.NET AI 核心构建块:Microsoft.Extensions.AI 详解

微软 .NET 团队正式推出了面向 .NET 开发者的 AI 构建块系列。这是一个四篇文章的系列，分别介绍四个核心组件：

Microsoft.Extensions.AI：统一 LLM 接口访问
Microsoft.Extensions.VectorData：语义搜索与向量持久化
Microsoft Agent Framework：智能体工作流
Model Context Protocol（MCP）：互操作性

本文是系列第一篇，专注于 Microsoft.Extensions.AI（以下简称 MEAI）。

什么是 Microsoft.Extensions.AI

MEAI 是 .NET 中与生成式 AI 交互的基础库，由原 Semantic Kernel 团队贡献了核心抽象与 API 设计，再结合 ASP.NET、Minimal APIs 和 Blazor 中已有的依赖注入、中间件、构建者模式等成熟实践。

如果你用过 Semantic Kernel，可以把 MEAI 理解为对 SK 基础层的替换和升级——更轻量，更专注于底层接口。

统一 API，切换提供商零成本

MEAI 最直接的价值是：不用再维护多套 SDK，用一套 API 就能对接 OpenAI、OllamaSharp、Azure OpenAI 等主流提供商。

以 OllamaSharp 为例，原始用法是这样的：

var uri = new Uri("http://localhost:11434");
var ollama = new OllamaApiClient(uri)
{
    SelectedModel = "mistral:latest"
};
await foreach (var stream in ollama.GenerateAsync("How are you today?"))
{
    Console.Write(stream.Response);
}

原始 OpenAI SDK 用法：

OpenAIResponseClient client = new("o3-mini", Environment.GetEnvironmentVariable("OPENAI_API_KEY"));

OpenAIResponse response = await client.CreateResponseAsync(
    [ResponseItem.CreateUserMessageItem("How are you today?")]
);
foreach (ResponseItem outputItem in response.OutputItems)
{
    if (outputItem is MessageResponseItem message)
    {
        Console.WriteLine($"{message.Content.FirstOrDefault()?.Text}");
    }
}

两者的 API 形状完全不同。MEAI 引入了 IChatClient 接口来统一它们。OllamaSharp 已原生实现该接口；OpenAI 客户端则需要通过适配器包（Microsoft.Extensions.AI.OpenAI）转换：

IChatClient client =
    new OpenAIClient(key).GetChatClient("o3-mini").AsIChatClient();

转换之后，发送请求的代码对所有提供商完全一致：

await foreach (ChatResponseUpdate update in client.GetStreamingResponseAsync("How are you today?"))
{
    Console.Write(update);
}

同一段业务代码，背后接的是哪家服务，换个 IChatClient 实例就行。

结构化输出：省掉解析代码

结构化输出让你能直接拿到强类型对象，而不是从字符串里手工解析 JSON。MEAI 把这件事简化到了极致。

先看使用原始 OpenAI SDK 的写法：

class Family
{
    public List<Person> Parents { get; set; }
    public List<Person>? Children { get; set; }

    class Person
    {
        public string Name { get; set; }
        public int Age { get; set; }
    }
}

ChatCompletionOptions options = new()
{
    ResponseFormat = StructuredOutputsExtensions.CreateJsonSchemaFormat<Family>("family", jsonSchemaIsStrict: true),
    MaxOutputTokenCount = 4096,
    Temperature = 0.1f,
    TopP = 0.1f
};

List<ChatMessage> messages =
[
    new SystemChatMessage("You are an AI assistant that creates families."),
    new UserChatMessage("Create a family with 2 parents and 2 children.")
];

ParsedChatCompletion<Family?> completion = chatClient.CompleteChat(messages, options);
Family? family = completion.Parsed;

使用 MEAI 的泛型扩展方法，同样的目标只需这几行：

class Family
{
    public List<Person> Parents { get; set; }
    public List<Person>? Children { get; set; }

    class Person
    {
        public string Name { get; set; }
        public int Age { get; set; }
    }
}

var family = await client.GetResponseAsync<Family>(
[
    new ChatMessage(ChatRole.System, "You are an AI assistant that creates families."),
    new ChatMessage(ChatRole.User, "Create a family with 2 parents and 2 children.")
]);

GetResponseAsync<T> 内部会自动构造 Schema、发送请求、反序列化结果。不用手写 ResponseFormat，不用手写 JsonSerializer.Deserialize。

请求与响应的标准化

ChatOptions 类统一了所有提供商的调参接口，包括：

temperature（温度）：控制输出随机性。低温度（如 0.1）让模型更确定，输出更贴近事实，适合分类、摘要；高温度（如 0.9）引入更多随机性，适合创意写作或头脑风暴
最大 Token 数：控制输出长度
其他采样参数（TopP、频率惩罚等）

在返回结果中，UsageDetails 实例包含本次请求消耗的 Token 数，方便你在成本敏感场景下做监控和控制。

中间件：在请求管道中插入逻辑

.NET Web 开发者对中间件不陌生，ASP.NET 的请求管道就是这个模型。MEAI 把同样的机制引入到了 LLM 调用流程里，让你可以在请求到达模型之前或响应返回之后插入逻辑：

过滤敏感内容
限流或熔断
遥测与追踪

MEAI 内置了日志和 OpenTelemetry（OTEL）中间件。以下示例展示如何通过构建者模式给任意 IChatClient 加上这两种能力：

public IChatClient BuildEnhancedChatClient(
    IChatClient innerClient,
    ILoggerFactory? loggerFactory = null)
{
    var builder = new ChatClientBuilder(innerClient);

    if (loggerFactory is not null)
    {
        builder.UseLogging(loggerFactory);
    }

    var sensitiveData = false; // 调试时改为 true

    builder.UseOpenTelemetry(
        configure: options =>
            options.EnableSensitiveData = sensitiveData);

    return builder.Build();
}

OTEL 事件可以推送到 Application Insights 等云服务，或者在使用 .NET Aspire 时直接显示在 Aspire 仪表板上——Aspire 已经更新以支持智能应用的额外上下文，LLM 相关的追踪会用"✨"图标标记。

DataContent：多模态对话

现代 AI 模型不只处理文本，越来越多的多模态模型可以接收图像、音频，并返回同类内容。MEAI 中的内容类型都派生自 AIContent：

TextContent：文本（最常用）
DataContent：任意媒体类型（字节数组 + MIME 类型）
ErrorContent：带错误码的详细错误信息
FunctionCallContent：工具调用请求
HostedFileContent：引用 AI 服务托管的资源
UriContent：Web 引用

其中 DataContent 最为通用。想让模型分析一张照片？传入字节数组加 MIME 类型就行：

var instructions = "You are a photo analyst able to extract the utmost detail from a photograph and provide a description so thorough and accurate that another LLM could generate almost the same image just from your description.";

var prompt = new TextContent("What's this photo all about? Please provide a detailed description along with tags.");

var image = new DataContent(File.ReadAllBytes(@"c:\photo.jpg"), "image/jpeg");

var messages = new List<ChatMessage>
{
    new(ChatRole.System, instructions),
    new(ChatRole.User, [prompt, image])
};

record ImageAnalysis(string Description, string[] tags);

var analysis = await chatClient.GetResponseAsync<ImageAnalysis>(messages);

用户消息里同时包含文字和图片，MEAI 负责把它组装成提供商接受的格式。

其他能力

除了本文介绍的内容，MEAI 还提供：

取消令牌（Cancellation tokens）：保持应用响应性
内置错误处理和弹性机制
向量和嵌入的基础原语（为 VectorData 系列铺垫）
图像生成接口

系列延伸

这是四篇系列文章的第一篇，后续三篇将分别介绍：

Microsoft.Extensions.VectorData：向量扩展与语义搜索（Part 2）
Microsoft Agent Framework：智能体框架（Part 3）
Model Context Protocol（MCP）：互操作性（Part 4）

如果你想马上动手，可以参考以下资源：

MEAI 源码仓库
MEAI 示例代码
官方文档：Microsoft Extensions for AI
快速入门：构建 AI 聊天应用

参考

.NET AI Essentials – The Core Building Blocks Explained: https://devblogs.microsoft.com/dotnet/dotnet-ai-essentials-the-core-building-blocks-explained/
Microsoft.Extensions.AI.OpenAI NuGet 包: https://www.nuget.org/packages/Microsoft.Extensions.AI.OpenAI/
Microsoft Extensions for AI 文档: https://learn.microsoft.com/dotnet/ai/microsoft-extensions-ai