Agent设计模式学习(基于langchain4j实现)(11) - PlanAndExecute

菩提树下的杨过

发布于 2026-02-02 08:33:51

1480

上篇学习了ReACT，今天继续学习PlanAndExecute模式

与ReACT模式的关键区别如下：

对比维度	ReAct Agent	Plan-and-Execute Agent
思考模式	单步思考-行动循环	两阶段分离：先规划后执行
执行流程	Thought → Action → Observation (循环)	Plan → Execute Step 1 → Execute Step 2 → ...
规划范围	只规划下一步	一次性规划完整执行路径
LLM调用	每次循环都需要LLM	规划时一次，执行时可能多次

优势：

效率更高：减少重复的"思考"步骤
可预测性：预先知道完整执行路径
易于调试：每个步骤都有明确的状态
适合复杂任务：结构化处理多步骤流程

适用场景：

✅ 数据处理的ETL流程
✅ 自动化工作流
✅ 需要审计的合规任务
✅ 批量处理任务
❌ 探索性任务（路径不确定）
❌ 需要实时交互的对话

示例代码：

定义规划器Planner

 1 public interface Planner {
 2 
 3     @SystemMessage("""
 4            你是一个任务规划专家。请将用户的任务分解为详细的执行步骤。
 5 
 6            输出格式必须是严格的JSON格式：
 7            {
 8                "plan_name": "任务名称",
 9                "steps": [
10                    {
11                        "step_number": 1,
12                        "description": "步骤描述",
13                        "tool": "使用的工具名称",
14                        "parameters": {"参数名": "参数值"}
15                    }
16                ],
17                "expected_output": "预期输出"
18            }
19 
20            可用工具列表：
21            1. add - 两数相加
22            2. getWeather - 天气查询
23            3. calculateCircleArea - 计算圆的面积
24            4. getCurrentDateTime - 获取当前时间
25            5. calculateCuboidVolume - 计算长方体体积
26            6. multiply - 两数相乘
27            7. divide - 两数相除
28            8. queryExpressOrder - 查询快递单
29            9. queryRefundProgress - 查询退款进度
30           """)
31     @UserMessage("问：{{request}}")
32     @Agent("基于用户提供的问题生成计划")
33     String createPlan(@V("request") String request);
34 }

注：20-29行硬编码的方式指定需要用到的工具列表，也可以去掉，在运行时，类似ReAct一样，一股脑把sampleTools全扔给Planner调用的LLM，从运行结果来看，一样能跑通，但是使用token量就会大很多。

定义执行器

 1 public interface Executor {
 2 
 3     @SystemMessage("""
 4             你是一个任务执行器。根据给定的步骤执行任务。
 5             
 6             每次只执行一个步骤，然后等待下一个指令。
 7             执行完成后，报告结果和下一步建议。
 8             
 9             输出格式：
10             步骤 {n}: [工具名称]
11             输入: {参数}
12             输出: {结果}
13             状态: [成功/失败]
14             
15             如果步骤失败，请说明原因和建议。
16             """)
17     @UserMessage("{{step}}")
18     @Agent("基于用户提供的问题生成计划")
19     String executeStep(@V("step") String step);
20 }

定义协调器

  1 /**
  2  * @author junmingyang
  3  */
  4 public class Coordinator {
  5 
  6     private final Planner planner;
  7     private final Executor executor;
  8     private final SampleTools tools;
  9     private final Map<String, Object> context;
 10 
 11 
 12     public Coordinator(ChatModel model, SampleTools tools) {
 13 
 14         this.tools = tools;
 15         this.context = new HashMap<>();
 16 
 17         //创建规划器
 18         this.planner = AgenticServices.agentBuilder(Planner.class)
 19                 .chatModel(model)
 20                 .chatMemoryProvider(memoryId -> MessageWindowChatMemory.withMaxMessages(15))
 21                 // 如果明确知道工具的列表，可以显式提供，这里就无需再绑定,以减少token使用
 22                 //.tools(this.tools)
 23                 .build();
 24 
 25         //创建执行器
 26         this.executor = AgenticServices.agentBuilder(Executor.class)
 27                 .chatModel(model)
 28                 .chatMemoryProvider(memoryId -> MessageWindowChatMemory.withMaxMessages(15))
 29                 .tools(this.tools)
 30                 .build();
 31     }
 32 
 33 
 34     public Map<String, Object> executeTask(String task) {
 35         System.out.println("\n" + "=".repeat(80));
 36         System.out.println("🎯 任务: " + task);
 37         System.out.println("=".repeat(80));
 38 
 39         Map<String, Object> result = new LinkedHashMap<>();
 40         result.put("task", task);
 41         result.put("start_time", LocalDateTime.now().toString());
 42 
 43         try {
 44             // 阶段1: 规划
 45             System.out.println("\n📋 阶段1: 任务规划");
 46             System.out.println("-".repeat(40));
 47             String planJson = planner.createPlan(task);
 48             System.out.println("生成的计划:\n" + planJson);
 49 
 50             // 解析计划（简化版，实际应该使用JSON解析）
 51             List<Map<String, String>> steps = parsePlan(planJson);
 52             result.put("plan", steps);
 53 
 54             // 阶段2: 执行
 55             System.out.println("\n⚡ 阶段2: 执行计划");
 56             System.out.println("-".repeat(40));
 57 
 58             List<Map<String, Object>> executionResults = new ArrayList<>();
 59 
 60             for (int i = 0; i < steps.size(); i++) {
 61                 Map<String, String> step = steps.get(i);
 62                 System.out.printf("\n📝 步骤 %d/%d: %s%n",
 63                         i + 1, steps.size(), step.get("description"));
 64 
 65                 // 构建步骤指令
 66                 String stepInstruction = buildStepInstruction(step);
 67 
 68                 // 执行步骤
 69                 String stepResult = executor.executeStep(stepInstruction);
 70                 System.out.println("执行结果:\n" + stepResult);
 71 
 72                 // 保存结果
 73                 Map<String, Object> stepResultMap = new HashMap<>();
 74                 stepResultMap.put("step_number", i + 1);
 75                 stepResultMap.put("description", step.get("description"));
 76                 stepResultMap.put("tool", step.get("tool"));
 77                 stepResultMap.put("result", stepResult);
 78                 executionResults.add(stepResultMap);
 79 
 80                 // 更新上下文
 81                 updateContext(task, step, stepResult);
 82 
 83                 // 短暂暂停，避免过快执行
 84                 Thread.sleep(1000);
 85             }
 86 
 87             result.put("execution_results", executionResults);
 88             result.put("status", "completed");
 89 
 90         } catch (Exception e) {
 91             System.err.println("❌ 任务执行失败: " + e.getMessage());
 92             result.put("status", "failed");
 93             result.put("error", e.getMessage());
 94         }
 95 
 96         result.put("end_time", LocalDateTime.now().toString());
 97         return result;
 98     }
 99 
100     private List<Map<String, String>> parsePlan(String planJson) {
101         // 简化的计划解析（实际应用中应该使用完整的JSON解析）
102         List<Map<String, String>> steps = new ArrayList<>();
103 
104         // 使用正则表达式提取步骤信息
105         Pattern stepPattern = Pattern.compile(
106                 "\"step_number\":\\s*(\\d+).*?" +
107                         "\"description\":\\s*\"([^\"]+)\".*?" +
108                         "\"tool\":\\s*\"([^\"]+)\"",
109                 Pattern.DOTALL
110         );
111 
112         Matcher matcher = stepPattern.matcher(planJson);
113         while (matcher.find()) {
114             Map<String, String> step = new HashMap<>();
115             step.put("step_number", matcher.group(1));
116             step.put("description", matcher.group(2));
117             step.put("tool", matcher.group(3));
118             steps.add(step);
119         }
120 
121         // 如果没有匹配到，创建默认步骤
122         if (steps.isEmpty()) {
123             Map<String, String> defaultStep = new HashMap<>();
124             defaultStep.put("step_number", "1");
125             defaultStep.put("description", "执行任务: " + planJson);
126             defaultStep.put("tool", "analyzeText");
127             steps.add(defaultStep);
128         }
129 
130         return steps;
131     }
132 
133     private String buildStepInstruction(Map<String, String> step) {
134         return String.format(
135                 "执行步骤 %s:\n" +
136                         "描述: %s\n" +
137                         "工具: %s\n" +
138                         "请使用指定工具完成此步骤。",
139                 step.get("step_number"),
140                 step.get("description"),
141                 step.get("tool")
142         );
143     }
144 
145     private void updateContext(String task, Map<String, String> step, String result) {
146         // 将步骤结果存入上下文，供后续步骤使用（可选)
147         String key = MurmurHash.murmur3_32Hash(task) + "_step_" + step.get("step_number") + "_result";
148         context.put(key, result);
149     }
150 
151     public void printContext() {
152         System.out.println("-".repeat(50) + "\n上下文: ");
153         context.forEach((key, value) -> System.out.println(key + " => \n" + value + "\n" + "-".repeat(30)));
154     }
155 }

注：22行，由于在Planner中明确指定了工具列表，所以在协调器中，创建planner实例时，无需刻意绑定Tools.

完整示例：

 1 @SpringBootApplication
 2 public class PlanAndExecuteApplication {
 3 
 4     public static void main(String[] args) throws IOException {
 5         ConfigurableApplicationContext context = SpringApplication.run(AgentDesignPatternApplication.class, args);
 6         ChatModel model = context.getBean("ollamaChatModel", ChatModel.class);
 7         SampleTools sampleTools = context.getBean("sampleTools", SampleTools.class);
 8 
 9         String[] testTasks = {
10                 "计算 15 加上 27 等于多少？",
11                 "北京现在的天气怎么样？",
12                 "计算半径为5的圆的面积",
13                 "现在是几点？",
14                 "计算长方体的体积，长10，宽5，高3",
15                 "帮我算一下 (25 × 4) ÷ 2 等于多少？",
16                 "快递单123456,现在到哪了？",
17                 "我的订单56789,退款到账了没？"
18         };
19 
20         Coordinator coordinator = new Coordinator(model, sampleTools);
21 
22         for (int i = 0; i < testTasks.length; i++) {
23             System.out.printf("\n📦 测试用例 %d/%d%n", i + 1, testTasks.length);
24 
25             Map<String, Object> result = coordinator.executeTask(testTasks[i]);
26 
27             // 打印总结
28             System.out.println("\n✅ 任务完成总结:");
29             System.out.println("-".repeat(40));
30             System.out.println("任务: " + result.get("task"));
31             System.out.println("状态: " + result.get("status"));
32             System.out.println("耗时: " + calculateDuration(
33                     (String) result.get("start_time"),
34                     (String) result.get("end_time")
35             ));
36 
37             if (result.containsKey("execution_results")) {
38                 @SuppressWarnings("unchecked")
39                 List<Map<String, Object>> executions =
40                         (List<Map<String, Object>>) result.get("execution_results");
41                 System.out.println("执行步骤数: " + executions.size());
42             }
43 
44             System.out.println("=".repeat(60));
45 
46             // 任务间暂停
47             try {
48                 Thread.sleep(2000);
49             } catch (InterruptedException e) {
50                 Thread.currentThread().interrupt();
51             }
52         }
53 
54         coordinator.printContext();
55     }
56 
57 
58     private static String calculateDuration(String start, String end) {
59         try {
60             LocalDateTime startTime = LocalDateTime.parse(start);
61             LocalDateTime endTime = LocalDateTime.parse(end);
62             Duration duration = Duration.between(startTime, endTime);
63             return String.format("%d秒", duration.getSeconds());
64         } catch (Exception e) {
65             return "未知";
66         }
67     }
68 }

运行结果：

📦 测试用例 1/8

================================================================================
🎯 任务: 计算 15 加上 27 等于多少？
================================================================================

📋 阶段1: 任务规划
----------------------------------------
生成的计划:
```json

{

"plan_name": "加法计算",

"steps": [

        "step_number": 1,

        "description": "使用add工具计算15加27的结果",

        "tool": "add",

        "parameters": {"a": 15, "b": 27}

],

"expected_output": "42"

}

⚡ 阶段2: 执行计划
----------------------------------------

📝 步骤 1/1: 使用add工具计算15加27的结果
[工具调用] 加法: 15.00 + 27.00 = 42.00
执行结果:
步骤 1: add
输入: {"a": 15, "b": 27}
输出: 42.00
状态: 成功

计算完成！15加27的结果是42.00。

请提供下一步指令。

✅ 任务完成总结:
----------------------------------------
任务: 计算 15 加上 27 等于多少？
状态: completed
耗时: 5秒
执行步骤数: 1
============================================================

📦 测试用例 2/8

================================================================================
🎯 任务: 北京现在的天气怎么样？
================================================================================

📋 阶段1: 任务规划
----------------------------------------
生成的计划:
```json

{

"plan_name": "查询北京天气",

"steps": [

        "step_number": 1,

        "description": "使用getWeather工具查询北京当前的天气情况",

        "tool": "getWeather",

        "parameters": {"city": "北京"}

],

"expected_output": "北京当前的天气信息，包括温度、湿度、天气状况等"

}

⚡ 阶段2: 执行计划
----------------------------------------

📝 步骤 1/1: 使用getWeather工具查询北京当前的天气情况
[工具调用] 查询天气: 北京
执行结果:
步骤 1: getWeather
输入: {"city": "北京"}
输出: 北京的天气：晴转多云，温度22-28°C，湿度65%，东南风2级
状态: 成功

天气查询完成！北京当前天气为晴转多云，温度22-28°C，湿度65%，东南风2级。

请提供下一步指令。

✅ 任务完成总结:
----------------------------------------
任务: 北京现在的天气怎么样？
状态: completed
耗时: 4秒
执行步骤数: 1
============================================================

📦 测试用例 3/8

================================================================================
🎯 任务: 计算半径为5的圆的面积
================================================================================

📋 阶段1: 任务规划
----------------------------------------
生成的计划:
```json

{

"plan_name": "计算圆的面积",

"steps": [

        "step_number": 1,

        "description": "使用calculateCircleArea工具计算半径为5的圆的面积",

        "tool": "calculateCircleArea",

        "parameters": {"radius": 5}

],

"expected_output": "78.5"

}

⚡ 阶段2: 执行计划
----------------------------------------

📝 步骤 1/1: 使用calculateCircleArea工具计算半径为5的圆的面积
[工具调用] 圆面积计算: 半径=5.00, 面积=78.54
执行结果:
步骤 1: calculateCircleArea
输入: {"radius": 5}
输出: 半径为 5.00 的圆的面积是 78.54
状态: 成功

计算完成！半径为5的圆的面积是78.54。

请提供下一步指令。

✅ 任务完成总结:
----------------------------------------
任务: 计算半径为5的圆的面积
状态: completed
耗时: 5秒
执行步骤数: 1
============================================================

📦 测试用例 4/8

================================================================================
🎯 任务: 现在是几点？
================================================================================

📋 阶段1: 任务规划
----------------------------------------
生成的计划:
```json

{

"plan_name": "获取当前时间",

"steps": [

        "step_number": 1,

        "description": "使用getCurrentDateTime工具获取当前时间",

        "tool": "getCurrentDateTime",

        "parameters": {}

],

"expected_output": "当前的时间信息，包括年、月、日、小时、分钟、秒等"

}

⚡ 阶段2: 执行计划
----------------------------------------

📝 步骤 1/1: 使用getCurrentDateTime工具获取当前时间
[工具调用] 当前时间: 2026-02-01 13:43:35
执行结果:
步骤 1: getCurrentDateTime
输入: {}
输出: 2026-02-01 13:43:35
状态: 成功

时间获取完成！当前时间是2026-02-01 13:43:35。

请提供下一步指令。

✅ 任务完成总结:
----------------------------------------
任务: 现在是几点？
状态: completed
耗时: 5秒
执行步骤数: 1
============================================================

📦 测试用例 5/8

================================================================================
🎯 任务: 计算长方体的体积，长10，宽5，高3
================================================================================

📋 阶段1: 任务规划
----------------------------------------
生成的计划:
```json

{

"plan_name": "计算长方体体积",

"steps": [

        "step_number": 1,

        "description": "使用calculateCuboidVolume工具计算长方体的体积，长10，宽5，高3",

        "tool": "calculateCuboidVolume",

        "parameters": {"length": 10, "width": 5, "height": 3}

],

"expected_output": "150"

}

⚡ 阶段2: 执行计划
----------------------------------------

📝 步骤 1/1: 使用calculateCuboidVolume工具计算长方体的体积，长10，宽5，高3
[工具调用] 长方体体积: 10.00×5.00×3.00=150.00
执行结果:
步骤 1: calculateCuboidVolume
输入: {"length": 10, "width": 5, "height": 3}
输出: 长 10.00、宽 5.00、高 3.00 的长方体体积是 150.00
状态: 成功

计算完成！长10、宽5、高3的长方体体积是150.00。

请提供下一步指令。

✅ 任务完成总结:
----------------------------------------
任务: 计算长方体的体积，长10，宽5，高3
状态: completed
耗时: 5秒
执行步骤数: 1
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📦 测试用例 6/8

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🎯 任务: 帮我算一下 (25 × 4) ÷ 2 等于多少？
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📋 阶段1: 任务规划
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生成的计划:
```json

{

"plan_name": "复合运算计算",

"steps": [

        "step_number": 1,

        "description": "使用multiply工具计算25乘以4的结果",

        "tool": "multiply",

        "parameters": {"a": 25, "b": 4}

},

        "step_number": 2,

        "description": "使用divide工具将上一步的结果除以2",

        "tool": "divide",

        "parameters": {"a": 100, "b": 2}

],

"expected_output": "50"

}

⚡ 阶段2: 执行计划
----------------------------------------

📝 步骤 1/2: 使用multiply工具计算25乘以4的结果
[工具调用] 乘法: 25.00 × 4.00 = 100.00
执行结果:
步骤 1: multiply
输入: {"a": 25, "b": 4}
输出: 25.00 × 4.00 = 100.00
状态: 成功

计算完成！25乘以4的结果是100.00。

请提供下一步指令。

📝 步骤 2/2: 使用divide工具将上一步的结果除以2
[工具调用] 除法: 100.00 ÷ 2.00 = 50.00
执行结果:
步骤 2: divide
输入: {"a": 100, "b": 2}
输出: 100.00 ÷ 2.00 = 50.00
状态: 成功

计算完成！100除以2的结果是50.00。

请提供下一步指令。

✅ 任务完成总结:
----------------------------------------
任务: 帮我算一下 (25 × 4) ÷ 2 等于多少？
状态: completed
耗时: 9秒
执行步骤数: 2
============================================================

📦 测试用例 7/8

================================================================================
🎯 任务: 快递单123456,现在到哪了？
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📋 阶段1: 任务规划
----------------------------------------
生成的计划:
```json

{

"plan_name": "查询快递物流状态",

"steps": [

        "step_number": 1,

        "description": "使用queryExpressOrder工具查询快递单号123456的物流状态",

        "tool": "queryExpressOrder",

        "parameters": {"orderNumber": "123456"}

],

"expected_output": "快递单号123456的当前物流状态，包括位置、派送进度等信息"

}

⚡ 阶段2: 执行计划
----------------------------------------

📝 步骤 1/1: 使用queryExpressOrder工具查询快递单号123456的物流状态
[工具调用] 快递单: 123456，已经在运输途中，预订明天送达
执行结果:
步骤 1: queryExpressOrder
输入: {"expressOrderNo": "123456"}
输出: 快递单: 123456，已经在运输途中，预订明天送达
状态: 成功

查询完成！快递单号123456的物流状态显示：已经在运输途中，预订明天送达。

请提供下一步指令。

✅ 任务完成总结:
----------------------------------------
任务: 快递单123456,现在到哪了？
状态: completed
耗时: 4秒
执行步骤数: 1
============================================================

📦 测试用例 8/8

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🎯 任务: 我的订单56789,退款到账了没？
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📋 阶段1: 任务规划
----------------------------------------
生成的计划:
```json

{

"plan_name": "查询退款进度",

"steps": [

        "step_number": 1,

        "description": "使用queryRefundProgress工具查询订单56789的退款进度",

        "tool": "queryRefundProgress",

        "parameters": {"orderNumber": "56789"}

],

"expected_output": "订单56789的退款进度信息，包括退款状态、预计到账时间等"

}

⚡ 阶段2: 执行计划
----------------------------------------

📝 步骤 1/1: 使用queryRefundProgress工具查询订单56789的退款进度
[工具调用] 订单: 56789，退款已审批通过，预计1-3个工作日按原路退回
执行结果:
步骤 1: queryRefundProgress
输入: {"orderNo": "56789"}
输出: 订单: 56789，退款已审批通过，预计1-3个工作日按原路退回
状态: 成功

查询完成！订单56789的退款进度显示：退款已审批通过，预计1-3个工作日按原路退回。

请提供下一步指令。

✅ 任务完成总结:
----------------------------------------
任务: 我的订单56789,退款到账了没？
状态: completed
耗时: 4秒
执行步骤数: 1

时序图-AI生成