MCP协议详解

# 什么是 MCP 协议？一文彻底搞懂 AI 工具调用背后的通信标准

🧭 适合读者：AI 应用开发者 / 研究人员 / 工程师 / 无代码工具集成者
📍 关键词：MCP、Cursor、LangChain、Function Calling、Agent、工具调用、协议标准

# 🧩 01. 背景：为什么需要 MCP？

在现代 AI 应用中，很多时候我们希望模型不仅仅回答问题，还能执行操作，比如：

获取天气信息；
查询数据库；
打开网页或文档；
执行某个 Python 函数……

这就引出了 “工具调用（Tool Calling）” 的需求。

# 🤖 02. 问题：AI 怎么调用工具？

OpenAI、Anthropic 等大模型已经支持 function_call（函数调用）功能，它可以：

理解你的问题；
自动决定需要调用哪个工具；
返回结构化参数，让你去实际调用那个工具。

但它本身不会真正执行工具调用，这就需要一个协议，让 AI 调用你定义的工具服务，并返回结果。

# 🚀 03. 解决方案：MCP（Model Context Protocol）

MCP 是一个专门为工具调用设计的 开放协议，它定义了：

工具如何注册；
工具调用的参数结构；
服务之间如何通信；
请求与响应的格式；
会话（session）如何维持。

# ✅ MCP 不是模型、不是平台，它是一个协议标准 + 实现规范

# 🧱 04. MCP 架构全景图（通俗理解）

   [你在 Cursor 中输入问题]
                 │
                 ▼
       ┌─────────────────────┐
       │  MCP 客户端（如 Cursor） │
       │  - 调用模型            │
       │  - 管理对话            │
       │  - 发起工具请求        │
       └─────────────────────┘
                 │
       向你写的 MCP 服务发送请求
                 ▼
       ┌─────────────────────┐
       │  MCP 服务端（你写的）   │
       │  - 注册工具 schema     │
       │  - 接收调用请求        │
       │  - 执行真实逻辑        │
       └─────────────────────┘
                 │
       返回执行结果给 Cursor
                 ▼
     [结果呈现在对话中，继续交互]

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# 📦 05. MCP 各方职责一览表

角色	说明	示例
🧠 MCP 客户端	构建 prompt、调用模型、解析 function_call 并发送工具请求	Cursor / LangChain / Spring AI
🛠️ MCP 服务端	接收工具请求、注册工具 schema、实现工具逻辑	你基于 MCP SDK 实现的服务
🧬 大模型（LLM）	理解 prompt、选择工具、生成 function_call	GPT-4 / Claude / Gemini 等

# 🔍 06. 具体流程详解（Cursor + OpenAI + 你写的工具）

# 🔄 从输入到执行，完整调用流程如下：

sequenceDiagram
    participant U as 用户
    participant C as Cursor (MCP 客户端)
    participant M as 模型 (GPT-4 / Claude)
    participant S as 你写的 MCP 服务 (使用 MCP SDK)

    U->>C: “北京今天天气如何？”
    C->>S: 请求工具 schema（工具描述）
    S-->>C: 返回工具 schema（如 getWeather）

    C->>M: 提交 prompt + tools（function schema）
    M-->>C: 返回 function_call（调用 getWeather）

    C->>S: 发出工具调用请求（getWeather("北京")）
    S-->>C: 返回工具执行结果（如 "北京今天多云 22°C"）
    C-->>U: 显示最终响应结果

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# 🧭 全流程总览：Cursor 如何调用 MCP 工具


             🧠 AI Agent 逻辑                             📡 MCP 协议交互
┌────────────────────────────────────┐          ┌────────────────────────────┐
│ Cursor 启动时读取配置的 MCP 地址     │────GET──▶│  MCP 服务：返回 tool schema │
└────────────────────────────────────┘          └────────────────────────────┘
             │
             ▼
┌────────────────────────────────────┐
│ 构造 prompt，附带 tool schema（function）│
└────────────────────────────────────┘
             │
             ▼
┌────────────────────────────────────┐
│ 调用 LLM，得到 function_call 响应     │
└────────────────────────────────────┘
             │
             ▼
┌────────────────────────────────────┐          ┌──────────────────────────────┐
│ 解析 function_call，发送给 MCP 服务  │────POST──▶│ MCP 服务调用工具，返回结果     │
└────────────────────────────────────┘          └──────────────────────────────┘
             │
             ▼
┌────────────────────────────────────┐
│ 插入工具执行结果，继续对话流程       │
└────────────────────────────────────┘

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# 🔹 1. Cursor 启动时向 MCP 服务发送“工具列表”请求

请求内容（标准化）：

GET /schema

或者通过 MCP stdio/stream 协议（更常见）：

{
  "type": "schema_request"
}

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# 🔸 2. MCP 服务端返回工具定义（McpSchema 列表）

例如：

{
  "type": "schema_response",
  "tools": [
    {
      "name": "getWeather",
      "description": "获取指定城市的天气",
      "parameters": {
        "type": "object",
        "properties": {
          "city": {
            "type": "string",
            "description": "要查询的城市名称"
          }
        },
        "required": ["city"]
      }
    },
    {
      "name": "runShellCommand",
      "description": "执行一个 shell 命令",
      "parameters": {
        "type": "object",
        "properties": {
          "command": {
            "type": "string"
          }
        },
        "required": ["command"]
      }
    }
  ]
}

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MCP SDK 通过 McpSchema 定义这些 schema，Cursor 会自动读取并转换为 LLM function 调用 schema。

# 🔹 3. Cursor 构造带 Tool schema 的 prompt 并发给 LLM

Prompt（隐藏系统提示）会包含：

tool 的名称
tool 的参数 JSON schema
所有 tool 的描述
用户输入的问题（例如：“北京今天天气如何？”）

🔄 传给 LLM 的结构（例如 OpenAI）：

{
  "model": "gpt-4",
  "messages": [
    { "role": "user", "content": "北京今天天气如何？" }
  ],
  "functions": [  // function calling 的 tool 列表
    {
      "name": "getWeather",
      "description": "获取指定城市的天气",
      "parameters": { ... }
    }
  ]
}

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# 🔸 4. LLM 返回 function_call（选中了某个工具）

返回示例：

{
  "message": {
    "role": "assistant",
    "content": null,
    "function_call": {
      "name": "getWeather",
      "arguments": "{ \"city\": \"北京\" }"
    }
  }
}

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# 🔹 5. Cursor 将该调用发送给 MCP 服务执行（MCP-Client）

{
  "type": "tool_request",
  "tool": "getWeather",
  "arguments": {
    "city": "北京"
  }
}

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# 🔸 6. MCP 服务执行工具逻辑，返回响应：（MCP-server）

{
  "type": "tool_response",
  "tool": "getWeather",
  "result": "北京今天多云，气温 22 度。"
}

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# ✅ 小结：Cursor 是一个完整的 MCP 客户端 + AI Agent

能力	实现位置
工具 discovery 请求	MCP 协议客户端逻辑
prompt 构造、附加 tool schema	Agent 层（Cursor 内部）
function_call 解析	Agent 层（Cursor）
工具调用请求发送	MCP 协议客户端（MCP-Client）
工具执行逻辑	MCP 服务端（MCP-server）
工具 schema 注册	MCP SDK（服务端初始化注册）

# 🔧 07. 那 MCP SDK 到底做了什么？

MCP SDK 是 MCP 协议的官方 Java 实现，主要作用是帮助你快速实现一个MCP 服务端。它帮你完成了：

能力	是否 SDK 提供
接收 Cursor 的工具请求	✅
注册工具 + 参数 schema	✅
解析工具请求 + 封装响应	✅
实现工具逻辑（如查天气）	❌（由你实现）
调用 LLM / 构造 prompt	❌（不是 SDK 作用）
自动优化提示词 / Function Selection	❌（由客户端做）

✅ 总结一句话：MCP SDK 是协议实现，不是 AI 调度器，也不是模型调用器。

# MCP Java SDK架构原理图

java-mcp-client-architecture

java-mcp-server-architecture

+-----------------------------------------------------------------------------------------------------------+
|                                         应用层 (Agent/用户代码)                                             |
|                                                                                                           |
|  +------------------------+     +------------------------+     +------------------------+                  |
|  |  LLM输出JSON解析转换器   |     |     业务逻辑处理        |     |     结果处理逻辑       |                  |
|  +------------------------+     +------------------------+     +------------------------+                  |
+-----------------------------------------------------------------------------------------------------------+
                 |                              |                              |
                 v                              v                              ^
+-----------------------------------------------------------------------------------------------------------+
|                                          MCP SDK API层                                                    |
|  +------------------------+     +------------------------+     +------------------------+                  |
|  |   McpClient (工厂类)    |---->|   McpSyncClient接口    |---->|     McpAsyncClient接口  |                  |
|  +------------------------+     +------------------------+     +------------------------+                  |
+-----------------------------------------------------------------------------------------------------------+
                                           |
                                           v
+-----------------------------------------------------------------------------------------------------------+
|                                     MCP Client Session层                                                  |
|                                                                                                           |
|  +------------------------+     +------------------------+     +------------------------+                  |
|  |   McpClientSession    |&lt;--->|  RequestResponseHandler |&lt;--->|    消息序列化/反序列化    |                  |
|  +------------------------+     +------------------------+     +------------------------+                  |
+-----------------------------------------------------------------------------------------------------------+
                                           |
                                           v
+-----------------------------------------------------------------------------------------------------------+
|                                     Transport传输层                                                        |
|                                                                                                           |
|  +---------------------------+                           +---------------------------+                     |
|  |  HttpClientSseClientTransport |                       |    StdioClientTransport   |                     |
|  |  (远程SSE服务连接)             |                       |    (本地命令行服务连接)      |                     |
|  +---------------------------+                           +---------------------------+                     |
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|  +---------------------------+                           +---------------------------+                     |
|  |      FlowSseClient       |                           |  ServerParameters (配置)  |                     |
|  +---------------------------+                           +---------------------------+                     |
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|  +---------------------------+                           +---------------------------+                     |
|  |   HTTP请求/响应处理        |                           |    进程I/O流管理           |                     |
|  +---------------------------+                           +---------------------------+                     |
+-----------------------------------------------------------------------------------------------------------+
                 |                                                       |
                 v                                                       v
+-----------------------------------------------------------------------------------------------------------+
|                                     MCP协议消息格式                                                        |
|                                                                                                           |
|  +------------------------+     +------------------------+     +------------------------+                  |
|  |    初始化/Ping消息      |---->|   工具调用请求/响应      |---->|   资源和提示模板消息    |                  |
|  +------------------------+     +------------------------+     +------------------------+                  |
|                                                                                                           |
|  +------------------------------------------------------------------------------------+                   |
|  |  McpSchema (协议规范类)                                                            |                   |
|  |  +-------------------+  +-------------------+  +-------------------+               |                   |
|  |  | 请求类定义         |  | 响应类定义         |  | 工具Schema定义     |               |                   |
|  |  +-------------------+  +-------------------+  +-------------------+               |                   |
|  +------------------------------------------------------------------------------------+                   |
+-----------------------------------------------------------------------------------------------------------+
                 |                              |                              |
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+-----------------------------------------------------------------------------------------------------------+
|                                         MCP服务层                                                         |
|                                                                                                           |
|  +------------------------+     +------------------------+     +------------------------+                  |
|  |   远程SSE MCP服务       |     |   本地命令行MCP服务     |     |   其他MCP服务实现       |                  |
|  +------------------------+     +------------------------+     +------------------------+                  |
+-----------------------------------------------------------------------------------------------------------+

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graph TD
    subgraph "MCP Java SDK 架构"
        subgraph "核心组件"
            McpClient["McpClient (接口)"]
            McpSyncClient["McpSyncClient (同步客户端)"]
            McpAsyncClient["McpAsyncClient (异步客户端)"]
        end
        
        subgraph "传输层"
            Transport["ClientTransport (接口)"]
            HttpTransport["HttpClientSseClientTransport"]
            StdioTransport["StdioClientTransport"]
            ServerParams["ServerParameters"]
        end
        
        subgraph "规范层"
            McpSchema["McpSchema"]
            ToolRequest["CallToolRequest"]
            ToolResult["CallToolResult"]
            Tool["Tool"]
        end
        
        subgraph "服务类型"
            RemoteServices["远程SSE服务"]
            LocalServices["本地命令行服务"]
        end
    end
    
    McpClient --> McpSyncClient
    McpClient --> McpAsyncClient
    
    McpSyncClient --> Transport
    McpAsyncClient --> Transport
    
    Transport --> HttpTransport
    Transport --> StdioTransport
    
    StdioTransport --> ServerParams
    
    McpSyncClient --> McpSchema
    McpAsyncClient --> McpSchema
    
    McpSchema --> ToolRequest
    McpSchema --> ToolResult
    McpSchema --> Tool
    
    HttpTransport --> RemoteServices
    StdioTransport --> LocalServices
    
    RemoteServices --> |"例如"| FetchService["fetch服务"]
    LocalServices --> |"例如"| MongoService["MongoDB服务"]
    LocalServices --> |"例如"| MySQLService["MySQL服务"]
    LocalServices --> |"例如"| BrowserService["浏览器工具服务"]
    LocalServices --> |"例如"| ClickHouseService["ClickHouse服务"]

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# 工作流程详解

初始化流程

应用代码 → 创建Transport实现 → 构建McpClient → 调用initialize() → 建立与MCP服务连接 → 发送初始化消息 → 等待服务就绪
工具调用流程

LLM输出 → JSON解析 → 参数Map转换 → 创建CallToolRequest → McpClientSession发送请求 → Transport层传输 → MCP服务处理 → 返回CallToolResult → 应用处理结果
SSE连接细节

HttpClientSseClientTransport → 基础URL+SSE端点 → 创建HTTP连接 → 设置SSE请求头 → 建立长连接 → FlowSseClient管理事件流 → 监听服务器事件 → 处理消息回调
本地命令行连接细节

ServerParameters配置 → StdioClientTransport → 启动子进程 → 管理标准输入/输出流 → 发送JSON消息到stdin → 从stdout读取响应 → 解析为MCP消息
错误处理流程

异常发生 → Transport层捕获 → 创建McpError → 通过CompletableFuture传播 → McpClientSession处理 → 返回给应用层 → 应用决定重试或失败处理

# MCP配置提示词模板流程

sequenceDiagram
    participant User as 用户
    participant Cursor as Cursor IDE
    participant MCP as MCP 服务
    participant LLM as 大语言模型
    
    User->>Cursor: 输入查询
    Cursor->>MCP: 请求可用prompt模板 (listPrompts)
    MCP-->>Cursor: 返回可用prompt模板列表
    Cursor->>MCP: 获取特定prompt模板 (getPrompt)
    MCP-->>Cursor: 返回prompt模板结构
    Cursor->>Cursor: 将用户输入套入prompt模板
    Cursor->>LLM: 发送完整prompt请求
    LLM-->>Cursor: 将LLM结果返回给客户端
    Cursor-->>User: 显示回答

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# 🛠️ 08.MCP SDK （JAVA版）实战

/**
 * MCP客户端示例类，展示如何使用SDK API连接不同类型的MCP服务
 */
public class McpClientExample {

    /**
     * 连接到SSE远程服务示例
     */
    public static void connectToSseService() {
        System.out.println("=== 连接到SSE远程服务 ===");
        
        // 1. 创建SSE Transport
        String sseUrl = "https://mcp.api-inference.modelscope.cn/sse/83945a7d864c4d"; // 替换为你的SSE服务URL
        
        // 正确分离基础URL和SSE端点
        String baseUrl = "https://mcp.api-inference.modelscope.cn";  // 基础URL
        String sseEndpoint = "/sse/83945a7d864c4d";  // SSE端点路径
        
        McpSyncClient client = null;
        
        try {
            System.out.println("尝试连接SSE服务...");
            System.out.println("基础URL: " + baseUrl);
            System.out.println("SSE端点: " + sseEndpoint);
            
            // 首先测试URL是否可以访问
            try {
                System.out.println("测试URL可访问性...");
                java.net.HttpURLConnection connection = (java.net.HttpURLConnection) new java.net.URL(sseUrl).openConnection();
                connection.setRequestMethod("GET");
                connection.setRequestProperty("Accept", "text/event-stream");
                connection.setConnectTimeout(5000);
                connection.connect();
                
                int responseCode = connection.getResponseCode();
                System.out.println("URL测试响应码: " + responseCode);
                if (responseCode != 200) {
                    System.out.println("警告: URL直接访问返回非200状态码");
                }
                connection.disconnect();
            } catch (Exception e) {
                System.out.println("URL可访问性测试失败: " + e.getMessage());
            }
            
            // 使用SDK提供的Transport实现
            var transport = HttpClientSseClientTransport.builder(baseUrl)
                    .sseEndpoint(sseEndpoint)
                    .build();
            
            // 2. 创建MCP客户端
            client = McpClient.sync(transport)
                    .requestTimeout(Duration.ofSeconds(60)) // 增加超时时间
                    .build();
            
            // 3. 初始化客户端
            System.out.println("正在初始化客户端...");
            client.initialize();
            System.out.println("客户端初始化成功");
            
            // 4. 列出可用工具
            McpSchema.ListToolsResult toolsResult = client.listTools(null);
            List<Tool> tools = toolsResult.tools();
            
            System.out.println("可用工具列表:");
            for (Tool tool : tools) {
                System.out.println(" - " + tool.name() + ": " + tool.description());
            }
            
            // 5. 调用工具 (fetch)
            CallToolRequest request = new CallToolRequest(
                "fetch", 
                Map.of("url", "https://www.example.com", "max_length", 1000)
            );
            
            System.out.println("\n调用fetch工具...");
            CallToolResult result = client.callTool(request);
            System.out.println("工具调用结果: " + result.content().get(0));
            
        } catch (Exception e) {
            System.err.println("连接SSE服务出错: " + e.getMessage());
            e.printStackTrace();
        } finally {
            // 6. 关闭客户端
            if (client != null) {
                client.closeGracefully();
                System.out.println("客户端已关闭");
            }
        }
    }

    /**
     * 连接到本地命令行服务示例
     */
    public static void connectToLocalService() {
        System.out.println("\n=== 连接到本地命令行服务 ===");
        
        // 1. 创建命令行服务参数 (修改为你的服务配置)
        String command = "npx";
        List<String> args = List.of("-y", "mcp-mongo-server", "mongodb://root:123456@localhost:12710/");
        Map<String, String> env = Map.of(); // 环境变量
        
        System.out.println("命令: " + command);
        System.out.println("参数: " + args);
        
        try {
            // 使用SDK提供的ServerParameters和StdioClientTransport
            ServerParameters params = ServerParameters.builder(command)
                    .args(args).env(env)
                    .build();

            var transport = new StdioClientTransport(params);
            
            // 2. 创建MCP客户端
            McpSyncClient client = McpClient.sync(transport)
                    .requestTimeout(Duration.ofSeconds(30))
                    .build();
            
            try {
                // 3. 初始化客户端
                System.out.println("正在初始化客户端...");
                client.initialize();
                System.out.println("客户端初始化成功");
                
                // 4. 列出可用工具
                McpSchema.ListToolsResult toolsResult = client.listTools(null);
                List<Tool> tools = toolsResult.tools();
                
                System.out.println("MongoDB工具列表:");
                for (Tool tool : tools) {
                    System.out.println(" - " + tool.name() + ": " + tool.description());
                }
                
                // 5. 调用示例工具 (假设有个count工具)
                 CallToolRequest countRequest = new CallToolRequest("count", Map.of("collection", "users"));
                 CallToolResult countResult = client.callTool(countRequest);
                 System.out.println("计数结果: " + countResult.content().get(0));
                
            } finally {
                // 6. 关闭客户端
                client.closeGracefully();
                System.out.println("客户端已关闭");
            }
        } catch (Exception e) {
            System.err.println("连接本地服务出错: " + e.getMessage());
            e.printStackTrace();
        }
    }
    
    /**
     * 展示更多API用法
     */
    public static void exploreMoreApis() {
        System.out.println("\n=== 探索更多API用法 ===");
        
        // 使用SSE服务作为示例
        String sseBaseUrl = "https://mcp.api-inference.modelscope.cn"; // 替换为你的URL
        String endpoint = "/sse/83945a7d864c4d";
        var transport = HttpClientSseClientTransport.builder(sseBaseUrl).sseEndpoint(endpoint).build();
        
        McpSyncClient client = McpClient.sync(transport)
                .requestTimeout(Duration.ofSeconds(30))
                .build();
        
        try {
            client.initialize();
            System.out.println("客户端初始化成功");
            
            // 测试ping服务
            client.ping();
            System.out.println("Ping成功");
            
            // 列出资源
            McpSchema.ListResourcesResult resources = client.listResources(null);
            System.out.println("可用资源数量: " + resources.resources().size());
            
            if (!resources.resources().isEmpty()) {
                // 读取第一个资源
                McpSchema.Resource resource = resources.resources().get(0);
                System.out.println("资源: " + resource.name() + " (" + resource.uri() + ")");
                
                McpSchema.ReadResourceResult readResult = client.readResource(resource);
                System.out.println("资源内容长度: " + readResult.contents().size());
            }
            
            // 列出提示模板
            McpSchema.ListPromptsResult prompts = client.listPrompts(null);
            System.out.println("可用提示模板数量: " + prompts.prompts().size());
            
            if (!prompts.prompts().isEmpty()) {
                // 获取第一个提示模板
                McpSchema.Prompt prompt = prompts.prompts().get(0);
                System.out.println("提示模板: " + prompt.name() + " - " + prompt.description());
                
                try {
                    McpSchema.GetPromptResult promptResult = 
                        client.getPrompt(new McpSchema.GetPromptRequest(prompt.name(), Map.of()));
                    System.out.println("提示模板消息数量: " + promptResult.messages().size());
                } catch (Exception e) {
                    System.err.println("获取提示模板详情失败: " + e.getMessage());
                }
            }
            
        } catch (Exception e) {
            System.err.println("API调用出错: " + e.getMessage());
            e.printStackTrace();
        } finally {
            client.closeGracefully();
            System.out.println("客户端已关闭");
        }
    }

    /**
     * 主方法 - 运行所有示例
     */
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("MCP客户端示例程序启动");
        
        // 启用详细HTTP和连接调试日志
        System.setProperty("org.slf4j.simpleLogger.defaultLogLevel", "DEBUG");
        System.setProperty("reactor.netty.http.client.HttpClient", "DEBUG");
        
        try {
            // 连接到SSE远程服务
            // connectToSseService();
            
            // 连接到本地命令行服务
            // 注意：取消注释下行来运行本地服务示例，需要确保本地有对应的服务
            connectToLocalService();
            
            // 探索更多API用法
            //exploreMoreApis();
            
        } catch (Exception e) {
            System.err.println("示例执行出错: " + e.getMessage());
            e.printStackTrace();
        }
        
        System.out.println("\nMCP客户端示例程序结束");
    }
}

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# 📌 09. 如何落地 MCP？

作为开发者或研究人员，你可以从以下几个方面入手：

使用 MCP SDK 开发你的工具服务（如 Java 服务端）；
在工具中注册 MCP Schema，定义输入参数；
用 Cursor 等工具作为 MCP 客户端；
让它调用你提供的工具，接入你的模型或业务系统。

上次更新: 2025/05/20, 11:06:44

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