【LangChain核心组件】Memory：让大语言模型拥有持续对话记忆的工程实践

# 记忆存储初始化（对话历史容器）
chat_memory = ConversationBufferMemory(
    memory_key="chat_history",  # 存储标识符
    return_messages=True  # 保持消息对象结构
)

# 记忆系统与链的整合
memory_chain = LLMChain(
    llm=qwen,
    prompt=prompt,
    memory=chat_memory  # 记忆注入
)

二、对话记忆的工程实现

1. 消息结构化存储

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# 典型记忆存储结构
[
    HumanMessage(content="你好"),
    AIMessage(content="您好！有什么可以帮助您？"),
    HumanMessage(content="讲个笑话"),
    AIMessage(content="为什么程序员总分不清万圣节和圣诞节？因为Oct31==Dec25！")
]

设计优势：保留原始消息类型，支持角色区分化处理

2. 动态提示组装机制

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# 运行时实际发生的提示拼接
final_prompt = [
    SystemMessage(content="你是一个专业的聊天AI"),
    HumanMessage(content="你好"),
    AIMessage(content="您好！有什么可以帮助您？"),
    HumanMessage(content="讲个笑话")
]

技术价值：使模型始终在完整对话上下文中生成响应

三、Memory类型选型指南

Memory类型	存储原理	适用场景	代码示例
ConversationBufferMemory	完整保存所有对话记录	短对话调试	`return_messages=True`
ConversationBufferWindowMemory	仅保留最近K轮对话	移动端轻量化应用	`k=3`
ConversationSummaryMemory	存储摘要而非原始对话	长文档分析	`summary_prompt=...`
CombinedMemory	混合多种存储策略	复杂对话系统	`memories=[buffer, summary]`

四、生产环境优化实践

1. 记忆容量控制

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from langchain.memory import ConversationBufferWindowMemory

# 保留最近3轮对话
optimized_memory = ConversationBufferWindowMemory(
    k=3,
    memory_key="chat_history",
    return_messages=True
)

避免问题：GPT-3.5的4k token限制下，防止长对话溢出

2. 记忆分片策略

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class ChunkedMemory:
    def save_context(self, inputs, outputs):
        # 将长对话分段存储
        chunk_size = 500  # 按token计算
        self.chunks = split_text(inputs['question'], chunk_size)

应用场景：法律咨询、医疗问诊等长文本领域

3. 记忆检索增强

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from langchain.retrievers import TimeWeightedVectorStoreRetriever

# 基于时间权重的记忆检索
retriever = TimeWeightedVectorStoreRetriever(
    vectorstore=FAISS(),
    memory_stream=chat_memory.load_memory_variables({})['chat_history']
)

技术价值：优先召回相关性高且较近期的对话

五、典型问题调试技巧

1. 记忆丢失问题排查

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# 打印记忆状态
print(chat_memory.load_memory_variables({}))
# 期望输出：
# {'chat_history': [HumanMessage(...), AIMessage(...)]}

.2. 消息类型不匹配修复

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# 错误现象：TypeError: sequence item 0: expected str instance, HumanMessage found
# 解决方案：确保Memory配置return_messages=True

长对话性能优化

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# 监控内存使用
pip install memory_profiler
mprof run python chat_app.py

六、扩展应用场景

1. 个性化对话系统

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# 用户画像记忆
profile_memory = ConversationBufferMemory(
    memory_key="user_profile",
    input_key=["age", "occupation"]
)

# 组合记忆体系
combined_memory = CombinedMemory(memories=[chat_memory, profile_memory])

2. 多模态记忆存储

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from langchain_core.messages import ImageMessage

# 支持图片记忆
chat_memory.save_context(
    {"question": "分析这张图片"},
    {"output": ImageMessage(content=image_bytes)}
)

记忆持久化方案

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# SQLite存储实现
from langchain.memory import SQLiteMemory

persistent_memory = SQLiteMemory(
    database_path="chat.db",
    session_id="user123"
)

结语：

通过合理运用Memory组件，开发者可以构建出具备以下能力的智能对话系统：

✅ 30轮以上连贯对话

✅ 个性化上下文感知

✅ 长期用户画像记忆

✅ 跨会话状态保持

工作流程图

示例代码关键方法对照表

1、库名解析

方法/类名	所属模块	核心功能
`ChatPromptTemplate`	langchain.prompts	多角色提示模板构建
`SystemMessagePromptTemplate`	langchain.prompts	系统角色提示定义
`MessagesPlaceholder`	langchain.prompts	动态消息占位符
`HumanMessagePromptTemplate`	langchain.prompts	用户消息格式化
`ConversationBufferMemory`	langchain.memory	对话历史缓冲存储
`LLMChain`	langchain.chains	语言模型执行流水线

2、ConversationBufferMemory关键参数

参数名	类型	作用说明	默认值
`memory_key`	str	记忆字典的键名	"history"
`return_messages`	bool	是否返回Message对象	False
`input_key`	str	输入项的键名	None

return_messages=True

必要性：
- MessagesPlaceholder需要Message对象列表（而不仅是字符串）
- 保持消息类型信息（系统/人类/AI消息）
对比实验：

设置输入格式是否可用

return_messages=True Message对象列表 ✅

return_messages=False 纯文本字符串 ❌

设置	输入格式	是否可用
`return_messages=True`	Message对象列表	✅
`return_messages=False`	纯文本字符串	❌

`3、LLMChain()关键参数`

核心参数：

参数类型作用说明

llm BaseLanguageModel 语言模型实例

prompt BasePromptTemplate 提示模板

memory BaseMemory 记忆系统

verbose bool 是否打印执行日志

参数	类型	作用说明
`llm`	BaseLanguageModel	语言模型实例
`prompt`	BasePromptTemplate	提示模板
`memory`	BaseMemory	记忆系统
`verbose`	bool	是否打印执行日志

示例代码

代码说明：

该代码实现了一个基于LangChain的带记忆功能的智能对话系统，主要演示以下核心能力：

**对话记忆管理**

通过`ConversationBufferMemory`实现对话历史的持久化存储，突破大模型单次请求的上下文限制，支持连续多轮对话。

**提示工程架构**

采用分层提示模板设计：

系统消息固化AI角色设定

`MessagesPlaceholder`动态注入历史对话

用户消息模板接收即时输入

**服务集成方案**

对接阿里云灵积平台（DashScope）的千问大模型，演示：

第三方模型API调用

参数调优（temperature=0增强确定性）

**执行流水线封装**

使用`LLMChain`将提示工程、记忆系统、模型调用封装为可复用组件，体现LangChain模块化设计思想。完整技术栈涵盖环境变量管理、类型化消息处理、交互式调试等工程实践。

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from langchain.chat_models import ChatOpenAI
from langchain.prompts import (
    ChatPromptTemplate,
    MessagesPlaceholder,
    SystemMessagePromptTemplate,
    HumanMessagePromptTemplate,
)
from langchain.chains import LLMChain
from langchain.memory import ConversationBufferMemory
import os
from dotenv import load_dotenv

#一、加载配置环境
load_dotenv()

# 二、初始化ChatOpenAI模型
llm = ChatOpenAI(
    model="qwen-max",
    api_key=os.getenv("DASHSCOPE_API_KEY"),
    openai_api_base="https://dashscope.aliyuncs.com/compatible-mode/v1",
    temperature=0
)

# 三、创建对话提示模板
prompt = ChatPromptTemplate(
    messages=[
        SystemMessagePromptTemplate.from_template(
            "You are a nice chatbot having a conversation with a human."
        ),
        # 这里的`variable_name`必须与记忆中的对应
        MessagesPlaceholder(variable_name="chat_history"),
        HumanMessagePromptTemplate.from_template("{question}")
    ]
)

#四、定义历史消息存储
# 注意我们设置`return_messages=True`以适配MessagesPlaceholder
# 注意`"chat_history"`与MessagesPlaceholder名称对应
memory = ConversationBufferMemory(memory_key="chat_history", return_messages=True)

#五、创建LLMChain实例，用于处理对话
conversation = LLMChain(
    llm=llm,
    prompt=prompt,
    verbose=True,
    memory=memory
)

#六、定义模拟历史对话消息
# 注意我们只传入`question`变量 - `chat_history`由记忆填充
conversation({"question": "你好"})
conversation({"question":"你能给我讲一个苹果和医生的笑话吗?"})
conversation({"question":"说得好，再讲一个"})
conversation({"question":"讲一个葫芦娃的笑话"})

#七、问题输入执行
while True:
    question = input("请输入问题：")
    if question.lower() == "exit":
        response = conversation({"question": "再见"})  # 主动触发结束语
        print(response['text'])
        break
    response = conversation({"question": question})
    print(response['text'])  # 确保输出模型响应

运行结果

> Entering new LLMChain chain...

Prompt after formatting:

System: You are a nice chatbot having a conversation with a human.

Human: 你好

AI: 你好！有什么可以帮助你的吗？

Human: 你能给我讲一个苹果和医生的笑话吗?

AI: 当然可以，这里有一个经典的笑话：

为什么医生建议每天吃一个苹果？

因为医生需要钱买房子！（实际上原话是 "An apple a day keeps the doctor away"，意思是"一天一个苹果，医生远离我"，但这个版本更幽默一些。）

希望这能让你会心一笑！

Human: 说得好，再讲一个

AI: 好的，再来一个苹果和医生的笑话：

为什么苹果不喜欢去看医生？

因为每次医生都会说："你看起来有点核（核心）问题！"

希望这个也能让你笑一笑！

Human: 讲一个葫芦娃的笑话

AI: 当然可以，这里有一个关于葫芦娃的笑话：

为什么葫芦娃们总是穿肚兜？

希望这个笑话能让你开心一笑！

Human: 回答我刚刚的问题

> Finished chain.

好的，再来一个关于葫芦娃的笑话

为什么葫芦娃们每次都能找到爷爷？

因为不管他们被妖怪抓到哪里，只要喊一声"爷爷，救我！"爷爷就能立刻感应到他们的位置。这大概是因为葫芦娃和爷爷之间有特殊的"GPS"吧！

希望这个笑话能让你笑一笑！

请输入问题：

说明：主要看最后一个问题"回答我刚刚的问题"，可以发现大模型能够根据历史对话再去讲述关于葫芦娃的笑话。这也就说明成功实现了Memory记忆功能。