cost-aware-llm-pipeline

name	cost-aware-llm-pipeline
description	Use when building an LLM-powered app that needs cost control via model routing, budget tracking, retry, and prompt caching.
license	MIT
metadata	{"author":"shimo4228","version":"1.0","extracted":"2026-02-08"}

Cost-Aware LLM Pipeline

コスト最適化LLMパイプライン

Extracted / 抽出日: 2026-02-08 Context / コンテキスト: LLMを使うアプリで、コスト制御しながら品質を維持するパターン

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Problem / 課題

LLM APIは高コスト。全リクエストに最高性能モデルを使うと予算超過する。 リトライやキャッシュの仕組みがないと無駄なコストが発生する。

• 単純なタスクにも高価なモデルを使ってしまう
• 一時的なエラーでリトライせず失敗する
• 同じシステムプロンプトを毎回送信しトークンを浪費する
• 予算超過に気づかない

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Solution / 解決策

4つの要素を組み合わせる：

1. Model Routing（モデル自動選択）

タスクの複雑度に基づいてモデルを自動選択する。

MODEL_SONNET = "claude-sonnet-4-5-20250929"
MODEL_HAIKU = "claude-haiku-4-5-20251001"

_SONNET_TEXT_THRESHOLD = 10_000  # chars
_SONNET_CARD_THRESHOLD = 30     # items

def select_model(
    text_length: int,
    item_count: int,
    force_model: str | None = None,
) -> str:
    """Automatically select model based on task complexity."""
    if force_model is not None:
        return force_model
    if text_length >= _SONNET_TEXT_THRESHOLD or item_count >= _SONNET_CARD_THRESHOLD:
        return MODEL_SONNET  # Complex task
    return MODEL_HAIKU  # Simple task (3-4x cheaper)

2. Immutable Cost Tracking（不変コスト追跡）

from dataclasses import dataclass

@dataclass(frozen=True, slots=True)
class CostRecord:
    model: str
    input_tokens: int
    output_tokens: int
    cost_usd: float

@dataclass(frozen=True, slots=True)
class CostTracker:
    budget_limit: float = 1.00
    records: tuple[CostRecord, ...] = ()

    def add(self, record: CostRecord) -> "CostTracker":
        """Return new tracker with added record (never mutates self)."""
        return CostTracker(
            budget_limit=self.budget_limit,
            records=(*self.records, record),
        )

    @property
    def total_cost(self) -> float:
        return sum(r.cost_usd for r in self.records)

    @property
    def over_budget(self) -> bool:
        return self.total_cost > self.budget_limit

3. Narrow Retry Logic（限定的リトライ）

from anthropic import (
    APIConnectionError,
    InternalServerError,
    RateLimitError,
)

_RETRYABLE_ERRORS = (APIConnectionError, RateLimitError, InternalServerError)
_MAX_RETRIES = 3

def _call_with_retry(func, *, max_retries: int = _MAX_RETRIES):
    """Retry only on transient errors, fail fast on others."""
    for attempt in range(max_retries):
        try:
            return func()
        except _RETRYABLE_ERRORS:
            if attempt == max_retries - 1:
                raise
            time.sleep(2 ** attempt)  # Exponential backoff
    # AuthenticationError, BadRequestError etc. → raise immediately

4. Prompt Caching（プロンプトキャッシュ）

messages = [
    {
        "role": "user",
        "content": [
            {
                "type": "text",
                "text": system_prompt,
                "cache_control": {"type": "ephemeral"},  # Cache this
            },
            {
                "type": "text",
                "text": user_input,  # Variable part
            },
        ],
    }
]

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Composition / 組み合わせ方

def process(text: str, config: Config, tracker: CostTracker) -> tuple[Result, CostTracker]:
    # 1. Route model
    model = select_model(len(text), estimated_items, config.force_model)

    # 2. Check budget
    if tracker.over_budget:
        raise BudgetExceededError(tracker.total_cost, tracker.budget_limit)

    # 3. Call with retry + caching
    response = _call_with_retry(lambda: client.messages.create(
        model=model,
        messages=build_cached_messages(system_prompt, text),
    ))

    # 4. Track cost (immutable)
    record = CostRecord(model=model, input_tokens=..., output_tokens=..., cost_usd=...)
    tracker = tracker.add(record)

    return parse_result(response), tracker

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Pricing Reference (2025-2026) / 価格参考

Model	Input ($/1M tokens)	Output ($/1M tokens)
Haiku 4.5	$0.80	$4.00
Sonnet 4.5	$3.00	$15.00
Opus 4.5	$15.00	$75.00

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When to Use / 使用すべき場面

• Claude/OpenAI APIを使うアプリケーション全般
• バッチ処理でコスト管理が必要な場合
• 複数モデルを使い分けたい場合
• 長いシステムプロンプトを繰り返し送信する場合

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Related Patterns / 関連パターン

• python-immutable-accumulator.md — CostTrackerの不変蓄積パターン
• immutable-model-updates.md — Swift版の不変更新パターン