迭代上限与死循环检测：Agent 一夜烧掉几万元的故事

1. 本节产出

三层循环防护：硬迭代上限、重复动作检测、无进展检测。三者组合能把「死循环烧钱」从「一夜几万元」降到「几分钟内自动停止」。

2. 前置依赖

03-01 ReAct 范式：已有基础循环
03-05 状态机与持久化

3. 为什么死循环是 Agent 最贵的故障

一个真实事故复盘：

周五 22:00  用户提交一个调研任务，Agent 开始运行
周五 22:03  任务卡在某个查不到的信息上，开始反复重试
周五 22:10  达到 10 次迭代上限？——没有，因为设了 50 次
周六 08:00  运维发现账单异常：一夜烧掉 3.7 万元

三个教训：

问题	说明
迭代上限设得太大	50 次意味着最坏情况烧 50 轮的钱
没有重复检测	同一个工具用同样参数调了 30 次，每次都失败
没有成本上限	只限制了轮次，没限制钱

死循环的可怕之处：它不报错、不崩溃，只是安静地烧钱。 等发现时已经是第二天。

4. 核心原理

4.1 三层防护

第一层：硬迭代上限
  iteration > maxIterations → 停止
  作用：无论如何都有个尽头
  
第二层：重复动作检测
  同一个 (toolName + args) 在最近 K 轮内出现过 → 判定重复
  作用：抓住「反复重试同一个失败操作」
  
第三层：无进展检测
  最近 K 轮的 Observation 高度相似（或都为失败） → 判定无进展
  作用：抓住「换着花样但毫无进展」

三层各抓不同类型的循环：

循环类型	被哪层抓住
无限调用但每次不同	第一层
反复调用同一个工具同一参数	第二层
换个工具但结果都一样（都失败）	第三层

4.2 重复检测怎么实现

动作指纹 = hash(toolName + canonicalJson(args))

维护最近 K 个指纹的窗口
新动作的指纹已在窗口中 → 计数 +1
同一指纹出现 >= 2 次 → 警告
同一指纹出现 >= 3 次 → 停止

为什么允许出现 2 次：有时重试一次是合理的（比如第一次超时）。3 次就基本可以确定是循环。

4.3 无进展检测

收集最近 3 轮的 Observation
如果满足以下任一：
  a) 全部是失败/超时/NOT_FOUND
  b) 两两相似度 > 0.9（内容几乎一样）
→ 判定无进展，停止或强制结束

实现相似度可以用简单的文本哈希，也可以用向量——用哈希更便宜（不需要额外模型调用）。

4.4 更根本的一道防线：成本上限

if (tokenUsed > budgetTokens || costEstimate > budgetYuan) {
    强制结束，返回已完成部分
}

这是最直接的防线：不管循环不循环，钱花到上限就停。建议按任务类型设置预算，比如：

任务类型	迭代上限	Token 预算	总超时
简单查询	5	2 万	60s
标准任务	10	8 万	180s
复杂调研	20	30 万	600s

这套「三限额」表是本节最实用的产出，可直接用于项目配置。

5. 代码走查

5.1 循环检测器

java

// ch03-agent/src/main/java/com/aitech/agent/guard/LoopDetector.java
@Component
public class LoopDetector {

    private static final int WINDOW = 5;
    private static final int MAX_REPEAT = 3;

    /** 返回停止理由，null 表示未检测到循环 */
    public String check(List<StepRecord> history) {
        if (history.size() < 3) return null;

        // 1. 重复动作检测
        Map<String, Long> recent = history.stream()
                .skip(Math.max(0, history.size() - WINDOW))
                .filter(s -> s.action() != null)
                .map(s -> fingerprint(s.action()))
                .collect(Collectors.groupingBy(f -> f, Collectors.counting()));

        Optional<Long> maxRepeat = recent.values().stream().max(Long::compare);
        if (maxRepeat.isPresent() && maxRepeat.get() >= MAX_REPEAT) {
            return "检测到重复动作：同一工具与参数已调用 %d 次".formatted(maxRepeat.get());
        }

        // 2. 无进展检测：最近 3 轮 Observation 都失败
        List<String> last3 = history.stream()
                .skip(Math.max(0, history.size() - 3))
                .map(StepRecord::observation)
                .toList();
        if (last3.size() == 3 && last3.stream().allMatch(this::isFailure)) {
            return "连续 3 步未取得进展（工具均返回失败）";
        }

        // 3. 无进展检测：最近 3 轮 Observation 内容高度相似
        if (last3.size() == 3 && allSimilar(last3)) {
            return "连续 3 步返回高度相似的结果，判定无进展";
        }

        return null;
    }

    private String fingerprint(Action a) {
        return DigestUtils.sha256Hex(a.toolName() + "|" + canonical(a.args()));
    }

    private boolean isFailure(String obs) {
        return obs == null || obs.startsWith("ERROR")
                || obs.startsWith("NOT_FOUND") || obs.startsWith("TIMEOUT")
                || obs.startsWith("UNAVAILABLE");
    }

    private boolean allSimilar(List<String> texts) {
        Set<String> hashes = texts.stream()
                .map(t -> DigestUtils.sha256Hex(t.trim().toLowerCase()))
                .collect(Collectors.toSet());
        return hashes.size() == 1;      // 完全一样
    }
}

5.2 接入循环

java

// ch03-agent/src/main/java/com/aitech/agent/agent/GuardedAgentRunner.java
public AgentResult run(String runId, String goal, Limits limits) {
    for (int i = 1; i <= limits.maxIterations(); i++) {

        // 第一层：迭代上限
        if (i > limits.maxIterations()) {
            return stop("达到迭代上限 " + limits.maxIterations());
        }

        Action action = decide(state);

        // 第二/三层：循环检测（在工具调用前，省下这次调用的钱）
        String loop = detector.check(state.history());
        if (loop != null) {
            log.warn("运行 {} 检测到循环：{}", runId, loop);
            Metrics.recordLoopDetected(loop);
            // 给模型最后一次机会：强制它总结并结束
            return forceFinish(state, loop);
        }

        // 成本上限
        if (state.tokenUsed() > limits.budgetTokens()) {
            return stop("达到 Token 预算 " + limits.budgetTokens());
        }

        ... 执行与迭代
    }
}

public record Limits(int maxIterations, long budgetTokens, Duration totalTimeout) {}

循环检测放在工具调用前：检测到就不执行工具了，直接省下这次调用。

5.3 强制结束

java

private AgentResult forceFinish(AgentState state, String reason) {
    // 让模型基于已有信息给出结论，而不是硬返回「失败」
    String summary = chatClient.prompt()
            .system("基于已有的执行记录，给出目前能得出的最好结论。不要再调用工具。")
            .user(String.join("\n", state.history()))
            .call().content();

    return AgentResult.stopped(summary, reason, state.tokenUsed());
}

强制结束时让模型总结已有信息，比直接返回「任务失败」有用得多。用户至少得到了部分成果。

6. 跑起来

bash

git checkout ch03-10-loop-detection
mvn -q test -Dtest=LoopDetectionTest

三种循环场景各测一次：

bash

# 1. 反复调用同一工具同一参数
curl -X POST http://localhost:8080/api/agent/run \
  -d '{"goal":"查询一个不存在的订单","fault":"always-not-found"}'
# 期望：3 次后停止，日志「检测到重复动作」

# 2. 换工具但都失败
curl -X POST http://localhost:8080/api/agent/run \
  -d '{"goal":"查数据","fault":"all-tools-fail"}'
# 期望：3 步后停止，日志「连续 3 步未取得进展」

# 3. 无重复但一直不结束
curl -X POST http://localhost:8080/api/agent/run \
  -d '{"goal":"开放式任务","fault":"never-finish"}'
# 期望：达到迭代上限停止

# 4. 成本上限
curl -X POST http://localhost:8080/api/agent/run \
  -d '{"goal":"复杂任务","limits":{"budgetTokens":5000}}'
# 期望：Token 超 5000 后停止

期望的对比（这是本节的价值证明）：

无防护：     运行 50 轮，消耗 42 万 Token，耗时 18 分钟，成本 3.7 元/次
三层防护后：  运行 4 轮即停止，消耗 3.2 万 Token，耗时 42s，成本 0.28 元/次

检查项	通过标准
三种循环都能抓	每种场景在 5 轮内停止
停止有产出	返回已有信息的总结，不是「失败」
Token 上限	超过预算立即停止
指标可见	`agent.loop_detected` 有计数
告警	检测到循环时通知（高频循环可能说明 prompt 有问题）

7. 生产避坑

迭代上限不要设得太大。50 次的「上限」等于没有上限——最坏情况仍然会烧 50 轮的钱。合理值是预期轮次的 1.5~2 倍（预期 8 轮就设 12~15）。上限的作用是兜底，不是让它真的跑那么多次。
必须同时设 Token 预算，不能只设轮次。不同轮次的成本差异很大（后期上下文大），只限制轮次无法限制成本。「三限额」表（轮次 + Token + 超时）要一起配。
检测到循环后要告警，不能只静默停止。高频出现循环通常说明 prompt 设计或工具设计有问题（比如工具描述不清导致模型反复试）。把循环日志当作需求优化的线索，而不是当成正常现象。

8. 延伸与锚点

思考题：循环防住了，但如果 Agent 调用了一个它不该调用的工具（比如查询工具却能删数据）呢？（答案在下一课时：权限沙箱）
代码锚点：git checkout ch03-10-loop-detection
下一课时：03-11 工具权限沙箱
对应课件：L03-10 死循环检测

迭代上限与死循环检测：Agent 一夜烧掉几万元的故事 ​

1. 本节产出 ​

2. 前置依赖 ​

3. 为什么死循环是 Agent 最贵的故障 ​

4. 核心原理 ​

4.1 三层防护 ​

4.2 重复检测怎么实现 ​

4.3 无进展检测 ​

4.4 更根本的一道防线：成本上限 ​

5. 代码走查 ​

5.1 循环检测器 ​

5.2 接入循环 ​

5.3 强制结束 ​

6. 跑起来 ​

7. 生产避坑 ​

8. 延伸与锚点 ​

迭代上限与死循环检测：Agent 一夜烧掉几万元的故事

1. 本节产出

2. 前置依赖

3. 为什么死循环是 Agent 最贵的故障

4. 核心原理

4.1 三层防护

4.2 重复检测怎么实现

4.3 无进展检测

4.4 更根本的一道防线：成本上限

5. 代码走查

5.1 循环检测器

5.2 接入循环

5.3 强制结束

6. 跑起来

7. 生产避坑

8. 延伸与锚点