph.graph.message.MessagesState。

开发者可以直接继承该状态类型，并在其基础上扩展自定义状态字段。

源码如下：

class MessagesState(TypedDict):
    messages: Annotated[list[AnyMessage], add_messages]

由此可知，MessagesState 只有一个字段：messages。

该字段的类型是列表，元素类型为 AnyMessage；同时，它通过 Annotated 绑定了内置 Reducer 函数 add_messages。

add_messages 的完全限定名（英文全称 fully qualified name）是：

langgraph.graph.message.add_messages，正是上文 3.2.2.3.2 节介绍的内置 Reducer 函数。

示例如下：

from langchain_deepseek import ChatDeepSeek
from langgraph.graph import StateGraph, START, END
from langgraph.graph.message import MessagesState
from langchain.messages import HumanMessage

from dotenv import load_dotenv
load_dotenv(override=True)

model = ChatDeepSeek(
    model='deepseek-v4-flash',
    extra_body={
        "thinking": {
            "type": "disabled"
        }
    }
)

class OverAllState(MessagesState):
    username: str
    output: str

def node_a(state: OverAllState) -> OverAllState:
    return {
        "messages": [HumanMessage("你好，我是 " + state["username"])]
    }

def llm_node(state: OverAllState) -> OverAllState:
    res = model.invoke(state["messages"])

    return {
        "messages": [res],
        "output": res.content
    }

builder = StateGraph(state_schema=OverAllState)
builder.add_node("node_a", node_a)
builder.add_node("llm_node", llm_node)
builder.add_edge(START, "node_a")
builder.add_edge("node_a", "llm_node")
builder.add_edge("llm_node", END)

graph = builder.compile()
response = graph.invoke({"username": "小黄"})
print(response)

输出如下

{
    "messages": [
        HumanMessage(
            content="你好，我是 小黄",
            additional_kwargs={},
            response_metadata={},
            id="155e1ef4-5bbc-4250-b978-62a7a5918cef",
        ),
        AIMessage(
            content="你好呀，小黄！😊 我是DeepSeek，很高兴认识你！有什么我可以帮你的吗？无论是聊天、解答问题、帮你写作、编程，还是其他任何需要，尽管告诉我吧！你名字里的“黄”是哪个黄呀？😄",
            additional_kwargs={
                "refusal": "None",
            },
            response_metadata={
                "token_usage": {
                    "completion_tokens": 57,
                    "prompt_tokens": 10,
                    "total_tokens": 67,
                    "completion_tokens_details": "None",
                    "prompt_tokens_details": {
                        "audio_tokens": "None",
                        "cached_tokens": 0,
                    },
                    "prompt_cache_hit_tokens": 0,
                    "prompt_cache_miss_tokens": 10,
                },
                "model_provider": "deepseek",
                "model_name": "deepseek-v4-flash",
                "system_fingerprint": "fp_8b330d02d0_prod0820_fp8_kvcache_20260402",
                "id": "17d57633-2ffb-4af3-be87-b3d58f9acd2b",
                "finish_reason": "stop",
                "logprobs": "None",
            },
            id="lc_run--019e6890-4544-7212-b4f2-aa20fc079911-0",
            tool_calls=[],
            invalid_tool_calls=[],
            usage_metadata={
                "input_tokens": 10,
                "output_tokens": 57,
                "total_tokens": 67,
                "input_token_details": {
                    "cache_read": 0,
                },
                "output_token_details": {},
            },
        ),
    ],
    "username": "小黄",
    "output": "你好呀，小黄！😊 我是DeepSeek，很高兴认识你！有什么我可以帮你的吗？无论是聊天、解答问题、帮你写作、编程，还是其他任何需要，尽管告诉我吧！你名字里的“黄”是哪个黄呀？😄",
}

上述案例中，OverAllState 继承了 MessagesState，因此可用的状态字段为

messages
username
output

只关注 messages 状态，执行流程如下：

1. node_a 返回一条 HumanMessage；
2. LangGraph 使用 add_messages 将该消息合并到 messages 状态字段中；
3. llm_node 从 state["messages"] 中读取完整消息列表，并调用模型；
4. llm_node 将模型生成的 AIMessage 作为状态更新返回；
5. LangGraph 再次通过 add_messages 将 AIMessage 合并到 messages 中；
6. 最终状态中包含完整消息列表。

MessagesState 帮开发者预先定义好了 messages 字段及其合并规则。在构建聊天机器人、Agent、工具调用流程、多轮对话流程时，它可以提升开发效率。

3.5.2. AgentState

AgentState 是 LangChain Agent 内部使用的状态类型。由于 LangChain Agent 底层也是基于 LangGraph 运行图构建的，所以从技术上讲，开发者也可以将 AgentState 或其子类作为自定义 LangGraph 的状态类型。

AgentState 的全类名，也可以称为类的完全限定名（英文全称： fully qualified class name）是：langchain.agents.middleware.types.AgentState

源码如下

class AgentState(TypedDict, Generic[ResponseT]):
    """State schema for the agent."""

    messages: Required[Annotated[list[AnyMessage], add_messages]]
    jump_to: NotRequired[Annotated[JumpTo | None, EphemeralValue, PrivateStateAttr]]
    structured_response: NotRequired[Annotated[ResponseT, OmitFromInput]]

该状态中主要包含三个字段。

1. messages

messages: Required[Annotated[list[AnyMessage], add_messages]]

messages 用于存储 Agent 运行过程中的消息列表。

该字段和 MessagesState 中的 messages 字段类似，也使用 add_messages 作为 Reducer。

2. jump_to

jump_to: NotRequired[Annotated[JumpTo | None, EphemeralValue, PrivateStateAttr]]

jump_to 是 LangChain Agent 内部使用的控制字段，主要服务于 Agent 中间件体系。

它通常用于表示运行流程的跳转意图，例如某些中间件希望影响 Agent 后续应该进入哪个节点。

需要注意的是，jump_to 并不是普通 LangGraph 状态图中的通用跳转机制。

在自定义 StateGraph 中，即使状态中定义了 jump_to 字段，LangGraph 也不会因为该字段的值自动跳转到某个节点。普通 LangGraph 运行图如果需要控制后续流向，通常应使用：

Command(goto="node_name")

见下文。

3. structured_response

structured_response: NotRequired[Annotated[ResponseT, OmitFromInput]]

structured_response 用于存储 Agent 最终生成的结构化输出。

当使用 LangChain Agent 的结构化输出能力时，例如指定 response_format，Agent 最终生成的结构化结果通常会被写入该字段。

其中，OmitFromInput 表示该字段不应作为外部输入字段暴露给调用方，而是由 Agent 运行过程中内部生成。

总体来看，AgentState 是专门为 LangChain Agent 运行时设计的状态类型。

因此，在普通自定义 LangGraph 项目中，一般不建议直接基于 AgentState 扩展图状态。

贡献者: Paiad

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