TRAIN_TO_SERVICE.md

# 使用PaddleServing快速搭建预测服务

Paddle Serving是Paddle的高性能在线预测服务框架，可以灵活支持大多数模型的部署。本文中将以IMDB评论情感分析任务为例通过5步展示从模型的训练到部署预测服务的全流程。

## Step1：准备环境

Paddle Serving可以部署在Centos和Ubuntu等Linux环境上，在其他系统上或者不希望安装serving模块的环境中仍然可以通过http服务来访问server端的预测服务。

可以根据需求和机器环境来选择安装cpu或gpu版本的server模块，在client端机器上安装client模块。当希望同http来访问server端

```shell
pip install paddle_serving_server #cpu版本server端
pip install paddle_serving_server_gpu #gpu版本server端
pip install paddle_serving_client #client端
```

简单准备后，我们将以IMDB评论情感分析任务为例，展示从模型训练到部署预测服务的流程。示例中的所有代码都可以在Paddle Serving代码库的[IMDB示例](https://github.com/PaddlePaddle/Serving/tree/develop/python/examples/imdb)中找到，示例中使用的数据和词典文件可以通过执行IMDB示例代码中的get_data.sh脚本得到。

## Step2：确定任务和原始数据格式

IMDB评论情感分析任务是对电影评论的内容进行二分类，判断该评论是属于正面评论还是负面评论。

首先我们来看一下原始的数据：

```
saw a trailer for this on another video, and decided to rent when it came out. boy, was i disappointed! the story is extremely boring, the acting (aside from christopher walken) is bad, and i couldn't care less about the characters, aside from really wanting to see nora's husband get thrashed. christopher walken's role is such a throw-away, what a tease! | 0
```

这是一条英文评论样本，样本中使用|作为分隔符，分隔符之前为评论的内容，分隔符之后是样本的标签，0代表负样本，即负面评论，1代表正样本，即正面评论。

## Step3：定义Reader，划分训练集、测试集

对于原始文本我们需要将它转化为神经网络可以使用的数字id。imdb_reader.py脚本中定义了文本id化的方法，通过词典文件imdb.vocab将单词映射为整形数。

```python
import sys
import os
import paddle
import re
import paddle.fluid.incubate.data_generator as dg


class IMDBDataset(dg.MultiSlotDataGenerator):
    def load_resource(self, dictfile):
        self._vocab = {}
        wid = 0
        with open(dictfile) as f:
            for line in f:
                self._vocab[line.strip()] = wid
                wid += 1
        self._unk_id = len(self._vocab)
        self._pattern = re.compile(r'(;|,|\.|\?|!|\s|\(|\))')
        self.return_value = ("words", [1, 2, 3, 4, 5, 6]), ("label", [0])

    def get_words_only(self, line):
        sent = line.lower().replace("<br />", " ").strip()
        words = [x for x in self._pattern.split(sent) if x and x != " "]
        feas = [
            self._vocab[x] if x in self._vocab else self._unk_id for x in words
        ]
        return feas

    def get_words_and_label(self, line):
        send = '|'.join(line.split('|')[:-1]).lower().replace("<br />",
                                                              " ").strip()
        label = [int(line.split('|')[-1])]

        words = [x for x in self._pattern.split(send) if x and x != " "]
        feas = [
            self._vocab[x] if x in self._vocab else self._unk_id for x in words
        ]
        return feas, label

    def infer_reader(self, infer_filelist, batch, buf_size):
        def local_iter():
            for fname in infer_filelist:
                with open(fname, "r") as fin:
                    for line in fin:
                        feas, label = self.get_words_and_label(line)
                        yield feas, label

        import paddle
        batch_iter = paddle.batch(
            paddle.reader.shuffle(
                local_iter, buf_size=buf_size),
            batch_size=batch)
        return batch_iter

    def generate_sample(self, line):
        def memory_iter():
            for i in range(1000):
                yield self.return_value

        def data_iter():
            feas, label = self.get_words_and_label(line)
            yield ("words", feas), ("label", label)

        return data_iter
```

映射之后的样本类似于以下的格式：

```
257 142 52 898 7 0 12899 1083 824 122 89527 134 6 65 47 48 904 89527 13 0 87 170 8 248 9 15 4 25 1365 4360 89527 702 89527 1 89527 240 3 28 89527 19 7 0 216 219 614 89527 0 84 89527 225 3 0 15 67 2356 89527 0 498 117 2 314 282 7 38 1097 89527 1 0 174 181 38 11 71 198 44 1 3110 89527 454 89527 34 37 89527 0 15 5912 80 2 9856 7748 89527 8 421 80 9 15 14 55 2218 12 4 45 6 58 25 89527 154 119 224 41 0 151 89527 871 89527 505 89527 501 89527 29 2 773 211 89527 54 307 90 0 893 89527 9 407 4 25 2 614 15 46 89527 89527 71 8 1356 35 89527 12 0 89527 89527 89 527 577 374 3 39091 22950 1 3771 48900 95 371 156 313 89527 37 154 296 4 25 2 217 169 3 2759 7 0 15 89527 0 714 580 11 2094 559 34 0 84 539 89527 1 0 330 355 3 0 15 15607 935 80 0 5369 3 0 622 89527 2 15 36 9 2291 2 7599 6968 2449 89527 1 454 37 256 2 211 113 0 480 218 1152 700 4 1684 1253 352 10 2449 89527 39 4 1819 129 1 316 462 29 0 12957 3 6 28 89527 13 0 457 8952 7 225 89527 8 2389 0 1514 89527 1
```

这样神经网络就可以将转化后的文本信息作为特征值进行训练。

## Step4：定义CNN网络进行训练并保存

接下来我们使用[CNN模型](https://www.paddlepaddle.org.cn/documentation/docs/zh/user_guides/nlp_case/understand_sentiment/README.cn.html#cnn)来进行训练。在nets.py脚本中定义网络结构如下。

```python
import sys
import time
import numpy as np

import paddle
import paddle.fluid as fluid

def cnn_net(data,
            label,
            dict_dim,
            emb_dim=128,
            hid_dim=128,
            hid_dim2=96,
            class_dim=2,
            win_size=3):
    """ conv net. """
    emb = fluid.layers.embedding(
        input=data, size=[dict_dim, emb_dim], is_sparse=True)

    conv_3 = fluid.nets.sequence_conv_pool(
        input=emb,
        num_filters=hid_dim,
        filter_size=win_size,
        act="tanh",
        pool_type="max")

    fc_1 = fluid.layers.fc(input=[conv_3], size=hid_dim2)

    prediction = fluid.layers.fc(input=[fc_1], size=class_dim, act="softmax")
    cost = fluid.layers.cross_entropy(input=prediction, label=label)
    avg_cost = fluid.layers.mean(x=cost)
    acc = fluid.layers.accuracy(input=prediction, label=label)

    return avg_cost, acc, prediction
```

使用训练样本进行训练，训练脚本为local_train.py

```python
import os
import sys
import paddle
import logging
import paddle.fluid as fluid

logging.basicConfig(format='%(asctime)s - %(levelname)s - %(message)s')
logger = logging.getLogger("fluid")
logger.setLevel(logging.INFO)

# 加载词典文件
def load_vocab(filename):
    vocab = {}
    with open(filename) as f:
        wid = 0
        for line in f:
            vocab[line.strip()] = wid
            wid += 1
    vocab["<unk>"] = len(vocab)
    return vocab


if __name__ == "__main__":
    from nets import cnn_net
    model_name = "imdb_cnn"
    vocab = load_vocab('imdb.vocab')
    dict_dim = len(vocab)
    
    #定义模型输入
    data = fluid.layers.data(
        name="words", shape=[1], dtype="int64", lod_level=1)
    label = fluid.layers.data(name="label", shape=[1], dtype="int64")
    #定义dataset，train_data为训练数据目录
    dataset = fluid.DatasetFactory().create_dataset()
    filelist = ["train_data/%s" % x for x in os.listdir("train_data")]
    dataset.set_use_var([data, label])
    pipe_command = "python imdb_reader.py"
    dataset.set_pipe_command(pipe_command)
    dataset.set_batch_size(128)
    dataset.set_filelist(filelist)
    dataset.set_thread(10)
    #定义模型
    avg_cost, acc, prediction = cnn_net(data, label, dict_dim)
    optimizer = fluid.optimizer.SGD(learning_rate=0.01)
    optimizer.minimize(avg_cost)
    #执行训练
    exe = fluid.Executor(fluid.CPUPlace())
    exe.run(fluid.default_startup_program())
    epochs = 6
		
    import paddle_serving_client.io as serving_io

    for i in range(epochs):
        exe.train_from_dataset(
            program=fluid.default_main_program(), dataset=dataset, debug=False)
        logger.info("TRAIN --> pass: {}".format(i))
        if i == 5:
            #在第6个epoch时使用PaddleServing中的模型保存接口保存出Serving所需的模型和配置文件
            serving_io.save_model("{}_model".format(model_name),
                                  "{}_client_conf".format(model_name),
                                  {"words": data}, {"prediction": prediction},
                                  fluid.default_main_program())
```

执行loca_train.py脚本会进行训练并在训练结束时保存模型和配置文件。保存的文件分为imdb_cnn_client_conf和imdb_cnn_model文件夹，前者包含client端的配置文件，后者包含server端的配置文件和保存的模型文件。

## Step5：部署预测服务

Paddle Serving框架支持两种预测服务方式，一种是通过RPC进行通信，一种是通过HTTP进行通信，下面将分别介绍这两种方式的部署方法。

### RPC预测服务

```shell
python -m paddle_serving_server.serve --model imdb_cnn_model/ --port 9292 #cpu预测服务
python -m paddle_serving_server_gpu.serve --model imdb_cnn_model/ --port 9292 --gpu_ids 0 #gpu预测服务
```

命令中参数--model 指定在之前保存的server端的模型和配置文件目录，--port指定预测服务的端口，当使用gpu版本部署gpu预测服务时可以使用--gpu_ids指定使用的gpu 。

执行完以上命令之一，就完成了IMDB 情感分析任务的RPC预测服务部署。

下面我们通过Python代码来访问RPC预测服务，脚本为test_client.py

```python
from paddle_serving_client import Client
from imdb_reader import IMDBDataset
import sys

client = Client()
client.load_client_config(sys.argv[1])
client.connect(["127.0.0.1:9292"])

#在这里复用了数据预处理部分的代码将原始文本转换成数字id
imdb_dataset = IMDBDataset()
imdb_dataset.load_resource(sys.argv[2])

for line in sys.stdin:
    word_ids, label = imdb_dataset.get_words_and_label(line)
    feed = {"words": word_ids}
    fetch = ["acc", "cost", "prediction"]
    fetch_map = client.predict(feed=feed, fetch=fetch)
    print("{} {}".format(fetch_map["prediction"][1], label[0]))
```

脚本从标准输入接收数据，并打印出样本预测为1的概率与真实的label。

使用方式如下：

```shell
cat test_data/part-0 | python test_client.py imdb_lstm_client_conf/serving_client_conf.prototxt imdb.vocab
```

使用test_data/part-0文件中的2084个样本测试，模型预测的准确率为64.25%。

### HTTP预测服务

使用HTTP预测服务时，client端不需要安装Paddle Serving的任何模块，仅需要能发送HTTP请求即可。当然HTTP的通信方式会相较于RPC的通信方式在通信阶段消耗更多的时间。

对于IMDB情感分析任务原始文本在预测之前需要进行预处理，在RPC预测服务中我们将预处理放在client的脚本中，而在HTTP预测服务中我们将预处理放在server端。Paddle Serving的HTTP预测服务框架为这种情况准备了数据预处理和后处理的接口，我们只要根据任务需要重写即可。

Serving提供了示例代码，通过执行[IMDB示例](https://github.com/PaddlePaddle/Serving/tree/develop/python/examples/imdb)中的imdb_web_service_demo.sh脚本来获取。

下面我们来看一下启动HTTP预测服务的脚本text_classify_service.py。

```python
from paddle_serving_server.web_service import WebService
from imdb_reader import IMDBDataset
import sys

#继承框架中的WebService类
class IMDBService(WebService):
    def prepare_dict(self, args={}):
        if len(args) == 0:
            exit(-1)
        self.dataset = IMDBDataset()
        self.dataset.load_resource(args["dict_file_path"])
        
		#重写preprocess方法来实现数据预处理，这里也复用了训练时使用的reader脚本
    def preprocess(self, feed={}, fetch=[]):
        if "words" not in feed:
            exit(-1)
        res_feed = {}
        res_feed["words"] = self.dataset.get_words_only(feed["words"])[0]
        return res_feed, fetch

#这里需要使用name参数指定预测服务的名称，
imdb_service = IMDBService(name="imdb")
imdb_service.load_model_config(sys.argv[1])
imdb_service.prepare_server(
    workdir=sys.argv[2], port=int(sys.argv[3]), device="cpu")
imdb_service.prepare_dict({"dict_file_path": sys.argv[4]})
imdb_service.run_server()
```

启动命令

```shell
python text_classify_service.py imdb_cnn_model/ workdir/ 9292 imdb.vocab
```

以上命令中参数1为保存的server端模型和配置文件，参数2为工作目录会保存一些预测服务工作时的配置文件，该目录可以不存在但需要指定名称，预测服务会自行创建，参数3为端口号，参数4为词典文件。

启动完HTTP预测服务，即可通过一行命令进行预测：

```
curl -H "Content-Type:application/json" -X POST -d '{"words": "i am very sad | 0", "fetch":["prediction"]}' http://127.0.0.1:9292/imdb/prediction
```