# est_tokens 解耦设计(issue #2)

- **日期**: 2026-07-30
- **触发**: Gitea issue #2《est_tokens 应由库按实测自估,而不是让调用方填一个没有正确取值的常量》
- **档位**: 强制档(改公共 API 语义 + `usage_source` 公共值域 + 推翻一条已声明保留的迁移行为)→ 需人类审批门
- **修订的权威文档**(经独立审查补全):
  - `ARCHITECTURE.md` §7.7 行 428(`SourceConfig.est_tokens` 描述)、§5.1 行 331(`usage_source` 值域)、**§4.4 行 305**("token 按 `est_tokens` 预扣")、**§7.1 行 384**("打捞路径强制 `usage_source="estimated"`",因 §3.2 #4 变为有条件)
  - `migrations/chsanalyzer.md` 行 151 与 G2(行 185)
  - **`.env.example` 行 11**("TPM > 0 时 EST_TOKENS 必填 > 0",约束已废除)

## 1. 问题:一个常量被派了两份互相矛盾的差事

`SourceConfig.est_tokens` 同时承担两个职责,而两者对"保守"的定义方向相反:

| 职责 | 语境 | "保守"意味着 | 填大的后果 |
|---|---|---|---|
| TPM 入场预扣 | 限流 | 多押金,宁可压吞吐也不击穿网关 | 安全(只是慢) |
| usage 缺失时的用量兜底 | 计费 | **不存在保守方向** | 账单虚高 |

CHS 原版 `config.py:55` 把它定义为"须 ≥ 最坏情形 token"——按定义是**上界**。拿上界当实测值记账,必然系统性高估。库把遥测拆成 `prompt_tokens`/`completion_tokens` 两列后又把整个估值塞进 `completion`(`openai_compat.py:146`),而 `pricing.py:70-72` 按 `prompt×input价 + completion×output价` 换算,输出单价通常是输入的数倍——**双重高估**。

实测算例:`est_tokens=4000`,单价输入 1 元/百万、输出 8 元/百万,真实消耗 400+100:

| | 记账 token | cost |
|---|---|---|
| 真实 | 400 / 100 | 0.0012 元 |
| 现状 | 0 / 4000 | 0.032 元(**26 倍**) |

第二个症状是装配约束:`types.py:125` 的 `tpm > 0 ⇒ est_tokens > 0` 把供应商配额(运维可从配额页抄到)与库的实现细节(预扣量,无人能正确取值)绑死。下游 CHSAnalyzer 删掉 `est_tokens` 配置项后,`tpm` 就再也不能填非 0,只能在自己的配置模型里把 `tpm` 限死为 0 绕开——库把内部细节泄漏进了配置面。

## 2. 备选方案对比

### 2.1 决策点一:usage 不可得时遥测记什么

| 方案 | 做法 | 权衡 |
|---|---|---|
| **A(选定)** | 记 `0/0`,`usage_source` 扩一个 `unavailable`,cost 记 NULL | 缺数据可被统计:`SUM(cost)` 跳过 NULL,`COUNT(*) WHERE usage_source='unavailable' AND cache_hit = false` 能量化账的缺口(**必须带 `cache_hit` 限定**:按 §3.2 #5 的裁决,缓存命中行可以既是 `unavailable` 又有 `cost=0.0`,它们本无账目缺口,不加限定就会灌水——与 §3.3 剔出 OCR 用的是同一把尺子)。代价:公共值域变更,需进 CHANGELOG,且该查询口径要一并写进 wiki(§8) |
| B | 记 `0/0`,沿用 `estimated` | 改动最小(等于把 `est_tokens>0` 路径统一到 `est_tokens=0` 的现状行为)。**否决**:cost 算出 `0.0`,"免费"与"未知"在数据上不可区分,缺口不可量化 |
| C | 保留 est 兜底,只修 `prompt`/`completion` 分配比例 | 保住 CHS"保守计量"意图。**否决**:比例是又一个没有正确取值的魔数,且未触及"拿上界当实测"这个根因,仍高估约 9 倍 |

### 2.2 决策点二:`est_tokens` 未填时的默认预扣量

先排除"不预扣":`try_acquire` 传 0 会让 TPM 窗口在请求飞出到 settle 回来的整段时间形同虚设,大批请求可同时入场,正是"防击穿网关"要防的场景,与 CLAUDE.md 降级方向铁律相悖。

| 方案 | 源甲 `tpm=6000` | 源乙 `tpm=600000` | 权衡 |
|---|---|---|---|
| **派生 `tpm//60`(选定)** | 押 100 → 60 个在途 | 押 10000 → 60 个在途 | 尺度无关:任何配额规模都给出同一行为上限,语义可写进 docstring("一次调用约占一秒钟的配额份额") |
| 固定常量 1000 | 押金占配额 1/6 → 仅 6 个在途,小请求场景白慢数倍 | 押金占 1/600 → 600 个在途,大请求场景照样撞 429 | **否决**:常量与配额规模无关,在途上限随配额乱飘,无法解释取值 |

### 2.3 派生逻辑的落点

| 方案 | 权衡 |
|---|---|
| **`SourceConfig.effective_est_tokens()`(选定)** | 纯方法只读自身字段,落 `types.py` 内核不违反依赖铁律;零装配变更、零端口变更;5 个调用点(`QuotaGate` 入场 + retry/embedding 各自的成功侧与失败侧结算)共用一份 |
| 注入 `GlobalLimits` 到 `QuotaGate`,派生取全局与单源 tpm 的较紧者 | 能覆盖"单源 `tpm=0` 而全局 `tpm>0`"的场景。**否决**:需改三处装配(`retry.py:186`/`embedding.py:116`/`ocr.py:119`),且它修的是一个**既有**缺口(见 §7),超出本任务范围 |
| 派生下沉到两个 limiter 后端 | **否决**:`try_acquire(source_key, est_tokens)` 的入参会变成谎言(后端忽略它),且逻辑要写两遍,违反 D3"语义契约只有一份"与 P7"决策与存储分离" |

## 3. 选定方案

### 3.1 `usage_source` 三态值域

| 值 | 含义 | 生产者 | cost |
|---|---|---|---|
| `measured` | usage 帧完整可信 | 正常路径 | 按 token 换算 |
| `estimated` | 有实测数字但可信度降级 | 打捞路径(收到 usage 帧但流被截断) | 按 token 换算 |
| `unavailable` | 用量信息不可得 | usage 帧缺失、失败尝试、终态失败 | **NULL**(缓存命中行例外,见 §3.2 #5) |

`estimated` 保留且有真实生产者(打捞),同时保证历史库里既有的 `estimated` 行读兼容。

**不变式的准确表述**: 产生了真实网关调用、但用量不可得的行 → cost 为 NULL。缓存命中行不在此列(见 §3.2 #5)。

**值域的强制落点**: `types.py` 模块级 frozenset 常量,仅约束**库内生产侧**——所有写入 `usage_source` 的位置从该常量取值,测试断言库内产出恒在三态内。**不在 `LLMResponse`/`Usage`/`TransportResult` 等 frozen dataclass 上加 `__post_init__` 值域校验**,两条理由:① 它们是运行时构造点(如 `retry.py:418`),裸 `ValueError` 不属 `errors.py` 四分类,`RetryMW` 不捕它,会直接逃出 `chat()`,违反错误分类驱动铁律;② `LLMResponse` 是三项目已消费的公共类型,新增运行时校验是下游可见行为变更,超出本任务。故 §6 的值域测试断言"库内所有生产点的产出值落在三态内",而非"越界字符串被拒"。

### 3.2 逐处改动

| # | 位置 | 改动 |
|---|---|---|
| 1 | `types.py:125` | 删除 `tpm > 0 ⇒ est_tokens > 0`;`est_tokens` 保留字段、语义降为"可选调优覆盖" |
| 2 | `types.py` `SourceConfig` | 新增 `effective_est_tokens()`:显式值 > 0 则原样返回;否则 `tpm > 0` 时返回 `max(1, tpm // 60)`,`tpm == 0` 时返回 0 |
| 3 | `openai_compat.py:146,176` | 两处兜底改为 `(0, 0, "unavailable")` / `(0, "unavailable")`,不再读 `source.est_tokens` |
| 4 | `openai_compat.py:336` | 打捞覆盖加条件:仅当 `usage_source == "measured"` 时降级为 `estimated`,否则保持 `unavailable`(否则 `0/0` 会被标 `estimated` 而算出假的 `0.0`) |
| 5 | `middleware/telemetry.py:130-135` | cost 分支增加短路:`usage_source == "unavailable"` → `None`。**插在 `cache_hit` 分支之后**:缓存命中未产生新调用,`0.0` 是事实而非未知,既有"缓存命中 0.0"语义保持不动。故 `cache_hit=True` 且 `usage_source="unavailable"` 的行 cost 仍是 `0.0`,与 §3.1 不变式不冲突(那条只管产生了真实调用的行) |
| 6 | `middleware/telemetry.py:58,100` | 失败尝试与终态失败的 `usage_source` 由 `estimated` 改 `unavailable`(用量确实不可得;这两行 cost 本已是 None,语义对齐不改金额) |
| 7 | `middleware/ratelimit.py:26` | `source.est_tokens` → `source.effective_est_tokens()` |
| 8 | `retry.py:370`、`embedding.py:294` | **失败侧**保守结算改用 `effective_est_tokens()`。必须同改:预扣派生值而结算退 `est_tokens=0` 会让 `delta` 为负、退掉全部押金,丢掉"失败可能已被计费"的保守意图 |
| 9 | `retry.py:338`、`embedding.py:271` | **成功侧**结算:`usage_source == "unavailable"` 时按 `effective_est_tokens()` 结算,而非 `prompt+completion`(此时恒为 0)。**这条是保持既有行为、不是新增保守**:改前 `_resolve_usage` 恰好返回 `est_tokens`,使 `actual == 预扣量`、`delta == 0`、押金留存;#3 把它改成 `(0, 0)` 后若不同改,成功调用的押金会被整笔退回,对"从不返回 usage 帧的网关源"构成系统性 TPM 计量失效——闸门退化成进门即放行、出门即清账,正是降级方向铁律要防的击穿 |
| 10 | `embedding.py:383,390` | 二值合并扩为三态:任一批 `unavailable` → 整体 `unavailable`;否则任一 `estimated` → `estimated`;否则 `measured`。同步更新 `types.py:273` 的行内注释 `# measured | estimated`,内核里不留与三态矛盾的注释 |
| 11 | `embedding.py:397` `_total_cost` | 存在 `unavailable` 批时整体 cost 记 NULL(逐批求和会给出一个偏低却看似有效的金额) |

### 3.3 明确不改的

**非 dead 的瞬时失败路径**(`retry.py:369` 的 `if not dead` 分支)按预扣量做**限流**结算的行为保留——那是限流语境,保守方向正确(失败请求可能已被网关计费),且该值只流向 `_settle_and_release`,不进遥测。其余三条失败分支(`RequestRejectedError`/`ResultInvalidError`/`SourceDeadError`)的 `actual` 停在初值 0(`retry.py:329`),属既有行为,本次**不动**——#8 已把行号钉死,实现时不要顺手把这三条也改成保守结算。`SourceConfig.est_tokens` 字段与 `{SCOPE}__{PROVIDER}__{N}__EST_TOKENS` 环境键**保留不删不改名**(迁移兼容硬约束,ARCHITECTURE §5.1)。`RateLimiter` 端口签名不变。

**`ocr.py:411` 的 `usage_source="measured"` 保留不改**(初稿曾列为改动项,独立审查后剔出)。库既有立场是 OCR 的 0 token 属**事实**而非未知——`types.py:51` "token 用量;OCR 等无计费调用填 0"、`ocr.py:9` "settle 恒为 0(OCR 无 token 计费)"——故 `measured` 是准确陈述。改成 `unavailable` 还会反噬 §2.1 的核心度量:`COUNT(*) WHERE usage_source='unavailable'` 本用于量化账目缺口,灌进本无缺口的 OCR 行就失去意义。

## 4. 旧版行为审计(迁移保留项的推翻声明)

| 旧版行为 | 出处 | 本次处置 |
|---|---|---|
| usage 缺失按 `est_tokens` 估算并标 `estimated`,不静默用 0 | CHS `invokers.py:241-254`;`migrations/chsanalyzer.md:151` 标记为**保留** | **有意放弃**。理由:CHS 只记单个 `total_tokens`,不存在 prompt/completion 分配问题;库拆两列后无法忠实分配,且 `est_tokens` 按 CHS 自身定义是最坏情形上界。"保守"在限流语境安全、在计费语境只有错误一个方向 |
| 缺失时不静默用 0(拒绝 VT 的"填 0 且不标注") | 同上;`m1-core-design.md:222` 行 10 | **保留**。本方案记 0 但带 `unavailable` 显式标记且 cost 为 NULL,反静默的原始意图完整保留——被放弃的只是"编一个数字"这个手段 |
| `est_tokens` 作 TPM 入场预扣常量 | CHS `config.py:55` | **保留**,仅由必填降为可选覆盖 |
| `tpm > 0 ⇒ est_tokens > 0` 装配校验 | `m1-core-plan.md:93` | **替换**为库内派生,校验删除 |
| 打捞路径强制 `estimated` | `m1-core-design.md` §6 | **保留**,补一个前置条件(§3.2 #4) |
| 遥测 `INSERT OR IGNORE` 幂等、写失败降级不冒泡、列只增 | `m1-core-design.md:218` | **保留**,本次无 DDL 变更 |

## 5. 非功能维度

**并发与取消**: `effective_est_tokens()` 是无状态纯方法(只读 frozen dataclass 字段),并发安全、无锁、可重复调用。本次改动不新增 `await` 点、不改变任何 `try/finally` 结构,取消穿透路径与 in-flight 释放语义原样不动。#8 与 #9 合起来保证**成功侧与非 dead 瞬时失败侧**的预扣与结算恒取同一派生值(`delta == 0`)——这是本设计里最容易漏的一致性约束(初稿只写了失败侧,独立审查发现成功侧缺口)。**取消 / RequestRejected / ResultInvalid / SourceDead 四侧不在此列**:它们的 `actual` 停在 `retry.py:329` 的初值 0、全额退回,属 §3.3 声明不动的既有行为。

**降级方向**: 不改变任何后端的降级方向。遥测侧仍是静默降级(`telemetry.py:161` 的 warning 不冒泡);限流侧仍是 `GovernanceBackendError` 上抛而非放行;TPM 计量不因 usage 帧缺失而静默失效(#9)。

否决 issue 建议的 p90 自估,主论据是 **`TelemetryRecorder` 目前是纯只写端口,自估需要新增读接口并强制所有后端(含 `none`)实现**,公共 API 扩张远大于它要省掉的一个可选字段,且尚无实测证据表明派生默认值不够用(§8)。初稿曾论证"那会把两条方向相反的降级铁律焊在一起",此论据经审查后**撤回**:p90 方案完全可以在遥测读失败时回退到纯派生值,限流侧仍能保持 fail-closed,故并非必然冲突。结论不变,理由收窄。

**幂等与重复**: `Permit.settle()`/`release()` 的幂等 flag 语义不变。#8 与 #9 使预扣与结算取自同一派生函数,同一请求重复结算仍是 no-op。

**持久化与原子性**: 无 DDL 变更(两 schema 的 `cost` 列已可空);无新增落盘点;Redis Lua 脚本不改(仍接收调用方算好的 est)。历史数据不迁移:旧行的 `estimated` 语义在新值域中依然合法可读。

## 6. 错误处理与测试策略

值域校验失败属配置/内部不变量违反 → `ValueError`(装配期 fail-loud),不进四分类运行时错误。本次不改变任何调用失败的分类归属。

| 测试 | 断言要点 | 文件 |
|---|---|---|
| 约束解绑 | `tpm=6000, est_tokens=0` 构造成功(改前抛 ValueError) | `tests/unit/test_types.py` |
| 派生尺度无关 | `tpm=6000→100`、`tpm=600000→10000`、`tpm=0→0`、显式值优先、`tpm=30→max(1,·)` 不为 0 | 同上 |
| cost 不再造假 | `est_tokens=4000` + usage 缺失 → `0/0/unavailable` 且 `record_llm_call` 收到 `cost=None`(改前 `0.032`) | `tests/unit/test_openai_compat.py`、`test_telemetry.py` |
| 缓存命中不受牵连 | `cache_hit=True` 且 `unavailable` → cost 仍为 `0.0`(锁定 §3.2 #5 的分支次序) | `test_telemetry.py` |
| 打捞前置条件 | 打捞 + usage 帧存在 → `estimated` 且 cost 非 None;打捞 + usage 缺失 → `unavailable` 且 cost 为 None(回归 §3.2 #4) | `test_openai_compat.py` |
| **失败侧**结算不退多 | 未填 `est_tokens` 且 `tpm>0` 时失败请求,TPM 窗口残留量等于派生预扣量而非 0(回归 §3.2 #8) | `tests/contracts/test_limiter_contract.py` |
| **成功侧**结算不退多 | usage 缺失的**成功**调用后,TPM 窗口残留量等于派生预扣量而非 0(回归 §3.2 #9,本设计最易漏的一条)。现有锚点 `test_retry.py:149` 的 `_src("a", tpm=1000, est_tokens=400)` 旁加一个 `est_tokens=0` + usage 缺失的用例 | `tests/unit/test_retry.py`、`test_limiter_contract.py` |
| 三态合并 | 混合批 `measured+unavailable` → 整体 `unavailable` 且 cost 为 NULL | `tests/unit/test_embedding.py` |
| OCR 不变 | OCR 成功行仍为 `measured` 且 settle 恒 0(防回归,锁定 §3.3 的剔出决定) | `tests/unit/test_ocr_client.py` |
| 值域封闭 | 库内所有生产点的产出恒落在三态内;公共 dataclass 不因越界值抛异常(锁定 §3.1 的落点决定) | `test_types.py` |

限流侧断言随 `tests/contracts/test_limiter_contract.py` 同时覆盖内存与 Redis 两后端(Redis 走真实实例,遵守共享后端不并跑纪律)。

## 7. 已知限制(本次不修,显式声明)

单源 `tpm == 0` 而全局 `tpm > 0` 时,`effective_est_tokens()` 返回 0,全局 TPM 闸拿 0 预扣、入场保护形同虚设。**这是既有行为**(现状约束只管 `cfg.tpm > 0`,该场景下 `est_tokens=0` 本就合法),本方案不引入也不修复它。修它需要把 `GlobalLimits` 注入 `QuotaGate`(§2.3 备选二),属独立议题,建议另开 issue。

## 8. 下游影响与发布

`est_tokens` 从必填降为可选后,CHSAnalyzer 可删掉"`tpm` 必须为 0"的绕行校验并填真实 TPM。`usage_source` 出现第三个值、且不可得行的 cost 由数值变 NULL,是下游可见的行为变更:成本汇总若此前依赖"cost 非空"隐含假设需复核。按 `docs-convention.md` §2,发版须同步 CHANGELOG 与 wiki 的 usage/成本口径说明,并在 issue #2 回帖结论。

遥测驱动的自适应预估(issue 原建议)不在本次范围,待默认派生值在真实负载下出现实测问题后再评估。

## 9. 规模判定

改动面(独立审查后重算):**6 个源文件**(`types.py`、`transports/openai_compat.py`、`middleware/telemetry.py`、`middleware/ratelimit.py`、`middleware/retry.py`、`embedding.py`;`ocr.py` 已剔出)、**7 个测试文件**、**3 份权威文档**(ARCHITECTURE.md、`migrations/chsanalyzer.md`、`.env.example`),外加按 `docs-convention.md` §2 必须同步的 CHANGELOG 与用户文档站 wiki(版本 bump 不得裸发)。

属跨多文件功能 → 本设计经人类审批后须走 `writing-plans` 出实施计划,不得直接进实现。
