mleap

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1.5k 316 简单 1 次阅读 3天前Apache-2.0开发框架语言模型数据工具
AI 解读 由 AI 自动生成,仅供参考

MLeap 是一款专为机器学习工程化设计的开源工具,旨在简化从模型训练到生产部署的复杂流程。它核心解决了数据科学家与工程师在将算法落地时面临的“环境依赖重、迁移难度大”痛点。传统模式下,模型往往强依赖于 Spark、Scikit-learn 或庞大的 Python 生态(如 NumPy、Pandas),导致在生产环境中部署笨重且易出错。

MLeap 允许用户直接在 Spark 或 Scikit-learn 中训练模型,并将其序列化为一种轻量级、跨语言的通用格式(Bundle.ML)。随后,通过其高性能运行时引擎,即可在不安装任何原始训练框架依赖的情况下执行预测。这意味着你可以用 Python 训练模型,却在纯 Java 或 Scala 的生产系统中高效运行,彻底解耦了训练环境与推理环境。

该工具非常适合机器学习研究员、数据科学家以及后端开发工程师使用。研究者可以继续使用熟悉的工具链进行实验,而工程师则能获得一个无依赖、低延迟的生产级推理服务。其技术亮点在于基于 JVM 构建的高性能执行内核,支持 JSON 和 Protobuf 两种便携序列化格式,并提供了与 Spark ML 高度一致的算子覆盖,确保模型在训练与推理阶段的行为完全一致,是构建可靠机器学习流水线的理想选择。

使用场景

某电商公司的数据科学团队利用 Spark 构建了复杂的用户流失预测管道,急需将其部署到高频调用的实时推荐系统中。

没有 mleap 时

  • 环境依赖沉重:生产服务必须安装完整的 Spark 集群或庞大的 Python 科学计算库(如 numpy、pandas),导致容器镜像体积巨大且启动缓慢。
  • 推理延迟过高:每次预测都需要初始化沉重的 Spark Context 或加载重型解释器,无法满足毫秒级的实时响应需求。
  • 运维一致性风险:训练环境(Spark/Scikit-learn)与推理环境版本难以严格对齐,常因依赖冲突导致“训练正常但上线报错”的诡异问题。
  • 资源浪费严重:为了运行简单的模型推理,不得不维持高配置的计算节点,造成昂贵的算力闲置与浪费。

使用 mleap 后

  • 轻量级独立运行:通过 mleap 将管道序列化为通用的 Bundle.ML 格式,仅需轻量级的 JVM 运行时即可执行,彻底摆脱对 Spark 和 Python 环境的依赖。
  • 毫秒级低延迟:mleap 原生执行引擎直接加载序列化模型,去除了框架启动开销,将单次预测耗时从秒级降低至毫秒级。
  • 训练推理强一致:利用 mleap 提供的奇偶性测试(parity tests),确保生产环境的推理结果与 Spark/Scikit-learn 训练结果完全一致,消除上线隐患。
  • 架构灵活解耦:支持 JSON 或 Protobuf 等多种序列化格式,模型可轻松嵌入现有的微服务架构中,大幅降低基础设施维护成本。

mleap 成功打通了从复杂大数据训练到高性能生产推理的“最后一公里”,让机器学习管道真正实现了便携、高效且一致的落地。

运行环境要求

操作系统
  • 未说明
GPU

不需要 GPU

内存

未说明

依赖
notesMLeap 是一个基于 JVM 的机器学习管道序列化和执行引擎,主要用于将 Spark ML 和 Scikit-learn 模型导出为便携格式并在无需原始框架依赖(如 SparkContext, sklearn 等)的环境下运行。核心执行引擎由 Scala 编写,支持 JSON 和 Protobuf 序列化格式。不同版本的 MLeap 对 Spark、Scala、Java 和 Python 的版本有严格对应关系,部署时需参考兼容性矩阵选择合适版本。
python3.9 - 3.13 (对应 MLeap 0.24.0 版本)
Spark 4.0.1
Scala 2.13.16
Java 17
XGBoost 2.0.3
TensorFlow 2.10.1
Scikit-learn
Pandas
Numpy
mleap hero image

快速开始

MLeap Logo

Gitter Build Status Maven Central

部署机器学习数据管道和算法不应是一项耗时或困难的任务。MLeap 使数据科学家和工程师能够将来自 Spark 和 Scikit-learn 的机器学习管道转换为可移植的格式,并在执行引擎中运行。

文档

文档可在 https://combust.github.io/mleap-docs/ 找到。

阅读 序列化 Spark ML 管道并使用 MLeap 进行评分,以全面了解其功能。

简介

借助 MLeap 执行引擎和序列化格式,我们提供了一个高性能、可移植且易于集成的生产级库,用于机器学习数据管道和算法。

为了实现可移植性,我们的软件基于 JVM 构建,并仅使用广泛采用的序列化格式。

我们还提供了与现有技术的高度集成。

本项目的三个主要目标是:

  1. 允许研究人员、数据科学家和工程师继续使用 Spark 和 Scikit-learn 构建数据管道并训练算法。
  2. 通过提供 ML 管道在通用框架(Bundle.ML)之间的序列化和反序列化能力,扩展 Spark、Scikit 和 TensorFlow 的功能。
  3. 使用 MLeap Runtime 执行您的管道和算法,而无需依赖 Spark 或 Scikit(numpy、pandas 等)。

概述

  1. 核心执行引擎用 Scala 实现。
  2. 支持 Spark、PySpark 和 Scikit-Learn。
  3. 可以使用 Scikit-learn 或 Spark 导出模型,并使用 MLeap Runtime 执行,而无需依赖 Spark 上下文或 sklearn/numpy/pandas 等。
  4. 提供两种可移植的序列化格式(JSON、Protobuf)供选择。
  5. 您可以实现自己的自定义数据类型和转换器,用于 MLeap 数据框和转换器管道。
  6. 测试覆盖率高,对 Spark 和 MLeap 管道进行了完全一致的测试。
  7. 可选的 Spark 转换器扩展,用于扩展 Spark 的默认转换器功能。
统一运行时

依赖兼容性矩阵

除了以下列出的版本外,其他版本也可能适用(尤其是较新的 Java 版本用于 JRE),但这些是经过 mleap 测试的配置。

MLeap 版本 Spark 版本 Scala 版本 Java 版本 Python 版本 XGBoost 版本 Tensorflow 版本
0.24.0 4.0.1 2.13.16 17 3.9 - 3.13 2.0.3 2.10.1
0.23.4 3.4.4 2.12.18 11 3.7 - 3.12 1.7.6 2.10.1
0.23.3 3.4.0 2.12.18 11 3.7, 3.8 1.7.6 2.10.1
0.23.2 3.4.0 2.12.18 11 3.7, 3.8 1.7.6 2.10.1
0.23.1 3.4.0 2.12.18 11 3.7, 3.8 1.7.6 2.10.1
0.23.0 3.4.0 2.12.13 11 3.7, 3.8 1.7.3 2.10.1
0.22.0 3.3.0 2.12.13 11 3.7, 3.8 1.6.1 2.7.0
0.21.1 3.2.0 2.12.13 11 3.7 1.6.1 2.7.0
0.21.0 3.2.0 2.12.13 11 3.6, 3.7 1.6.1 2.7.0
0.20.0 3.2.0 2.12.13 8 3.6, 3.7 1.5.2 2.7.0
0.19.0 3.0.2 2.12.13 8 3.6, 3.7 1.3.1 2.4.1
0.18.1 3.0.2 2.12.13 8 3.6, 3.7 1.0.0 2.4.1
0.18.0 3.0.2 2.12.13 8 3.6, 3.7 1.0.0 2.4.1
0.17.0 2.4.5 2.11.12, 2.12.10 8 3.6, 3.7 1.0.0 1.11.0

设置

使用 Maven 或 SBT 链接

SBT

libraryDependencies += "ml.combust.mleap" %% "mleap-runtime" % "0.24.0"

Maven

<dependency>
    <groupId>ml.combust.mleap</groupId>
    <artifactId>mleap-runtime_2.13</artifactId>
    <version>0.24.0</version>
</dependency>

对于 Spark 集成

SBT

libraryDependencies += "ml.combust.mleap" %% "mleap-spark" % "0.24.0"

Maven

<dependency>
    <groupId>ml.combust.mleap</groupId>
    <artifactId>mleap-spark_2.13</artifactId>
    <version>0.24.0</version>
</dependency>

PySpark 集成

PyPI 安装 MLeap:

$ pip install mleap

使用该库

更多完整示例,请参阅我们的另一个 Git 仓库:MLeap Demos

创建并导出 Spark 管道

第一步是在 Spark 中创建我们的管道。在本示例中,我们将手动构建一个简单的 Spark ML 管道。

import ml.combust.bundle.BundleFile
import ml.combust.mleap.spark.SparkSupport._
import org.apache.spark.ml.Pipeline
import org.apache.spark.ml.bundle.SparkBundleContext
import org.apache.spark.ml.feature.{Binarizer, StringIndexer}
import org.apache.spark.sql._
import org.apache.spark.sql.functions._
import scala.util.Using

  val datasetName = "./examples/spark-demo.csv"

  val dataframe: DataFrame = spark.sqlContext.read.format("csv")
    .option("header", true)
    .load(datasetName)
    .withColumn("test_double", col("test_double").cast("double"))

  // 按照常规方式使用 Spark 自带的转换器
  val stringIndexer = new StringIndexer().
    setInputCol("test_string").
    setOutputCol("test_index")

  val binarizer = new Binarizer().
    setThreshold(0.5).
    setInputCol("test_double").
    setOutputCol("test_bin")

  val pipelineEstimator = new Pipeline()
    .setStages(Array(stringIndexer, binarizer))

  val pipeline = pipelineEstimator.fit(dataframe)

  // 然后序列化管道
  val sbc = SparkBundleContext().withDataset(pipeline.transform(dataframe))
  Using(BundleFile("jar:file:/tmp/simple-spark-pipeline.zip")) { bf =>
    pipeline.writeBundle.save(bf)(sbc).get
  }

用于训练的数据集可以在 这里 找到。

Spark 管道并不适合在 Spark 外部运行。它们需要一个 DataFrame 和一个 SparkContext 才能运行。这些数据结构和库在项目中引入时会带来较大的开销。而借助 MLeap,执行管道不再依赖于 Spark。MLeap 的依赖项非常轻量,并且我们使用高效的数据结构来执行您的机器学习管道。

PySpark 集成

在您的 PySpark 作业中导入 MLeap 库:

import mleap.pyspark
from mleap.pyspark.spark_support import SimpleSparkSerializer

更多内容请参阅 PySpark 集成的 python/README.md

创建并导出 Scikit-learn 管道

import pandas as pd

from mleap.sklearn.pipeline import Pipeline
from mleap.sklearn.preprocessing.data import FeatureExtractor, LabelEncoder, ReshapeArrayToN1
from sklearn.preprocessing import OneHotEncoder

data = pd.DataFrame(['a', 'b', 'c'], columns=['col_a'])

categorical_features = ['col_a']

feature_extractor_tf = FeatureExtractor(input_scalars=categorical_features, 
                                         output_vector='imputed_features', 
                                         output_vector_items=categorical_features)

# x1 标签的标签编码器
label_encoder_tf = LabelEncoder(input_features=feature_extractor_tf.output_vector_items,
                               output_features='{}_label_le'.format(categorical_features[0]))

# 将标签编码器的输出重塑为 N×1 数组
reshape_le_tf = ReshapeArrayToN1()

# x1 one-hot 编码器的向量组装器
one_hot_encoder_tf = OneHotEncoder(sparse=False)
one_hot_encoder_tf.mlinit(prior_tf = label_encoder_tf, 
                          output_features = '{}_label_one_hot_encoded'.format(categorical_features[0]))

one_hot_encoder_pipeline_x0 = Pipeline([
                                         (feature_extractor_tf.name, feature_extractor_tf),
                                         (label_encoder_tf.name, label_encoder_tf),
                                         (reshape_le_tf.name, reshape_le_tf),
                                         (one_hot_encoder_tf.name, one_hot_encoder_tf)
                                        ])

one_hot_encoder_pipeline_x0.mlinit()
one_hot_encoder_pipeline_x0.fit_transform(data)
one_hot_encoder_pipeline_x0.serialize_to_bundle('/tmp', 'mleap-scikit-test-pipeline', init=True)

# array([[ 1.,  0.,  0.],
#        [ 0.,  1.,  0.],
#        [ 0.,  0.,  1.]])

使用 MLeap 加载并转换

由于我们将 Spark 和 Scikit-learn 管道导出为标准格式,因此在本节中,我们可以使用之前步骤中保存的 Spark 训练的管道或 Scikit-learn 管道来演示 MLeap 的用法。选择权在您!

import ml.combust.bundle.BundleFile
import ml.combust.mleap.runtime.MleapSupport._
import scala.util.Using
// 加载我们在上一节中保存的 Spark 管道
val bundle = Using(BundleFile("jar:file:/tmp/simple-spark-pipeline.zip"))) { bundleFile =>
  bundleFile.loadMleapBundle().get
}).opt.get

// 创建一个简单的 LeapFrame 进行转换
import ml.combust.mleap.runtime.frame.{DefaultLeapFrame, Row}
import ml.combust.mleap.core.types._

// MLeap 广泛使用类似 Try 的单子类型
val schema = StructType(StructField("test_string", ScalarType.String),
  StructField("test_double", ScalarType.Double)).get
val data = Seq(Row("hello", 0.6), Row("MLeap", 0.2))
val frame = DefaultLeapFrame(schema, data)

// 使用我们的管道转换数据框
val mleapPipeline = bundle.root
val frame2 = mleapPipeline.transform(frame).get
val data2 = frame2.dataset

// 从转换后的行中获取数据并进行一些断言
assert(data2(0).getDouble(2) == 1.0) // 字符串索引器的输出
assert(data2(0).getDouble(3) == 1.0) // 二值化器的输出

// 第二行
assert(data2(1).getDouble(2) == 2.0)
assert(data2(1).getDouble(3) == 0.0)

文档

如需更多文档,请参阅我们的 文档,您可以在其中学习如何:

  1. 实现可与 Spark、MLeap 和 Scikit-learn 兼容的自定义转换器。
  2. 实现可用于 Spark 和 MLeap 管道的自定义数据类型。
  3. 使用优化的基于行的转换器以极快的速度进行转换。
  4. 将 MLeap 数据帧序列化为多种格式,如 avro、json 和自定义二进制格式。
  5. 为 MLeap 数据帧实现新的序列化格式。
  6. 通过多个使用真实世界数据创建预测性管道的演示管道进行实践。
  7. 支持的 Spark 转换器。
  8. 支持的 Scikit-learn 转换器。
  9. MLeap 提供的自定义转换器。

贡献

  • 编写文档。
  • 为有趣的机器学习问题编写教程或操作指南。
  • 贡献来自 Spark 的估计器或转换器。
  • 在贵公司使用 MLeap,并告诉我们您的想法。
  • 在 GitHub 上提出功能请求或报告 bug。
  • 为现有的功能请求或 bug 报告提交拉取请求。
  • 参与讨论如何将 MLeap 作为依赖项集成到 Spark 中。请在 Gitter 上与我们交流(请参阅 README.md 顶部的链接)。

构建

请确保您已安装 sbt 1.9.3、Java 11 和 Scala 2.12.18。

  1. 初始化 Git 子模块:git submodule update --init --recursive
  2. 运行 sbt compile

感谢

感谢 Swoop 对 XGboost 集成的支持。

贡献者信息

历史贡献者

许可证

请参阅本仓库中的 LICENSE 和 NOTICE 文件。

版权所有 © 20 Combust, Inc.

本软件依照 Apache License, Version 2.0(“许可证”)授权使用; 除非符合该许可证的规定,否则不得使用本文件。 您可以在以下网址获取许可证的副本:

http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0

除非适用法律要求或各方另有书面约定,否则本软件以“AS IS”基础分发, 不提供任何形式的明示或默示担保或条件。有关具体权限和限制,请参阅许可证文本。

版本历史

v0.24.02026/03/10
v0.23.42026/01/12
v0.23.32024/11/27
v0.23.22024/11/27
v0.23.12023/11/14
v0.23.02023/06/23
v0.22.02023/02/24
v0.21.12022/12/22
v0.21.02022/12/16

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