[LangChain之链]LangChain的Chain——由Runnable构建的管道

在 LangChain 中，Chain 指的是对多个组件（如 Prompt、LLM和OutputPparser等）的一系列调用流程。它具有两种实现方式，即传统的以LLMChain为代表的"老链"和最新的采用LCEL（LangChain Exppression Language）的"新链"。

1. 传统"老链"

从传统链（Legacy Chains）到 LCEL的演进是一次从"命令式封装"向"声明式组合"的重大飞跃。早期的 LangChain 依靠一系列硬编码的类（如LLMChain和RetrievalQA）来构建应用。开发者调用特定的类，内部逻辑在这些类中被高度封装，定制起来比较麻烦。比如提示词往往隐藏在源代码中，修改不便。接口不统一也是一个硬伤，不同的链可能需要不同的输入输出格式。而最大的问题还是功能扩展难，想要在中间步骤添加自定义逻辑（如中间处理、日志）非常繁琐。

在如下的演示程序中，我们利用LLMChain实现了一个典型的应用场景：传入参数格式化提示词模板，将生成的提示词作为输入调用LLM并解析输出。这个流程涉及的三个步骤需要对应的三个组件，分别是表示提示词模板的ChatPromptTemplate、LLM模型（ChatOpenAI）和用于解析输出的StrOutputParser。

python 复制代码

from langchain_openai import ChatOpenAI
from langchain_core.prompts import ChatPromptTemplate
from langchain_core.output_parsers import StrOutputParser
from langchain_classic.chains  import LLMChain

prompt = ChatPromptTemplate.from_template("Give me small report about {topic}")
model = ChatOpenAI(
    model="gpt-5.2-chat",
    base_url="base url of your deployed model",
    api_key="your api key"
)
parser = StrOutputParser()
chain = LLMChain(
    prompt=prompt,
    llm=model,
    output_parser=parser
)
result = chain.run(topic="Artificial Intelligence")
print(result)

我们将三个组件作为参数调用构造函数构建LLMChain对象，然后将提示词模板的占位符参数作为输入调用它的run方法，最终就会得到我们希望看到的文体，前面的输出内容如下所示：

csharp 复制代码

**Small Report on Artificial Intelligence**

Artificial Intelligence (AI) is a branch of computer science focused on creating machines and systems capable of performing tasks that normally require human intelligence  result = chain.run(topic="Artificial Intelligence")
...

2. 基于LCEL的"新链"

正如前面所说，整个链作为作为一个黑盒被完全封装到LLMChain中，我们根本不知道背后的链路是什么样子，更不用说对它进行定制了。这种传统的编程模式已经基本没有使用了，取而代之的是如下所示的基于LCEL编写的管道。

python 复制代码

from langchain_openai import ChatOpenAI
from langchain.prompts import ChatPromptTemplate
from langchain.schema.output_parser import StrOutputParser

prompt = ChatPromptTemplate.from_template("Give me small report about {topic}")
model = ChatOpenAI(
    model="gpt-5.2-chat",
    base_url="base url of your deployed model",
    api_key="your api key"
)
parser = StrOutputParser()

chain = prompt | model | parser
result = chain.invoke({"topic": "artificial intelligence"})
print(result)

我们无需任何封装链类型，而是直接使用类似于Unix管道命令的方式直接将三个核心组件组成一个链，简单且直观。关键是定制起来也容易，添加、替换和删除管道的组件都很方便。

3. 模拟实现

其实这种基于管道定义链路的实现很简单，它也不是LangChain特有，很多用于处理HTTP请求的Web框架都是采用这种设计。LangChain基于LCEL的链依赖一个名为Runnable的抽象类，它可以表示链路有个关键的组件，链本身也是一个Runnable对象，这是一种典型的"组合"设计模式。Runnable是本系列文章关注的核心，在正式介绍它之前，我们使用最简单的代码定义模拟它的实现。

python 复制代码

from __future__ import annotations
from abc import ABC, abstractmethod
from typing import (Callable, Generic, TypeVar, Any)

Input = TypeVar('Input')
Output = TypeVar('Output')
Other = TypeVar('Other')

class Runnable[Input, Output](ABC):    
    @abstractmethod
    def invoke(self, input: Input) -> Output:
        pass
    def __or__(self, other: Runnable[Output, Other]) -> Runnable[Input, Other]:
        return ComposibleRunnable(self, other)
    
class ComposibleRunnable(Runnable[Input, Output]):
    def __init__(self, first: Runnable[Input, Any], second: Runnable[Any, Output]):
        self.first = first
        self.second = second
    def invoke(self, input: Input) -> Output: 
        return self.second.invoke(self.first.invoke(input))

我们将Runnable定义成抽象的泛型类，Input和Output类型变量表示它的输入和输出类型。既然命名为Runnable，意味着它可以被调用来完成某种任务，这体现在它的抽象方法invoke方法上，它具有一个类型为Input的参数。由于我们需要使用管道符号"|"，所以我们将管道操作实现在重写的__or__方法中，另一个与之组合的类型为Runnable[Output, Other]，两者组合的链条就是一个Runnable[Input, Other]对象。该方法具体返回的是一个ComposibleRunnable[Input, Other]对象。

如下这个RunnableLamda[Input,Output]类型是对Runnable[Input, Output]这个抽象类的实现，在它重写的invoke方法中，执行的操作是在构造函数中指定的Callable $\[Input$ , Output]对象。我们创建了它的三个实例，分别针对三项基本数学运算：自增、倍乘和以2为底的对数。我们将它们以管道的形式构成一个链，并对传入的参数3实施运算。

python 复制代码

import math  
class RunnableLamda(Runnable,Generic[Input,Output]):
    def __init__(self, func: Callable[[Input], Output]):
        self.func = func
    def invoke(self, input: Input) -> Output:   
        return self.func(input)

increase = RunnableLamda(lambda x: x + 1)
double = RunnableLamda(lambda x: x * 2)
log2 = RunnableLamda(math.log2)

chain = increase | double | log2
result = chain.invoke(3)  
assert result == 3.0 # ((3 + 1) * 2) -> log2(8) -> 3.0