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Claude Skills架构革新AI开发模式,通过模块化设计解决上下文窗口的三大痛点。核心内容: 1. 从提示词工程到上下文工程的范式转移 2. Skills架构三大核心优势:上下文预算、执行路径、权限边界的可控性 3. 通过动态加载机制解决"上下文公地悲剧"问题
在过去二十年的软件架构演进中,我们见证了从单体应用向微服务架构的转变,其核心驱动力是降低耦合度并提高系统的可扩展性。如今,在大语言模型(LLM)的应用开发领域,一场类似的范式转移正在悄然发生。作为一名长期在这个领域深耕的架构师,我认为我们需要重新审视我们构建 AI 应用的方式——从传统的“提示词工程”(Prompt Engineering)转向更为结构化、模块化的“上下文工程”(Context Engineering)。而 Anthropic 推出的 Claude Skills 架构,正是这一转型的里程碑式产物。
为了避免“介绍功能但缺少可检验结论”,本文先把 Skills 的架构价值收敛成一句可验证的命题:
Skills 把 LLM 系统从“文本堆叠的单体提示词”,重构为“可版本化、可审计、可组合的运行时模块”;核心收益来自三件事:上下文预算可控、执行路径可控、权限边界可控。
这三个“可控”,将分别对应本文三条主线:
在 Skills 架构出现之前,构建复杂 AI 代理(Agent)面临着一个被称为“上下文公地悲剧”的核心瓶颈。当我们试图让一个通用模型(如 Claude 3.5 Sonnet)成为特定领域的专家时,我们通常的做法是将所有的业务规则、品牌指南、API 文档以及错误处理流程全部塞入系统提示词(System Prompt)中。
这种做法导致了三个严重的技术债:
Claude Skills 的核心设计哲学是将“知识”与“推理”解耦。如果将 LLM 的上下文窗口比作计算机的内存(RAM),那么传统的提示词工程就是试图在开机时将所有数据加载进内存。相比之下,Claude Skills 更像是一个可热插拔的外部存储设备(如 USB 闪存盘)1。
在这个架构下,代理并不需要时刻“记住”所有的知识。它只需要知道它“拥有”哪些能力。当且仅当用户触发了特定任务时,相关的知识模块(Skill)才会被动态加载到内存中。这种设计使得我们可以为代理配备成千上万种技能——从“SQL 性能优化”到“法律合规审查”——而不会在初始阶段消耗任何额外的上下文资源,从而实现了代理能力的无限扩展可能 2。
Claude Skills 能够实现高效扩展的秘密在于其独特的加载算法,技术文档中将其称为渐进式披露(Progressive Disclosure)。这是一种分层加载策略,旨在最小化令牌(Token)消耗,同时最大化模型在特定任务上的表现 2。
与一次性加载所有信息不同,Skills 采用**分层披露策略(progressive disclosure)**来管理上下文的生命周期。
如果把“上下文窗口”理解为一张系统账本,那么每次请求都在支付三笔预算。后续所有优化策略,都可以被解释为“减少某一类预算,同时不伤害目标”:
在工程上,这张账本同时决定三件事:
“确定性”在 AI 系统里常被说空。这里给出一个更工程化、可验证的定义:在固定环境与输入下,系统输出的差异度可控,且失败模式可分类、可重试、可回归测试。
流程图回答“会发生什么”,状态机回答“当前上下文里到底有什么、哪些可回收、污染从哪里来”。下面用四个状态把 Skills 的运行时过程抽象成可推演的状态机,并把 context: fork 表达为状态跃迁:
这张图对应两个关键工程结论:
当一个 Claude 会话启动时,系统会扫描 .claude/skills 目录。此时,它不会读取每个 Skill 的详细指令,而是仅提取 SKILL.md 顶部的 YAML 元数据 5。这些元数据(主要是 name 和 description)被注入到系统提示词的末尾。
这一步至关重要。它相当于为模型构建了一个轻量级的“能力目录”。例如,模型会看到 pdf-extractor: Extracts text from PDFs。这里的 token 消耗更准确的表述是:文档给出的典型量级约为每个 Skill 百 tokens 级别,实际占用取决于元数据长度与实现细节 6。
当用户输入“请帮我分析这份财务报表 PDF”时,Claude 的推理引擎会对用户意图进行语义分析,并与已加载的元数据描述进行匹配。一旦确定 pdf-extractor 是相关技能,系统会立即从文件系统中读取该 Skill 的 SKILL.md 完整内容,并将其追加到当前的上下文窗口中 2。
这一过程对用户是透明的,但在架构上,这标志着模型从“通用助手”模式切换到了“PDF 处理专家”模式。此时,模型拥有了处理 PDF 的所有步骤、规则和异常处理逻辑。
这是 Skills 架构中最具革命性的部分。在传统的代码解释器(Code Interpreter)模式中,代码往往是由模型实时编写并执行的。而在 Skills 架构中,我们可以预置经过严格测试的脚本(如 Python 或 Bash 脚本)。
当 Skill 指令要求运行 python scripts/analyze.py 时,模型不需要读取这个 Python 脚本的源代码。它只需在沙箱环境中调用该文件。更贴近官方语义的表述是:脚本可执行且无需把脚本内容加载进上下文,只有脚本输出(stdout/stderr 等)进入上下文并消耗 tokens 5。这种机制使得我们可以将极其复杂的算法(如金融建模、数据清洗)封装在脚本中,而模型仅负责高层的编排与决策,极大地提升了系统的确定性和效率。
作为架构师,我们需要深入理解 Skill 的物理结构。不同于封闭的数据库记录,Claude Skills 采用了基于文件系统的设计,这使得它们天然支持 Git 版本控制、CI/CD 流水线以及现有的 IDE 开发流程 7。
一个标准的 Skill 本质上是一个文件夹。文件夹的命名必须严格匹配 Skill 的 ID(通常为小写字母、数字和连字符)。
典型的企业级 Skill 目录结构:
data-analysis-pro/ # 根目录,必须与 Skill ID 一致
├── SKILL.md # [必须] 核心定义文件
├── README.md # [可选] 供人类阅读的文档
├── scripts/ # [推荐] 可执行代码库
│ ├── clean_data.py # Python 清洗脚本
│ ├── visualize.R # R 语言可视化脚本
│ └── query_db.sh # Bash 数据库查询封装
├── templates/ # [推荐] 输出模版
│ ├── report_format.md # 报告结构定义
│ └── email_draft.txt # 邮件草稿模版
└── resources/ # [可选] 静态知识库
├── schema.json # 数据库结构定义
└── glossary.csv # 术语表
这种结构体现了“关注点分离”(Separation of Concerns)的设计原则:SKILL.md 负责与 LLM 的自然语言交互,scripts/ 负责确定性的逻辑计算,resources/ 负责静态知识的存储 5。
SKILL.md 是 Skill 的灵魂,它由两部分组成:YAML Frontmatter 和 Markdown 正文。
这是 Skill 的 API 签名,决定了 Skill 如何被系统识别和调用 5。
---
name: data-analysis-pro
description: Analyzes CSV/Excel datasets using advanced statistical methods. Use when the user asks for "trends", "forecasts", or "data insights".
allowed-tools:
user-invocable: true
context: fork
agent: plan
---
allowed-tools 用于限制 Skill 激活时可调用的工具范围,把执行面收敛到一个更小集合,并在权限询问方面更收敛。若省略该字段,则不对工具范围施加该约束,仍按 Claude Code 的标准权限模型进行权限请求与审批 5。user-invocable 仅控制是否出现在 slash 命令菜单中,并不等同于“完全隐藏”:仍可能被自动发现或被模型通过 Skill tool 程序化调用。若需要阻止通过 Skill tool 的程序化调用,可使用 disable-model-invocation: true;其对自动发现与斜杠菜单的具体行为以文档定义与实际版本行为为准。
YAML 之后的部分是具体的执行指南。这里是“提示词工程”发挥作用的地方,但与传统提示词不同,这里的指令应更侧重于流程编排而非知识灌输 5。
最佳实践指南:
Claude Skills 并非只能在云端 API 运行,它最强大的载体是 Claude Code——一个运行在终端(Terminal)中的代理编码工具。Claude Code 充当了 Skills 的操作系统,提供了文件系统访问、代码执行和沙箱隔离环境 12。
在实际的高级工程实践中,我们观察到一种被称为“监督者-执行者”的双模架构模式正在兴起 14。
当安装了数十个 Skills 时,难免会出现命名冲突或功能重叠。Claude 的解析引擎具备内置的冲突解决逻辑 15:
--debug,以日志确认最终被加载的来源,并以当前版本行为为准。随着 Agent 获得执行代码和操作文件系统的能力,安全成为了不可忽视的核心议题。Claude Skills 引入了基于操作系统原语(OS-level primitives)的沙箱机制,以防止“越狱”或恶意操作 17。
Claude Code 的沙箱环境(Bubblewrap on Linux, Seatbelt on macOS)实施了两个维度的隔离:
Claude Code 采用了“请求-许可”(Ask-Before-Act)的权限模型。对于任何产生副作用(Side-effect)的操作(如写文件、执行 Shell 命令),系统默认会暂停并询问用户。
第 5 章的信息如果只停留在“隔离/权限”的名词解释,很难落到可审计的治理动作。一个更工程化的办法是用最小威胁建模骨架把它们对齐:
在 Anthropic 的生态中,Model Context Protocol (MCP) 和 Skills 是两个经常被混淆的概念。澄清两者的关系对于架构设计至关重要 3。
最强大的架构并非二选一,而是将两者结合。Skills 应该作为 MCP 工具的编排者 24。
从“系统边界”的角度,二者的角色可以更硬核地定义为一条边界契约:
两者之间靠的是接口契约(contract),而不是靠模型猜:输入输出结构、错误语义、超时边界、权限语义都应该显式化。
实战案例:企业级故障排查 Agent
这种架构完美地实现了“能力”与“智慧”的解耦。MCP 负责修路(连接数据),Skills 负责开车(执行任务)。
契约与失败模式: MCP 提供工具能力面,Skill 提供流程编排面。为避免系统在异常情况下发散,建议对 MCP 调用定义返回契约与失败策略,并至少覆盖以下四类常见失败模式:
无论哪一类失败,都建议把关键工具调用写入可审计的执行记录(工具名、参数摘要、目标资源、结果/错误、重试次数、是否触发权限请求),便于排障与治理。Skills 的渐进披露机制也适合把契约说明放入独立文件,在需要排障时再加载。
掌握了基础架构后,我们可以利用 Skills 构建更高级的代理行为。
在处理极度复杂的任务(如“重构整个后端 API”)时,主会话的上下文往往会被成百上千次的尝试、错误和调试信息填满。这会导致模型“疲劳”,且容易遗忘最初的目标。
context: fork 是解决这一问题的杀手级特性 10。它的工作流如下:
更稳妥的表述是:Claude 可以在同一会话中按需激活多个 Skills,通过编排形成组合工作流。这类“元技能(Meta-Skills)”更像是一种编排策略:是否允许嵌套式调用、以及调用链如何受权限与运行时影响,应以实际运行时与权限设置为准 26。
例如,构建一个 software-architect Skill,它的指令不是直接写代码,而是:
这种组合性使得代理系统的能力呈现指数级增长,而非线性叠加。
利用文件系统的持久化特性,我们可以构建具有“长期记忆”的 Skill 27。
开发 Skill 时,黑盒测试是痛苦的。Claude Code 提供了 --debug 标志 5。启用后,开发者可以看到:
可通过 claude --debug 与 /context 观察哪些元数据进入上下文以及字符预算告警。
在编写 Skill 时,要时刻牢记 Token 是金钱,更是延迟。
尽管 Claude Code 提供了统一的接口,但底层的 Shell 环境可能不同(Bash on Linux/Mac vs PowerShell on Windows)。
Claude Skills 不仅仅是一个新功能,它是 AI 代理工程化的重要一步。它将软件工程中成熟的模块化、封装、版本控制和权限管理理念引入了生成式 AI 领域。通过将“知识”文件化、将“能力”脚本化、将“连接”协议化(MCP),我们终于拥有了一套能够构建可维护、可扩展、且安全的企业级智能代理的完整工具链。
对于每一位技术领导者而言,现在的战略重点不应再仅仅是打磨一句完美的提示词,而应该是着手构建属于自己组织的 Skill Library。这套沉淀了企业独特流程、知识和工具的技能库,将成为 AI 时代最核心的数字资产。
数据引用说明
本文档中引用的技术细节、参数指标及架构图解均基于以下研究资料:
[1] https://www.reddit.com/r/ClaudeAI/comments/1qbc30u/claude\_code\_skills\_subagents\_feel\_misaligned\_what/: https://www.reddit.com/r/ClaudeAI/comments/1qbc30u/claude_code_skills_subagents_feel_misaligned_what/[2] https://www.reddit.com/r/ClaudeAI/comments/1phyfk4/how\_do\_you\_actually\_use\_claude\_code\_in\_your/: https://www.reddit.com/r/ClaudeAI/comments/1phyfk4/how_do_you_actually_use_claude_code_in_your/[3] https://www.reddit.com/r/ClaudeCode/comments/1p377ti/be\_careful\_with\_people\_spreading\_claude\_code/: https://www.reddit.com/r/ClaudeCode/comments/1p377ti/be_careful_with_people_spreading_claude_code/
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作者:claudecn
来源:https://claudecn.com/blog/claude-skills-architecture/
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