PolyGateway

实验室统一的大语言模型调度与中转库:LLM / VLM / OCR / Embedding 四类调用共用同一套生产级治理栈——多源多账号、限流、错误分类重试、熔断、响应缓存、流式看门狗、遥测与成本。治理单位是一次模型调用;任务编排、业务解析、图像预处理都留在业务侧。

由三个真实项目(GovDoc-SaaS / CHSAnalyzer / Video-Tree-TRM5)各自手写的治理栈提炼而来,并以"能否全量迁移回这三个项目"作为验收标准。v1.0.0 已通过 GovDoc 与 CHSAnalyzer 两项目的全量迁移验收(约 −6800 行项目侧治理代码由本库继任)。

为什么需要它

每个接入大模型的项目都会重写同一批东西:重试循环、429 处理、熔断器、SSE 解析、遥测埋点——写三遍就有三份 bug。本库把这些收敛为一份经过压测验证的实现:

能力	说明
多源多账号	{SCOPE}__{PROVIDER}__{N}__* 配置任意多源;健康感知选源(EWMA×在途 P2C)自动避开坏源
限流	并发/RPM/TPM × 全局/单源六道闸;TPM 预扣入场、按实际用量结算退款;Redis 后端跨进程原子(Lua)
错误分类重试	一切失败落入四分类(见下),由分类决定重试/换源/熔断;429 属 pushback 不消耗重试预算;退避含 jitter 且尊重 Retry-After
熔断	双通道(连续失败 + 失败率窗口,健康证据抑制误熔);半开单探针带租约(持有者死亡自动回收);epoch fencing 拒绝迟到写回;开路时长指数递增
自适应并发	AIMD:429 削减、成功缓升,防止打爆上游
背压与判死	配额满可选等待或快速失败;等待期按双条件判死(本地非生产性等待与全局无进展同时超窗)。stall 窗口只计非生产性等待(429 退避/配额轮询/熔断冷却),与 TIMEOUT_S 无耦合
响应缓存	Redis/内存;key 含 model + messages 摘要 + namespace(缓存隔离单位)+ salt + 采样参数,多模态 content 先摘要再 hash(防毒化);可 per-call 绕过(科研重采样)
流式看门狗	TTFT / inter-token / 总超时三层活性;thinking token 刷活性不计结果;截断流(缺 [DONE])判瞬时不入缓存
遥测与成本	每次调用(含缓存命中与失败)必录 24 字段;SQLite / Postgres 后端(表已存在时不需要 schema 建表权限,最小权限账号可直接用);按价格表折算成本落库(注意 LLMResponse.cost 本身恒为 None,成本只进遥测);多模态内容摘要落库不存原图
调用方维度	每次调用可带 tenant_id(遥测表的真实列,可挂 RLS、可建复合索引)与 meta(≤16 个自定义 KV);四个公共方法全覆盖,校验超限即报错;库只交付列,不启用 RLS、不建索引
结构化输出	json_repair 修复 / 原生 schema 双策略 + 校验失败有界带反馈重问
OCR	MonkeyOCR 双端点(文本转录 + 版面解析),bbox 数值防御下沉,逐源健康预检 check_health()
Embedding	分批、维度校验、与 chat 同一治理栈

降级方向是铁律:缓存/遥测后端掉线 → 静默降级(warning);限流/熔断后端掉线 → 报错而非放行(防击穿上游)。asyncio.CancelledError 全链路穿透,in-flight 资源在 finally 释放。

安装

发布在实验室 Gitea PyPI(公开包,匿名可装):

pip install --extra-index-url https://gitea.iomgaa.online/api/packages/iomgaa/pypi/simple/ \
    "polygateway[redis,postgres,structured]>=1.2.1,<2"

核心仅依赖 httpx + pydantic;按需选 extras:

extra	内容	何时需要
redis	redis-py	Redis 限流/熔断/缓存后端
postgres	asyncpg	Postgres 遥测后端
structured	json-repair	结构化输出的修复策略
sdk	openai	可选的 SDK transport(默认手写 httpx,不需要)

要求 Python ≥ 3.11。

快速开始

1. 配置 .env

LLM__MINIMAX__1__BASE_URL=https://your-gateway/v1
LLM__MINIMAX__1__API_KEY=sk-xxx
LLM__MINIMAX__1__MODEL=MiniMax-M3
LLM__MINIMAX__1__TIMEOUT_S=120
LLM_MAX_RETRIES=3
LLM_RETRY_BASE_DELAY=2.0
LLM_RETRY_MAX_DELAY=30.0
LLM_CIRCUIT_BREAKER_THRESHOLD=5
LLM_CIRCUIT_BREAKER_COOLDOWN=60
PGW_LIMITER_BACKEND=memory
PGW_BREAKER_BACKEND=memory
PGW_CACHE_BACKEND=none
PGW_TELEMETRY_BACKEND=none

缺任何关键键都会在装配时报错——本库禁止默认值兜底掩盖配置缺失。

2. 发起治理调用

from polygateway import GatewayClient

async def main() -> None:
    client = GatewayClient.from_env("LLM")   # 读 .env 装配整套治理栈
    try:
        resp = await client.chat([{"role": "user", "content": "你好"}])
        print(resp.content, resp.source_name, resp.latency_ms)
    finally:
        await client.aclose()                # 归还连接与治理后端资源

chat() 原生接受 OpenAI 多模态 content 数组(image_url data URL),VLM 调用无需专门客户端;session_id / parent_call_id / cache_salt 关键字参数用于链路追踪与缓存控制,tenant_id / meta 用于遥测归属(见下文「多租户与自定义维度」);overlay 传采样参数(temperature / seed / max_tokens 等,恒定值宜配在源的 EXTRA_BODY 上)——它会进缓存 key,故逐次变化的 seed 天然不命中缓存。

3. OCR 与 Embedding

from polygateway import EmbeddingClient
from polygateway.ocr import OcrClient

ocr = OcrClient.from_env("OCR")            # OCR__MONKEY__1__* 多源
text = await ocr.recognize_text(image_bytes)          # 文本转录
layout = await ocr.parse_layout(image_bytes)          # 版面解析(带 bbox 的元素列表)
health = await ocr.check_health()                     # 逐源预检 {"monkey_1": True, ...}

embed = EmbeddingClient.from_env("EMBED")  # EMBED__*__* + EMBED__BATCH_SIZE
vectors = (await embed.embed(["文本 a", "文本 b"])).vectors

4. 业务侧异常处理

from polygateway import GatewayUnavailableError, RequestRejectedError

try:
    resp = await client.chat(messages)
except GatewayUnavailableError as exc:
    # 整个 scope 暂时无源可用: 延期重投,不消耗业务失败预算
    schedule_retry(after_s=exc.retry_after_s)   # exc.reason / exc.per_source_reasons 供诊断
except RequestRejectedError:
    ...  # 请求本身有问题(400/格式拒绝): 不重试,直接失败

5. 多租户与自定义维度

resp = await client.chat(
    messages,
    tenant_id="acme-corp",                           # 遥测表的真实列,可挂 RLS
    meta={"batch_id": "b-42", "stage": "extract"},   # 任意自定义 KV,进 meta 列
)

1.2.1 起,四个公共方法(chat / embed / recognize_text / parse_layout)都接受这两个关键字参数,都可省略,既有调用点无需改动。校验在入口收口、超限报 ValueError 而非静默丢弃:tenant_id ≤128 字符、非空串、不含首尾空白(空白拒绝而非 strip——" t1" 与 "t1" 在 RLS 等值比较下是两个租户);meta 最多 16 个键,键须匹配 [a-z0-9_.]{1,64}(pg_ 前缀保留给库),值仅限 str / int / float / bool,字符串值 ≤256 字符、float 须有限(nan / inf 不是合法 JSON,JSONB 会拒收)。两者都不进缓存 key——缓存隔离由 cache_namespace 负责。

存储上 tenant_id 两端都是 TEXT NOT NULL DEFAULT '',meta 在 Postgres 是 JSONB、在 SQLite 是 TEXT;老表要补上这两列(补列是否由库自动执行取决于 PGW_TELEMETRY_SCHEMA_MODE,见遥测表 schema 与升级纪律),补列后老行读出是空串而非 NULL(NULL 在任何 RLS policy 下都对所有人不可见,空串则可用一条 SQL 审出还有多少行待归属)。

库只提供列,不启用 RLS、不建索引。 要数据库层的强制隔离,以下 DDL 是下游 DBA 的职责,库不会代劳;不执行则 tenant_id 只是一个可查可过滤的普通列,没有任何数据库层强制。库不代劳的原因是 default-deny:启用 RLS 而没有匹配的 policy = 零行可写且静默不报错,会让非多租户部署的遥测全量写失败。

ALTER TABLE llm_calls ENABLE ROW LEVEL SECURITY;
ALTER TABLE llm_calls FORCE  ROW LEVEL SECURITY;  -- 属主不豁免
CREATE POLICY llm_calls_tenant_isolation ON llm_calls TO polygateway_app
  USING      (tenant_id = NULLIF(current_setting('app.tenant_id', true), ''))
  WITH CHECK (tenant_id = NULLIF(current_setting('app.tenant_id', true), ''));

CREATE INDEX CONCURRENTLY idx_llm_calls_tenant_created
  ON llm_calls (tenant_id, created_at);

current_setting(..., true) 的第二参数令 GUC 未设时返回 NULL 而非抛错,外层 NULLIF 把空串归一为 NULL——合起来使未设租户 = 零行(fail-closed)而不是全部行。索引列序不可颠倒:启用 RLS 后 policy 给每条查询隐式追加 tenant_id 等值谓词,它出现在 100% 的谓词里,必然是前导列。

三个陷阱,每一个的失败形态都是静默的:

陷阱	后果
表属主默认豁免 RLS	只写 ENABLE 而漏 FORCE,用属主角色连库时隔离形同虚设,且查询一切正常看不出来
租户上下文必须在显式事务内用 set_config('app.tenant_id', ..., true)	asyncpg 默认 autocommit,单发 SET LOCAL 会当场失效,而 PG 只发 warning 不报错;表现是 policy 永远拿不到租户 → fail-closed 到零行
policy 必须同时写 USING 与 WITH CHECK	只写前者则租户 A 读不到 B 的行,却能插入标着 B 的行——污染发生在写入侧,读侧查不出来

遥测表 schema 与升级纪律

llm_calls 是下游的表,不是库的私有存储。库对它发出的语句只有三类,别的一概不发:

库会发	库不发
列/表探测:PG 走 to_regclass + pg_attribute,SQLite 走 PRAGMA table_info(都只读 catalog)	SELECT 表数据——库只写不读,故你加多少列、建多少索引、怎么分区都不影响它
INSERT,永远显式列名,冲突处理不绑定具体约束(PG ON CONFLICT DO NOTHING / SQLite INSERT OR IGNORE)	UPDATE / DELETE / TRUNCATE / DROP——保留期与清理全归下游
表不存在时 CREATE TABLE IF NOT EXISTS(PG 侧先探测,表在就不发)	ALTER TABLE,除非该后端处于 auto 档(见下);manual 档一条 DDL 都不发

补列档位 PGW_TELEMETRY_SCHEMA_MODE

取值	含义
不设(缺省)	按后端派生:sqlite → auto、postgres → manual
auto	旧表缺列时库逐列 ALTER TABLE ADD COLUMN 补齐
manual	库一条 ALTER 都不发;缺列只发一条 warning(点名缺的维度 + 附上可直接执行的 SQL),并按现有列裁剪 INSERT 继续写

缺省为什么两端不对称:PG 侧是共享的生产表,ALTER TABLE ADD COLUMN 取 ACCESS EXCLUSIVE 锁,会排在长事务后阻塞该表其后的所有查询,而遥测是业务路径上的内联 await;这类部署有 DBA、有迁移工具、讲最小权限,DDL 的执行时机该由他们挑。SQLite 侧是下游自己的本地文件(现有下游典型是 runs/*.db):没有 DBA、没有迁移工具、没有第二个系统碰它,ALTER 是毫秒级元数据操作,要求"升级后手工跑一条 SQL"是给零运维场景强加运维步骤。调研过的 11 个同类系统(Celery / APScheduler / Alembic / Django contrib / Hangfire / Quartz.NET / dbt / Airbyte / Fivetran / Prefect / Airflow)里,没有一个把"库在下游库里自动 ALTER 出列"作为默认行为。同一个键两侧都可显式覆盖。

表状态	auto	manual
不存在	建表	仍然建表(新表无既有数据、无并发访问者,不存在锁队列风险;停掉它会让"零配置起步"断掉)
存在、列齐	不发任何 DDL	不发任何 DDL
存在、缺列	逐列 ALTER;失败不裁剪,缺列以逐行 warning 暴露(承诺的是"把列补上",补不上就让问题可见;要降级写入请显式选 manual)	不发 DDL,裁剪写入,缺的维度不落库

无论哪档,遥测的失败方向都是静默降级:缺列、补列失败、写入失败都只 warning,绝不冒泡打断业务调用。

自取建表脚本

telemetry_schema_sql 输出与库运行时执行的 DDL 同源(同一份常量),照它建完表,库探测到的列就是齐的:

import polygateway

print(polygateway.telemetry_schema_sql("postgres"))  # 或 "sqlite";非法值抛 ValueError

# 直接落成迁移文件:注释头 + CREATE TABLE IF NOT EXISTS(全量列)+ 各补列语句
python -c "import polygateway; print(polygateway.telemetry_schema_sql('postgres'))" \
  > migrations/001_llm_calls.sql

PG 变体的补列语句带 ADD COLUMN IF NOT EXISTS,整段可重复执行(它即便列已存在也会先取 ACCESS EXCLUSIVE 锁,故请挑低峰);SQLite 没有该语法,脚本以注释标明"仅当该列不存在时执行"。注意这与库内部执行的 ALTER 是两份文本:库侧一律先探测后 ALTER,不用 IF NOT EXISTS,正是为了在稳态下一条排他锁都不取。

Expand/Contract 承诺

这张表的演进只走 expand,不走 contract。以下五条既是当前实现,也是库对下游的承诺——库此后的演进受它们约束:

承诺	你可以据此做什么
新列只增不删不改名,一律追加在既有列之后	已有的视图、报表、ETL 不会因升级而失效
新列必可空,或带非易失常量默认值	PG 11+ 补列不重写全表,SQLite 补列是元数据操作——大表升级也是秒级
INSERT 永远显式写出列名	你可以自行加列(业务维度、生成列),库的写入不受影响
库从不 SELECT *,也从不读回这张表的数据	库侧根本没有读路径,你加索引、加自己的列、挂 RLS 都影响不到它
写入的冲突处理不绑定具体约束	你可以把 llm_calls 建成 PARTITION BY RANGE (created_at) 的分区表(此时主键必须是 (call_id, created_at),PG 要求分区表唯一约束含分区键),库的探测、补列与写入照常工作

错误模型(四分类)

一切失败在 transport 层翻译为四类之一,治理行为由分类决定,业务侧不需要判断状态码:

分类	含义	库内行为
TransientError	超时/5xx/网络抖动/截断流	换源重试 + 退避
SourceDeadError	401/403/欠费(429+insufficient_quota)	立即熔断该源 + 换源
RequestRejectedError	400/内容拒绝/本地格式拒绝	不重试不换源,快速失败
ResultInvalidError	调用成功但结果不合格(坏 JSON/维度不符/坏 bbox)	不熔断("坏结果 ≠ 坏服务"),按策略有界重问或上抛

预算耗尽/全源熔断时抛 GatewayUnavailableError 族(CircuitOpenError / AllSourcesExhausted),携带 scope / reason / retry_after_s / per_source_reasons,供任务队列做延期重投。

网关拒绝的理由不会丢失(1.2.0 起):非 2xx 的响应体经折叠与截断后同时进入异常 message 与 exc.body_text,故遥测表的 error 列里就能看到网关的原话——不必再为查一次 400 单独埋点。截断保头保尾(总长 2048 字符),JSON 错误体尾部的 code / request_id 不会被切掉。经中转部署时请注意:第三方中转服务自身抖动也会回 400,从状态码上与"你的输入有问题"无法区分;库仍按确定性失败处理(直连供应商时重试只会白烧配额),批处理下游宜据 body_text 自备兜底分类。

哪些异常会到达调用方

上表的"库内行为"一列描述的是治理动作,不是调用方要处理的东西。四类里有两类根本到不了调用方——它们被重试循环接住,预算耗尽时统一包成 AllSourcesExhausted。这个区分只看类型树和 docstring 是读不出来的,曾让下游据此写错整段设计文档,故在此列明:

会到达调用方	库内吸收(不必 catch)
GatewayUnavailableError 族——CircuitOpenError / AllSourcesExhausted / GovernanceBackendError	TransientError(退避后换源重试,耗尽即转为 AllSourcesExhausted)
RequestRejectedError	SourceDeadError(立即熔断该源并换源,同上)
ResultInvalidError
SourceNotConfiguredError

GovernanceBackendError 属于第一列: 限流/熔断的状态后端(如 Redis)自身故障时库 fail-closed——一个请求都发不出去,这就是"整个 scope 暂时不可用"。它继承 GatewayUnavailableError,所以 §4 那段 except GatewayUnavailableError 一条即覆盖完整,无需为它单列分支。retry_after_s 默认 5 秒(后端恢复时间不可知,取 0 会让积压任务零延迟冲击已挂掉的后端)。

SourceNotConfiguredError 有意不在第一列的族内: 源名不在限流后端的配置字典中是装配缺陷而非暂时故障,它应当消耗失败预算、进死信、让人看见——归入可重投家族只会让配置写错的任务永远重投且无人告警。

配置参考

配置只有两条装配路径:from_env()(读 .env/环境变量)或构造函数全量注入(测试/高级);库内部任何组件不自读环境变量。键名全集见 .env.example,约定速览:

键形态	作用
{SCOPE}__{PROVIDER}__{N}__{FIELD}	第 N 个源;FIELD 全集 = BASE_URL/API_KEY/MODEL/TIMEOUT_S/MAX_CONCURRENCY/RPM/TPM/EST_TOKENS/TTFT_TIMEOUT_S/INTER_TOKEN_TIMEOUT_S/ENABLE_THINKING/MISSING_DONE/TRUST_ENV/EXTRA_BODY(表外的 FIELD 直接报错)
{SCOPE}__GLOBAL__*	scope 级全局限额(跨源并发/RPM/TPM)
{SCOPE}__RETRY__* / BREAKER__* / BACKPRESSURE__* / SELECTOR / QUOTA_FULL	per-scope 韧性参数;缺省回落平铺键(LLM_MAX_RETRIES 等,兼容旧项目习惯)
{SCOPE}__BATCH_SIZE / NORMALIZE / EXPECTED_DIM	仅 EmbeddingClient 消费;BATCH_SIZE 必填(分批是行为关键,不设默认)
PGW_LIMITER_BACKEND / PGW_BREAKER_BACKEND	memory(单进程)或 redis(跨进程共享,需 REDIS_URL)
PGW_CACHE_BACKEND	none / memory / redis;非 none 时需 PGW_CACHE_NAMESPACE + PGW_CACHE_TTL_S(须 > 0)
PGW_TELEMETRY_BACKEND	none / sqlite(需 PGW_TELEMETRY_SQLITE_PATH)/ postgres(需 PGW_TELEMETRY_PG_DSN)
PGW_TELEMETRY_SCHEMA_MODE	可选:auto / manual;不设则按后端派生(sqlite→auto、postgres→manual),显式设置则两侧都可覆盖。决定库是否给已存在的旧表自动 ALTER 补列,详见遥测表 schema 与升级纪律
PGW_PRICING_PATH / PGW_STRUCTURED_MAX_RETRIES / PGW_LEASE_TTL_S	可选:价格表(缺省则成本恒 None)/ 结构化重问上限(缺省 2)/ permit 租约秒数(缺省 1500,须 ≥ 最大源 TIMEOUT_S)

两个易被忽略的源级键:MISSING_DONE 决定 SSE 缺 [DONE] 时的处置(retry 默认判瞬时重试 / salvage 收下已收内容并把用量可信度降为 estimated;零内容恒 retry,不受该键影响);EXTRA_BODY 是该源恒定的采样参数(JSON 对象串,并入请求体,优先级低于 chat(overlay=...)),禁用键 model / messages / stream / stream_options 配了直接报错,OCR 与 EMBED scope 不消费该键(配了忽略并 warning)。

SCOPE 是逻辑角色(LLM/VLM/OCR/EMBED/JUDGE/SEARCH…任意大写名),同一进程可按角色装配多个 client,各自独立配置与治理状态。

架构

端口适配器 + 中间件洋葱:决策逻辑一份,状态存储可插拔。

graph LR
    A[业务代码] --> B[GatewayClient]
    B --> C[缓存 MW] --> D[遥测 MW] --> E[重试/选源/限流/熔断 MW]
    E --> F[Transport httpx]
    F --> G[(上游网关)]
    E -.端口.-> H[(内存 / Redis 后端)]
    D -.端口.-> I[(SQLite / Postgres)]

模块	职责
types.py / errors.py / ports.py	内核:冻结类型、四分类异常、全部 Protocol(最内层,不依赖任何实现)
middleware/	治理算法(重试/限流/熔断/缓存/遥测),只面向端口
transports/	协议细节:OpenAI 兼容 SSE、MonkeyOCR 双端点;错误翻译在此层
backends/	限流/熔断/缓存的内存与 Redis 实现(同一契约测试套件双后端共用)
telemetry/	SQLite / Postgres 遥测后端
structured/	结构化输出策略

依赖纪律由 import-linter 机械化执法(make lint)。完整架构决策(D1-D15 含论证过程)见 research-wiki/ARCHITECTURE.md。

可靠性证据

行为不是宣称出来的,是压测出来的(数字见 research-wiki/findings/):

场景	结果
故障混编 soak(坏 key/黑洞/慢源/限流源混合,8000 调用)	成功率 98.96%,坏源吸流被压制,真实源零误熔
OCR 故障池 soak(1500 调用,redis 双后端跨进程)	成功率 99.73%,13 项不变量全过(租约归零/探针不悬挂/零取消泄漏等)
两项目全量迁移回归	原测试全绿 + 真实链路冒烟 + 50 样本批跑 100% 解析

时间语义测试(租约过期、窗口滚动、半开探针)全部真实等待不缩放;Redis/Postgres 测试打真实实验室后端,不 mock Lua。

开发

conda create -n PolyGateway python=3.11 && conda activate PolyGateway
make install   # editable 安装(dev + 全部 extras)
make test      # pytest + 覆盖率(目标 ≥80%)
make lint      # ruff + import-linter
make ci        # 只读全量验证

测试组织:tests/{unit,integration,e2e} + 双后端契约测试;并发/取消/降级方向是一等测试对象。压测 harness 在 tools/soak/。贡献流程与项目纪律见 CLAUDE.md。

文档导航

想了解	看
全部架构决策及理由(单一事实源)	research-wiki/ARCHITECTURE.md
里程碑与状态	research-wiki/ROADMAP.md
项目迁移指南(删除清单/组件映射/行为审计)	research-wiki/migrations/
每个功能的设计与验收记录	research-wiki/designs/、research-wiki/findings/
版本变更	CHANGELOG.md

兼容性承诺

LLMResponse 等被下游消费的公共类型,字段只增不删不改名且新增字段必带默认值;{SCOPE}__{PROVIDER}__{N}__{FIELD} 与平铺韧性键名(LLM_TIMEOUT 等)沿用三项目既有习惯,不做破坏性改名。实验室内部库,随实验室项目需求演进。