一、MCP 客户端架构概览

MCP（Management Control Protocol）客户端作为服务治理的核心组件，采用分层架构设计，主要分为入口层、配置层和通信层。入口层通过构建器模式提供同步/异步两种客户端实例化方式，配置层管理客户端行为参数，通信层封装底层传输协议实现。

1.1 构建器模式设计

入口层采用经典的构建器模式（Builder Pattern），通过McpClient接口暴露静态工厂方法：

sync()：创建同步客户端构建器
async()：创建异步客户端构建器

这种设计实现了客户端创建与配置的解耦，开发者可分阶段完成参数设置，例如：

// 同步客户端创建示例
McpSyncClient syncClient = McpClient.sync(transport)
    .requestTimeout(Duration.ofSeconds(30))
    .capabilities(experimentalFeatures)
    .build();

1.2 同步与异步差异

两种构建器在参数配置层面完全一致，但在服务端变更通知处理上采用不同机制：

同步模式：通过Consumer<List<Tool>>回调函数处理变更
异步模式：基于Reactor的Mono<Void>实现响应式编程

这种差异在工具变更消费者列表的存储方式上体现得尤为明显：

// 同步模式工具变更处理
List<Consumer<List<Tool>>> syncConsumers = new ArrayList<>();
syncConsumers.add(tools -> System.out.println("Updated: " + tools));
// 异步模式工具变更处理
Flux<List<Tool>> toolFlux = ...;
toolFlux.subscribe(tools -> Mono.fromRunnable(() -> 
    System.out.println("Async updated: " + tools)));

二、核心参数配置详解

客户端行为通过六大类参数进行精细控制，这些参数在构建阶段通过方法链式调用完成设置。

2.1 传输层配置

transport参数是客户端与服务器通信的基石，需实现McpClientTransport接口。典型实现包含：

gRPC传输：基于HTTP/2的长连接
WebSocket传输：全双工通信协议
HTTP轮询：兼容性方案

public interface McpClientTransport {
    Mono<McpResponse> send(McpRequest request);
    void shutdown();
}

2.2 超时策略

系统定义两类超时控制：

请求超时（requestTimeout）：单个RPC调用的最大等待时间，默认20秒
初始化超时（initializationTimeout）：客户端启动时建立连接的最大耗时

超时配置需考虑网络环境和业务特性，例如在移动网络环境下建议延长至30秒：

.initializationTimeout(Duration.ofSeconds(30))
.requestTimeout(Duration.ofSeconds(45))

2.3 能力配置矩阵

capabilities参数定义客户端支持的功能集合，采用位掩码（Bitmask）方式实现高效存储：

public class ClientCapabilities {
    private final Set<Capability> enabled = EnumSet.noneOf(Capability.class);
    public enum Capability {
        EXPERIMENTAL_FEATURES(0x01),
        SAMPLING_ENABLED(0x02),
        RATE_LIMITING(0x04);
        // ...
    }
}

三、构建器实现原理

同步/异步构建器虽功能相似，但内部实现存在关键差异，主要体现在状态管理和事件通知机制。

3.1 同步构建器实现

SyncSpec采用传统面向对象设计，所有配置参数存储为成员变量：

class SyncSpec {
    private final McpClientTransport transport;
    private Duration requestTimeout = DEFAULT_TIMEOUT;
    private final List<Consumer<List<Tool>>> toolChangeConsumers = new ArrayList<>();
    public SyncSpec requestTimeout(Duration timeout) {
        this.requestTimeout = timeout;
        return this;
    }
    public McpSyncClient build() {
        return new McpSyncClient(transport, requestTimeout, toolChangeConsumers);
    }
}

3.2 异步构建器实现

AsyncSpec在同步基础上增加响应式编程支持，关键改进包括：

使用Mono包装所有异步操作
工具变更通知转换为Flux流
增加背压（Backpressure）支持

class AsyncSpec {
    private final Mono<McpClientTransport> transportMono;
    private final List<Function<List<Tool>, Mono<Void>>> toolChangeHandlers = new ArrayList<>();
    public AsyncSpec transport(Mono<McpClientTransport> transport) {
        this.transportMono = transport;
        return this;
    }
    public Mono<McpAsyncClient> build() {
        return transportMono.map(transport -> 
            new McpAsyncClient(transport, toolChangeHandlers));
    }
}

四、最佳实践与性能优化

4.1 参数调优策略

超时设置：根据P99延迟调整，建议设置为平均延迟的3倍
能力配置：生产环境关闭实验性功能（EXPERIMENTAL_FEATURES=false）
连接池管理：重用传输层对象减少握手开销

4.2 异步编程注意事项

避免在回调中执行阻塞操作
合理使用subscribeOn/publishOn控制线程模型
做好错误处理和重试机制

// 正确的异步处理示例
toolFlux.subscribeOn(Schedulers.boundedElastic())
    .retryWhen(Retry.backoff(3, Duration.ofSeconds(1)))
    .subscribe(tools -> {
        try {
            processTools(tools);
        } catch (Exception e) {
            log.error("Processing failed", e);
        }
    });

4.3 监控与诊断

建议实现以下监控指标：

请求成功率（Success Rate）
端到端延迟（P50/P90/P99）
连接建立时间（Connection Latency）
队列堆积深度（Queue Depth）

可通过集成日志服务或监控告警系统实现可视化监控。

五、扩展性设计

系统预留多处扩展点支持定制化开发：

自定义传输协议：实现McpClientTransport接口
新增能力配置：扩展Capability枚举
变更通知处理：注册自定义Consumer或Function

例如实现自定义传输层的关键步骤：

public class CustomTransport implements McpClientTransport {
    @Override
    public Mono<McpResponse> send(McpRequest request) {
        // 实现自定义协议逻辑
        return Mono.just(new McpResponse(200, "OK"));
    }
    @Override
    public void shutdown() {
        // 资源清理逻辑
    }
}

通过这种分层架构设计，MCP客户端在保持核心稳定性的同时，具备极强的扩展能力，可适配各种复杂的分布式系统场景。开发者可根据实际业务需求，灵活选择同步或异步模式，并通过参数配置实现精细化控制。

图解源码：深度解析 MCP 客户端实现机制与构建模式