mleap
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
- 未说明
不需要 GPU
未说明

快速开始
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:
- 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。
- 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。
- 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
- 核心执行引擎用 Scala 实现。
- 支持 Spark、PySpark 和 Scikit-Learn。
- 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。
- 提供两种可移植的序列化格式(JSON、Protobuf)供选择。
- 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。
- 测试覆盖率高,对 Spark 和 MLeap 管道进行了完全一致的测试。
- 可选的 Spark 转换器扩展,用于扩展 Spark 的默认转换器功能。
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
从 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:
- 实现可与 Spark、MLeap 和 Scikit-learn 兼容的自定义转换器。
- 实现可用于 Spark 和 MLeap 管道的自定义数据类型。
- 使用优化的基于行的转换器以极快的速度进行转换。
- 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。
- 为 MLeap 数据帧实现新的序列化格式。
- 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。
- 支持的 Spark 转换器。
- 支持的 Scikit-learn 转换器。
- 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。
- 初始化 Git 子模块:
git submodule update --init --recursive - 运行
sbt compile
感谢
感谢 Swoop 对 XGboost 集成的支持。
贡献者信息
- Jason Sleight (jsleight)
- Talal Riaz (talalryz)
- Weichen Xu (WeichenXu123)
历史贡献者
- Hollin Wilkins (hollin@combust.ml)
- Mikhail Semeniuk (mikhail@combust.ml)
- Anca Sarb (sarb.anca@gmail.com)
- Ryan Vogan (rvogan@yelp.com)
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
v0.24.02026/03/10v0.23.42026/01/12v0.23.32024/11/27v0.23.22024/11/27v0.23.12023/11/14v0.23.02023/06/23v0.22.02023/02/24v0.21.12022/12/22v0.21.02022/12/16常见问题
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