Mllib机器学习工具包在Hadoop上的使用

         Hadoop是基于Java的数据计算平台，在我们公司得到了广泛应用。同样mllib也是我们算法组同学经常使用的一个机器学习工具包。但目前mllib工具包只提供了供C++程序调用的so链接库，没有可供java程序调用的jar包。由于这个需求有一定的普遍性，笔者将mllib做了进一步封装，并通过jni的方式把其封装成了可供java程序调用的接口。

1    结构示意图

2    对mllib的二次封装
        原始的mllib开发包对模型的处理（训练，加载，预测）都是per model的，对于每一个模型都需要写一些重复类似的代码。实际应用中我们的模型也一般都是多个的（分行业，或分类目来做），不太会只是用一个大而泛的模型。mllib没有提供一个类似于Manager的类来管理多个模型。所以笔者对mllib进行了二次封装，能够让大家比较方便的通过配置来管理多个模型，也让大家从需要了解mlllib最底层的接口中解放出来。
封装的Manager类：

class MlrManager
{
public:
    MlrManager();
    virtual ~MlrManager();
    //提供的两个接口
    //初始化函数，输入为配置文件，以配置文件为驱动来加载模型
    bool Init(const char* pConf);
    //预测函数，输入为特征数组和模型编号，输出为预测分数
    feature_t CalMlrScore(std::vector<feature_t>&amp;amp;amp; vecFeatures,int nModel);
private:
    feature_t GetMlrScore(std::vector<feature_t>&amp;amp;amp; vecFeatures,mllib::MlModel* pModel,ENUM_MODEL_TYPE enumModelType);
private:
    std::vector<mllib::MlModel*> m_vecModels;
    int m_nTotalModelNum;
    int m_nDefaultModelNum;
    ENUM_MODEL_TYPE m_enumModelType;
    mllib::MlModelManager m_modelManager;
};

MlrManager类被封装到了libMlrManagerJni.so链接库中，可供其它C++程序使用。
配置文件说明：

[PATH]
//设置root目录，后面的模型文件只需要指定相对这个root路径的相对路径即可
BASE_PATH = ./mlr_jni.tar/conf/
[MODEL]
//模型数目，指定了模型数目后，模型名就可以确定了：MODEL1 , MODEL2 .... MODEL${ TOTAL_MODEL_NUM }
TOTAL_MODEL_NUM = 4
//模型的类型（回归还是分类），不同的模型类型，预测时实现的方法是不一样的，一定要正确设置
#MODEL_TYPE = classification
MODEL_TYPE = regression
//指定具体某个模型使用的模型文件名称，不同的模型可以使用相同的模型文件。
MODEL1 = 1.model
MODEL2 = 2.model
MODEL3 = 3.model
MODEL4 = 3.model

MlrManager调用伪代码示例：

#include "MlrManager.h"
Main()
{
    MlrManager mlrMgr;
    mlrMgr.Init(confFile);
    vector<float> vecFeature(nFeatureSize);
    float fMlrScore = mlrMgr.CalMlrScore(vecFeature,1);
}

3    Jni封装成可供java调用的接口
3.1
封装后的java接口如下：

public class MlrManagerJni{
static {
    //load链接库libMlrManagerJni.so，如果找不到libMlrManagerJni.so，该类将初始化失败
    System.loadLibrary("MlrManagerJni");
}
    //接口初始化，输入为配置文件
    public native int mlr_init(String conf);
    //预测分数的接口，输入为特征字符串，特征分隔符，模型编号，输出为预测值
    public native float mlr_calc(String features,String spliter , int nModel);
    //释放接口
    public native int mlr_destroy();
｝

         具体如何封装的这里就不细说了，jni封装技术可以参考 （ http://www.searchtb.com/2010/12/how-to-run-jni-in-hadoop.html 如何在Hadoop集群运行jni程序），使用者也不用关心这个。下面介绍一下如何使用这个封装的接口。
3.2   开发阶段
把mlr_jni.tar包拷贝到开发机上，解压出来，解压后的目录结构如下：

conf/
conf/mlr.conf
conf/1.model
conf/2.model
……
conf/N.model
lib/
lib/ libMlrManagerJni.so
lib/ mlrmgrjni.jar

         conf目录包含了mlr.conf配置文件，和一系列模型文件*.model。
         lib目录包含了libMlrManagerJni.so，mlrmgrjni.jar两个文件，libMlrManagerJni.so是封装了原始mllib的C++接口，mlrmgrjni.jar是封装了libMlrManagerJni.so的java接口。
在Eclipse项目配置选项里把mlrmgrjni.jar加到classpath中。

MlrManagerJni调用伪代码示例：

import mlr.MlrManagerJni;
Mapper()
{
    private MlrManagerJni m_mlrJni = new MlrManagerJni();
    public void configure(JobConf job)
    {
        //初始化接口
        m_mlrJni.mlr_init("./mlr_jni.tar/conf/mlr.conf")
    }
    public void map(){
        //接口调用
        fMlrScore = m_mlrJni.mlr_calc(strFeatures, MlrManager.FEATURE_SPLITER , nModel );
    )
    public void close() {
        //释放接口
        if (m_mlrJni != null) {
            m_mlrJni.mlr_destroy();
            m_mlrJni = null;
        }
    }
}
Run()
{
    //设置 lava.library.path路径，通过这个路径可以找到libMlrManagerJni.so链接库，MlrManagerJni接口初始化的时候需要加载这个链接库
    conf.set("mapred.child.java.opts","-Djava.library.path=./mlr_jni.tar/lib");
    //也可以通过如下这个方式来设置
    //conf.set("java.library.path","./mlr_jni.tar/lib");
}

3.3   运行阶段
        在运行环境中，把mlr_jni.jar拷贝到运行环境，解压出来。使用者把自己的模型文件拷贝到conf目录下，在mlr.conf文件中修改好相关配置，然后把conf目录和lib目录重新打包成mlr_jni.tar包。（注意这里的包名mlr_jni.tar是可以变的，但必须和java程序中有两处第8行和第25行指定的包名是一致的）。
调用：

hadoop jar -libjars ./lib/mlrmgrjni.jar mainClass -archives mlr_jni.tar …

-libjars mlrmgrjni.jar选项会把mlrmgrjni.jar这个jar包添加到Mapreduce程序的java classpath中。
-archives mlr_jni.tar选项，Hadoop Distributed Cache的机制将会把这个jar包拷贝到每一个task node上，供MapReduce程序使用。这个选项等同于在hadoop程序中显示调用

DistributedCache.addCacheArchive(“hdfs:///group/tbsc-dev/yuanhan/mlr_jni.tar#mlr_jni.tar”,conf);

3.4   常见错误
1）  Caused by: java.lang.NoClassDefFoundError: mlr/MlrManagerJni       
java.lang.ClassNotFoundException: mlr.MlrManagerJni
原因：hadoop 命令行调用的时候没有加-libjars ./lib/mlrmgrjni.jar选项
2）  Caused by: java.lang.UnsatisfiedLinkError: no MlrManagerJni in java.library.path
        at java.lang.ClassLoader.loadLibrary(ClassLoader.java:1709)
原因：MlrManagerJni 接口初始化失败，不能加载libMlrManagerJni.so。
hadoop 命令行调用的时候没有加-archives mlr_jni.tar选项，可以在hadoop WebUI上看下job的xml配置文件，mapred.cache.archives选项是否包含mlr_jni.tar包，如下是一个包含了mlr_jni.tar包的例子：
mapred.cache.archives=hdfs://hdpnn:9000/home/hadoop/cluster-data/mapred/system/job_201012162127_130619/libjars/mlrmgrjni.jar,/home/hadoop/cluster-data/mapred/system/job_201012162127_130619/archives/mlr_jni.tar#mlr_jni.tar
还有可能是打mlr_jni.tar包的时候忘记把libMlrManagerJni.so文件放进lib目录中了。

BTW：相关工具包下载联系元涵本人~