【电影推荐系统】实时推荐

概览

技术方案：

• 日志采集服务：通过利用Flume-ng对业务平台中用户对于电影的一次评分行为进行采集，实时发送到Kafka集群。
• 消息缓冲服务：项目采用Kafka作为流式数据的缓存组件，接受来自Flume的数据采集请求。并将数据推送到项目的实时推荐系统部分。
• 实时推荐服务：项目采用Spark Streaming作为实时推荐系统，通过接收Kafka中缓存的数据，通过设计的推荐算法实现对实时推荐的数据处理，并将结构合并更新到MongoDB数据库。

1. 实现思路

我们应该如何实现？

1. 首先应该redis安装，这里存储用户的第K次评分（用户评分存入redis中）
2. 安装zookeeper，安装kafka，都是standlone模式
3. 测试Kafka与Spark Streaming 联调。Kafka生产一条数据，Spark Streaming 可以消费成功,并根据redis中的数据和MongoDB数据进行推荐，存入MongoDB中
4. 在业务系统写埋点信息，测试时写入本地文件，之后再远程测试写入云服务器log文件中
5. flume配置文件书写，kafka创建两个topic，对整个过程进行测试

2 环境准备

1.1 redis 安装

• redis安装redis安装
• 密码：123456
• 存入redis一些数据 lpush uid:1 mid:score
• redis 教程：教程

1.2 zookeeper单机版安装

• zookeeper安装：zookeeper安装
• 版本：3.7.1
• 遇到的坑：8080端口连接占用，我们需要在zoo.cpg文件中加上
  admin.serverPort=8001重新启动即可。

1.3 kafka单机安装

• kafka安装：官网下载地址
• 安装使用的为：127.0.0.1
• 启动kafka：kafka教程

bin/kafka-server-start.sh config/server.properties

• 创建一个topic

bin/kafka-topics.sh --create --zookeeper 127.0.0.1:2181 --replication-factor 1 --partitions 1 --topic recommender

• 生产一个消息

bin/kafka-console-producer.sh --broker-list 127.0.0.1:9092 --topic recommender

• 消费一个消息

bin/kafka-console-consumer.sh --bootstrap-server 127.0.0.1:9092 --topic recommender --from-beginning

3 测试kafka与spark streaming联调

• kafka版本：2.2.0
• spark版本：2.3.0
• 因此使用spark-streaming-kafka-0-10

1. 启动kafka，生产一条信息
2. 书写程序

// 定义kafka连接参数
    val kafkaParam = Map(
      "bootstrap.servers" -> "服务器IP:9092",
      "key.deserializer" -> classOf[StringDeserializer],
      "value.deserializer" -> classOf[StringDeserializer],
      "group.id" -> "recommender",
      "auto.offset.reset" -> "latest"
    )
    // 通过kafka创建一个DStream
    val kafkaStream = KafkaUtils.createDirectStream[String, String]( ssc,
      LocationStrategies.PreferConsistent,
      ConsumerStrategies.Subscribe[String, String]( Array(config("kafka.topic")), kafkaParam )
    )

    // 把原始数据UID|MID|SCORE|TIMESTAMP 转换成评分流
    // 1|31|4.5|
    val ratingStream = kafkaStream.map{
      msg =>
        val attr = msg.value().split("\\|")
        ( attr(0).toInt, attr(1).toInt, attr(2).toDouble, attr(3).toInt )
    }

3. 若是kafka报错，如果你同样也是云服务器，请注意kafka的配置信息（很重要！）

（1）解决方法：修改kafka配置文件，设置为设置listeners为内网ip，设置外网ip

• 解决方案修改内网ip

（2）重新启动，成功

• 内网外网分流：内网外网分流
• kafka入门教程：入门教程

4. redis报错：开启保护模式了，需要修改conf文件

效果

在kafka生产一个数据，可以在MongoDB中得到推荐的电影结果

4 后端埋点

前端进行评分后，触发click事件，后端进行测试埋点，利用log4j写入本地文件中。

4.1 本地测试

• log4j配置文件

log4j.rootLogger=INFO, file, stdout

# write to stdout
log4j.appender.stdout=org.apache.log4j.ConsoleAppender
log4j.appender.stdout.layout=org.apache.log4j.PatternLayout
log4j.appender.stdout.layout.ConversionPattern=%d{yyyy-MM-dd HH:mm:ss,SSS}  %5p --- [%50t]  %-80c(line:%5L)  :  %m%n


# write to file
log4j.appender.file=org.apache.log4j.RollingFileAppender
log4j.appender.FILE.Append=true
log4j.appender.FILE.Threshold=INFO
log4j.appender.file.File=F:/demoparent/business/src/main/log/agent.txt
log4j.appender.file.MaxFileSize=1024KB
log4j.appender.file.MaxBackupIndex=1
log4j.appender.file.layout=org.apache.log4j.PatternLayout
log4j.appender.file.layout.ConversionPattern=%d{yyyy-MM-dd HH:mm:ss,SSS}  %5p --- [%50t]  %-80c(line:%6L)  :  %m%n

• 埋点实现

//埋点日志
import org.apache.log4j.Logger;

// 关键代码
Logger log = Logger.getLogger(MovieController.class.getName());
log.info(MOVIE_RATING_PREFIX + ":" + uid +"|"+ mid +"|"+ score +"|"+ System.currentTimeMillis()/1000)

4.2 写入远程测试

1. Linux安装syslog服务，进行测试
2. 主机log4j配置文件设置服务器ip

• log4j配置：写入远程服务器

log4j.appender.syslog=org.apache.log4j.net.SyslogAppender
log4j.appender.syslog.SyslogHost= 服务器IP
log4j.appender.syslog.Threshold=INFO
log4j.appender.syslog.layout=org.apache.log4j.PatternLayout
log4j.appender.syslog.layout.ConversionPattern=%d{yyyy-MM-dd HH:mm:ss,SSS}  %5p --- [%20t]  %-130c:(line:%4L)  :   %m%n

5 flume配置

1. flume对接kafka：flume对接文件
2. flume设置source和sink，source为文件地址，sink为kafka的log

# log-kafka.properties
agent.sources = exectail
agent.channels = memoryChannel 
agent.sinks = kafkasink 
agent.sources.exectail.type = exec 
agent.sources.exectail.command = tail -f /project/logs/agent.log agent.sources.exectail.interceptors=i1 agent.sources.exectail.interceptors.i1.type=regex_filter agent.sources.exectail.interceptors.i1.regex=.+MOVIE_RATING_PREFIX.+ agent.sources.exectail.channels = memoryChannel


agent.sinks.kafkasink.type = org.apache.flume.sink.kafka.KafkaSink agent.sinks.kafkasink.kafka.topic = log agent.sinks.kafkasink.kafka.bootstrap.servers = 服务器地址:9092 agent.sinks.kafkasink.kafka.producer.acks = 1 agent.sinks.kafkasink.kafka.flumeBatchSize = 20 

agent.sinks.kafkasink.channel = memoryChannel
agent.channels.memoryChannel.type = memory
agent.channels.memoryChannel.capacity = 10000

6 实时推荐

ratingStream.foreachRDD{
  rdds => rdds.foreach{
    case (uid, mid, score, timestamp) => {
      println("rating data coming! >>>>>>>>>>>>>>>>")
      println(uid+",mid:"+mid)
      // 1. 从redis里获取当前用户最近的K次评分，保存成Array[(mid, score)]
      val userRecentlyRatings = getUserRecentlyRating( MAX_USER_RATINGS_NUM, uid, ConnHelper.jedis )
      println("用户最近的K次评分:"+userRecentlyRatings)
      // 2. 从相似度矩阵中取出当前电影最相似的N个电影，作为备选列表，Array[mid]
      val candidateMovies = getTopSimMovies( MAX_SIM_MOVIES_NUM, mid, uid, simMovieMatrixBroadCast.value )
      println("电影最相似的N个电影:"+candidateMovies)
      // 3. 对每个备选电影，计算推荐优先级，得到当前用户的实时推荐列表，Array[(mid, score)]
      val streamRecs = computeMovieScores( candidateMovies, userRecentlyRatings, simMovieMatrixBroadCast.value )
      println("当前用户的实时推荐列表:"+streamRecs)
      // 4. 把推荐数据保存到mongodb
      saveDataToMongoDB( uid, streamRecs )
    }
  }
}

def computeMovieScores(candidateMovies: Array[Int],
                       userRecentlyRatings: Array[(Int, Double)],
                       simMovies: scala.collection.Map[Int, scala.collection.immutable.Map[Int, Double]]): Array[(Int, Double)] ={
  // 定义一个ArrayBuffer，用于保存每一个备选电影的基础得分
  val scores = scala.collection.mutable.ArrayBuffer[(Int, Double)]()
  // 定义一个HashMap，保存每一个备选电影的增强减弱因子
  val increMap = scala.collection.mutable.HashMap[Int, Int]()
  val decreMap = scala.collection.mutable.HashMap[Int, Int]()

  for( candidateMovie <- candidateMovies; userRecentlyRating <- userRecentlyRatings){
    // 拿到备选电影和最近评分电影的相似度
    val simScore = getMoviesSimScore( candidateMovie, userRecentlyRating._1, simMovies )

    if(simScore > 0.7){
      // 计算备选电影的基础推荐得分
      scores += ( (candidateMovie, simScore * userRecentlyRating._2) )
      if( userRecentlyRating._2 > 3 ){
        increMap(candidateMovie) = increMap.getOrDefault(candidateMovie, 0) + 1
      } else{
        decreMap(candidateMovie) = decreMap.getOrDefault(candidateMovie, 0) + 1
      }
    }
  }
  // 根据备选电影的mid做groupby，根据公式去求最后的推荐评分
  scores.groupBy(_._1).map{
    // groupBy之后得到的数据 Map( mid -> ArrayBuffer[(mid, score)] )
    case (mid, scoreList) =>
      ( mid, scoreList.map(_._2).sum / scoreList.length + log(increMap.getOrDefault(mid, 1)) - log(decreMap.getOrDefault(mid, 1)) )
  }.toArray.sortWith(_._2>_._2)
}

7 启动顺序

1. 启动hadoop、spark的容器

• cd /docker
• docker-compose up -d
• docker-compose ps

2. 启动mongodb和redis服务

• netstat -lanp | grep "27017"
• bin/redis-server etc/redis.conf

3. 启动zookeeper、kafka服务

• ./zkServer.sh start
• bin/kafka-server-start.sh config/server.properties

4. 启动flume服务

• bin/flume-ng agent -c ./conf/ -f ./conf/log-kafka.properties -n agent

实现效果

前端评分成功后写入日志文件，flume对接log日志文件无问题，kafka对接flume无问题，spark streaming处理收到的一条数据，进行推荐，存入MongoDB中。

总结

由于时间匆忙，写的有些匆忙，如果有需要前端设计代码和后端的代码可以评论我，我整理整理发到github上。

前端设计部分没有时间去详细做，后续再对前端页面进行美化。本科当时整合了一个管理系统，现在也没有时间做，总之，一周多时间把当时的系统快速复现了下，算是一个复习。

在进行开发时，遇到许多问题，版本问题、服务器内网外网问题、docker容器相关问题、协同过滤算法设计问题，但帮着自己复习了下Vue和SpringBoot。

遇到问题时

• 遇到问题不应该盲目解决，应该静下心看看报错原因，想想为何报错
• 版本尤其重要，因此最好在一个project的pom设定版本
• 使用服务器搭建docker-compose，利用该方法来搭建集群，快速简单，但涉及的端口转发等一些网络知识需要耐下心来看
• Vue-Cli+Element-ui搭配起来开发简单
• 写程序时，我们应该提前约定好接口，否则后续会很混乱…

后续

• 后续将优化下前端页面，设计更多功能
• 改进推荐算法
• 增加冷启动方案