设计文档：多协议适配器架构
作者： vLLM Semantic Router 团队
状态： 待实现
创建： 2026 年 2 月
最后更新： 2026 年 2 月
概述
本文描述 vLLM Semantic Router 的多协议适配器架构设计与实现思路，在 Envoy ExtProc 之外抽象 API 层，以支持多种前端协议。
背景
Semantic Router 曾通过 gRPC 与 Envoy External Processor（ExtProc）紧耦合。这虽能与 Envoy 深度集成，但对以下用户形成门槛：
- 希望在不部署 Envoy 的情况下使用路由器
- 偏好直接 HTTP/REST 集成
- 使用 Nginx 或其他反向代理
- 在开发或测试时需要更简化的部署拓扑
动机
- 灵活性：无需 Envoy 基础设施即可获得直连 HTTP API
- 测试：无需完整 Envoy 部署即可轻量测试
- 可扩展性：支持 nginx、原生 gRPC 与自定义协议
- 可复用性：所有协议共享同一路由引擎
- 部署形态：支持 serverless、边缘与简化部署
目标
主要目标
- 协议抽象：将路由逻辑与协议相关代码分离
- 多协议支持：允许多种协议同时工作
- 向后兼容：保留现有 ExtProc 能力
- 共享状态：缓存、重放与路由决策的单一事实来源
- 易于扩展：新增协议适配器的固定模式
非目标
- 替换或弃用 Envoy ExtProc
- 改变路由决策算法或分类逻辑
- 除适配器相关节外修改配置格式
- 支持破坏抽象层的协议专属特性
设计原则
1. 单一路由流水线
关键约束： 所有路由逻辑必须流经 RouterEngine.Route()，无一例外。
- 适配器将协议翻译为
RouteRequest→ 调用RouterEngine.Route() RouterEngine.Route()返回RouteResponse→ 适配器再翻译回协议- 适配器不得重复实现分类、安全、缓存、重放逻辑
- 适配器不得直接调用分类器、缓存或重放记录器
2. 薄适配器层
适配器仅做协议翻译：
- 解析协议专属请求格式
- 转换为
RouteRequest - 调用
RouterEngine.Route() - 将
RouteResponse转换为协议格式 - 返回给客户端
3. RouterEngine 拥有全部路由
RouterEngine.Route() 是唯一发生以下行为之处：
- 分类
- PII/越狱检测
- 缓存读/写
- 工具选择
- 重放记录
- 后端选择
- 代理（或返回代理信息）
设计
架构概览
┌────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ Application Layer │
│ │
│ ┌───────────────────────────────────────────────────┐ │
│ │ Adapter Manager │ │
│ │ - Reads adapter config │ │
│ │ - Creates protocol adapters │ │
│ │ - Manages lifecycle │ │
│ └──────┬────────┬─ ───────┬───────────┬──────────────┘ │
│ │ │ │ │ │
│ ┌──────▼──┐ ┌───▼─── ┐ ┌─▼──────┐ ┌──▼─────┐ │
│ │ ExtProc │ │ HTTP │ │ gRPC │ │ Nginx │ │
│ │ Adapter │ │Adapter │ │Adapter │ │Adapter │ │
│ │ ┌─────┐ │ │ ┌─────┐│ │ ┌─────┐│ │ ┌─────┐│ │
│ │ │Parse│ │ │ │Parse││ │ │Parse││ │ │Parse││ │
│ │ │ExtP │ │ │ │HTTP ││ │ │gRPC ││ │ │NJS ││ │
│ │ └──┬──┘ │ │ └─┬───┘│ │ └─┬───┘│ │ └──┬──┘│ │
│ │ │Conv│ │ │Con │ │ │Con │ │ │Con│ │
│ │ ▼ │ │ ▼ │ │ ▼ │ │ ▼ │ │
│ │ ┌─────┐ │ │ ┌────┐ │ │ ┌────┐ │ │ ┌─────┐│ │
│ │ │Req │ │ │ │Req │ │ │ │Req │ │ │ │Req ││ │
│ │ └──┬──┘ │ │ └─┬──┘ │ │ └─┬──┘ │ │ └──┬──┘│ │
│ └────┼────┘ └───┼────┘ └───┼────┘ └────┼───┘ │
│ │ │ │ │ │
│ └──────────┴──────────┴──────────┘ │
│ Single Entry Point │
│ │ │
│ ▼ │
│ ┌──────────────────────────────────────────┐ │
│ │ RouterEngine.Route() │ │
│ │ 1. Classify request │ │
│ │ 2. Check PII / jailbreak │ │
│ │ 3. Check cache │ │
│ │ 4. Select tools │ │
│ │ 5. Select model/backend │ │
│ │ 6. Record replay │ │
│ │ 7. Proxy to backend (via Backend Layer) │ │
│ │ 8. Update cache │ │
│ └──────────────┬───────────────────────────┘ │
│ │ │
│ ▼ │
│ RouteResponse │
│ │ │
│ ┌──────────────┼──────────────┬───────────┐ │
│ │ │ │ │ │
│ ┌─────▼─────┐ ┌──────▼────┐ ┌───────▼───┐ ┌─────▼─────┐ │
│ │ ExtProc │ │ HTTP │ │ gRPC │ │ Nginx │ │
│ │ Adapter │ │ Adapter │ │ Adapter │ │ Adapter │ │
│ │ ┌───────┐ │ │ ┌───────┐ │ │ ┌───────┐ │ │ ┌───────┐ │ │
│ │ │Convert│ │ │ │Convert│ │ │ │Convert│ │ │ │Convert│ │ │
│ │ │to gRPC│ │ │ │to HTTP│ │ │ │gRPC │ │ │ │to NJS │ │ │
│ │ └───────┘ │ │ └───────┘ │ │ └───────┘ │ │ └───────┘ │ │
│ └─────┬─────┘ └─────┬─────┘ └─────┬─────┘ └─────┬─────┘ │
│ │ │ │ │ │
└────────┼─────────────┼─────────────┼─────────────┼─────────┘
│ │ │ │
└─────────────┴─────────────┴─────────────┘
│
▼
┌─────────────────────────────────────────┐
│ Backend Abstraction Layer │
└──────┬──────────────────┬───────────────┘
│ │
┌────────▼────────┐ ┌──────▼──────────┐
│ Envoy Proxy │ │ Direct Proxy │
│ (ExtProc mode) │ │ (HTTP/gRPC) │
│ - Dynamic fwd │ │ - HTTP client │
│ - Headers only │ │ - Full response │
└────────┬────────┘ └──────┬──────────┘
│ │
└──────────┬───────┘
▼
┌────────────────────────────┐
│ Inference Backends │
│ ┌──────── ┐ ┌────────┐ │
│ │ vLLM │ │Ollama │ │
│ │Server │ │Server │ │
│ └────────┘ └────────┘ │
└────────────────────────────┘
要点： 适配器是薄翻译层，智能全部在 RouterEngine。
组件设计
1. RouterEngine（核心）
位置： pkg/router/engine/
职责：
- 与协议无关的路由逻辑
- 请求分类与决策求值
- 语义缓存操作
- 工具选择与嵌入
- 路由器重放记录
- PII 与越狱检测
- 模型选择
主要方法：（与英文原文一致，见代码块）
type RouterEngine struct {
Config *config.RouterConfig
Classifier *classification.Classifier
PIIChecker *pii.PolicyChecker
Cache cache.CacheBackend
ToolsDatabase *tools.ToolsDatabase
ModelSelector *selection.Registry
ReplayRecorders map[string]*routerreplay.Recorder
}
func (e *RouterEngine) Route(ctx context.Context, req *RouteRequest) (*RouteResponse, error)
func (e *RouterEngine) ClassifyRequest(ctx context.Context, messages []Message) (*ClassificationResult, error)
func (e *RouterEngine) CheckCache(ctx context.Context, model, query, decisionName string) (string, bool, error)
func (e *RouterEngine) UpdateCache(ctx context.Context, model, query, response, decisionName string) error
func (e *RouterEngine) SelectTools(ctx context.Context, query string, topK int) ([]openai.ChatCompletionToolParam, error)
func (e *RouterEngine) RecordReplay(ctx context.Context, decisionName string, record *routerreplay.RoutingRecord) error
设计决策：
- 所有适配器共享单实例
- 有状态（维护缓存、重放记录器）
- 无协议专属逻辑
- 返回与协议无关的数据结构
2. 适配器接口
位置： pkg/adapter/manager.go
type Adapter interface {
Start() error // Start the adapter (blocks)
Stop() error // Graceful shutdown
GetEngine() *engine.RouterEngine // Access to shared engine
}
设计决策： 接口最小化以保留灵活性；各适配器自管生命周期；接口中无协议专属方法；适配器在独立 goroutine 中运行。
3. Adapter Manager
位置： pkg/adapter/manager.go
职责： 解析适配器配置、按配置实例化、在独立 goroutine 中启动、协调优雅关闭。
主要方法：
func (m *Manager) CreateAdapters(cfg *config.RouterConfig, eng *engine.RouterEngine, configPath string) error
func (m *Manager) StartAll() error
func (m *Manager) StopAll() error
func (m *Manager) Wait()
4. ExtProc 适配器
位置： pkg/adapter/extproc/
包装现有 Envoy ExtProc 实现，保持向后兼容，处理 gRPC/Envoy 细节，支持 TLS。
5. HTTP 适配器
位置： pkg/adapter/http/
提供 OpenAI 兼容 REST API，无需 Envoy，处理 CORS、请求头等 HTTP 关注点。
端点： POST /v1/chat/completions、POST /v1/completions（未来）、GET /v1/models、POST /v1/classify、POST /v1/route、GET /v1/router_replay、GET /v1/router_replay/{id}、GET /health、GET /ready。
6. gRPC 适配器
位置： pkg/adapter/grpc/
提供原生 gRPC API，较 ExtProc 直连 gRPC 客户端更高效，支持流式与一元 RPC。
服务定义示例：
service SemanticRouter {
rpc Route(RouteRequest) returns (RouteResponse);
rpc Classify(ClassifyRequest) returns (ClassifyResponse);
rpc StreamRoute(stream RouteRequest) returns (stream RouteResponse);
}
7. Nginx 适配器
位置： pkg/adapter/nginx/
通过 NJS（JavaScript）模块与 Nginx 集成，支持 OpenResty Lua，基于头的路由类似 ExtProc。
集成方式： NJS 模块、Lua/OpenResty、HTTP 子请求（内部调用 HTTP 适配器）、共享内存 IPC。
配置设计
adapters:
- type: "envoy" # ExtProc adapter
enabled: true
port: 50051
tls:
enabled: true
cert_file: "/path/to/cert.pem"
key_file: "/path/to/key.pem"
- type: "http" # HTTP REST API
enabled: true
port: 9000
- type: "grpc" # Native gRPC API
enabled: true
port: 50052
tls:
enabled: true
cert_file: "/path/to/cert.pem"
key_file: "/path/to/key.pem"
- type: "nginx" # Nginx integration
enabled: true
port: 9001
mode: "njs" # Options: njs, lua, http
config:
upstream_variable: "backend_upstream"
header_prefix: "x-vsr-"
数据流（HTTP 适配器示例）
- 客户端请求 → 2. HTTP 适配器接收
POST /v1/chat/completions→ 3. 解析 OpenAI 请求 → 4.RouterEngine.Route→ 5. 分类、缓存、工具、重放等 → 6. 返回RouteResponse→ 7. 代理到选定后端 → 8. 返回客户端。
共享状态： 多适配器共享同一缓存条目、重放记录器、分 类决策与模型选择状态。
实现细节
初始化顺序
- 加载配置 → 2. 初始化嵌入模型 → 3. 创建 RouterEngine → 4. 创建 Adapter Manager → 5.
CreateAdapters→ 6.StartAll→ 7.Wait()阻塞。
错误处理
- 适配器创建失败：致命，进程退出
- 适配器启动失败：致命，进程退出
- 运行时错误：记录日志，适配器在可能情况下继续
- RouterEngine 错误：返回适配器做协议相关处理
并发模型
- RouterEngine： 线程安全，多适配器可并发调用
- Cache： 由后端处理并发
- Replay Recorders： 线程安全 map + 按决策加锁
- Adapters： 独立 goroutine，无共享适配器状态
权衡与替代方案
选用共享 RouterEngine 而非每适配器一实例
理由： 跨协议决策一致、共享缓存提高命中率、重放记录单一来源、内存更小。
代价： 潜在热点（通过线程安全设计缓解）。
适配器接口：选用最小接口（见上文），而非富接口（含 HandleRequest、GetMetrics 等）。
理由： 不同协议的请求/响应模型差异极大，最小接口最灵活。
配置：选用单一配置文件中的 adapters 节，而非每适配器独立文件或纯环境变量。
已知局限
- 抽象层难以做协议专属优化
- 适配器之间不能直接通信（有意设计）
- 若 RouterEngine 非线程安全则共享状态存在竞态风险
- 用户可配置项增多
测试策略
- 单元测试： RouterEngine 方法、各适配器逻辑、配置解析
- 集成测试： 多适配器同时运行、跨适配器缓存一致性、双协议重放
- E2E： Envoy ExtProc 8801、直连 HTTP 9000，验证相同路由决策与重放可见性
后续工作
短期
优雅关闭、适配器指标（QPS、延迟直方图、错误率）、增强 Nginx 集成（OpenResty、Nginx Plus、共享内存 IPC）。
长期
gRPC 双向流、WebSocket 适配器、插件化动态加载适配器、每适配器限流/认证/中间件。
迁移指南
以前： extproc.NewServer(...); server.Start()
以后： NewRouterEngine → adapter.NewManager → CreateAdapters → StartAll → Wait()，并在 config.yaml 中增加 adapters 节（见英文原文示例）。
新增适配器步骤
- 新建
pkg/adapter/myprotocol/ - 实现
Adapter接口（见英文原文MyAdapter示例） - 在
manager.go中case "myprotocol":注册 - 增加 YAML 配置
参考
附录
性能
RouterEngine 单实例省内存但可能成为瓶颈；缓存后端选型关键；重放建议异步写；适配器开销主要来自序列化。
安全
每适配器 TLS；认证在适配器层（未来可抽象外部鉴权）；PII/越狱检测跨适配器共享。
监控
每适配器与 RouterEngine 指标、分布式追踪跨适配器 span、结构化日志、每适配器健康检查端点。