本文檔詳細描述了我們?nèi)绾瓮ㄟ^流式處理（Streaming）來優(yōu)化大語言模型（LLM）的響應(yīng)，以提升用戶體驗。我們將通過代碼實現(xiàn)和性能對比，來展示流式處理的優(yōu)勢。

實際效果

先

1、問題背景

在傳統(tǒng)的請求-響應(yīng)模式中，客戶端向服務(wù)器發(fā)送一個請求，然后必須等待服務(wù)器完全處理完該請求并生成完整的響應(yīng)后，才能接收到數(shù)據(jù)。

對于 LLM 應(yīng)用來說，這意味著用戶在輸入問題后，需要等待模型生成完整的答案（可能需要幾十秒），這期間界面沒有任何反饋，用戶體驗較差。

2、解決方案：流式處理

為了解決這個問題，我們采用了流式處理技術(shù)。

其核心思想是，服務(wù)器不再一次性地返回完整的響應(yīng)，而是將響應(yīng)分割成多個小的數(shù)據(jù)塊（chunks），并逐個地、實時地發(fā)送給客戶端。

在我們的實現(xiàn)中，我們使用了 FastAPI 的 StreamingResponse，它允許我們創(chuàng)建一個異步生成器，該生成器可以持續(xù)地 yield 數(shù)據(jù)塊，直到響應(yīng)完全結(jié)束。

2.1. 后端實現(xiàn)

我們的后端實現(xiàn)主要涉及以下幾個部分：

• deepseek_chat_model.py：負責(zé)初始化 ChatDeepSeek 模型。
• llm_service.py：封裝了與 LLM 模型的交互。
• chat_router.py：定義了 FastAPI 路由和流式生成器。

src/llm/deepseek_chat_model.py

這個文件負責(zé)從配置文件中讀取 API 密鑰和基礎(chǔ) URL，并初始化 ChatDeepSeek 模型。

from langchain_deepseek import ChatDeepSeek
from src.configs.config import yaml_configs

def get_deepseek_llm():
    """
    Initializes and returns a ChatDeepSeek instance.
    """
    api_key = yaml_configs["deepseek"]["api-key"]
    base_url = yaml_configs["deepseek"]["base-url"]
    
    llm = ChatDeepSeek(
        model="deepseek-chat",
        temperature=0.2,
        max_tokens=None,
        api_key=api_key,
        base_url=base_url,
    )
    return llm
    ```
2.1.2. src/services/llm_service.py
這個服務(wù)類封裝了與 LLM 模型的交互，提供了 ainvoke（非流式）和 astream（流式）兩種方法。
```python
from langchain_core.language_models import BaseChatModel
from loguru import logger

class LLMService:
    def __init__(self, llm: BaseChatModel):
        logger.info("Initializing LLMService...")
        self.llm = llm
        logger.info("LLMService initialized.")

    async def ainvoke(self, prompt: str):
        logger.info(f"LLMService ainvoking with prompt: {prompt}")
        response = await self.llm.ainvoke(prompt)
        logger.info("LLMService ainvocation complete.")
        return response

    def astream(self, prompt: str):
        """Streams the response from the LLM."""
        logger.info(f"LLMService astreaming with prompt: {prompt}")
        return self.llm.astream(prompt)

src/routers/chat_router.py

這是我們的 FastAPI 路由，它定義了 /api/v1/chat 這個端點。它使用 Depends 來注入 LLMService，并通過一個異步生成器 stream_generator 來調(diào)用 LLMService 的 astream 方法，然后將返回的數(shù)據(jù)塊逐個地 yield 給客戶端。

from fastapi import APIRouter, Depends
from starlette.responses import StreamingResponse
from src.llm.deepseek_chat_model import get_deepseek_llm
from src.services.llm_service import LLMService

# ...

def get_llm_service():
    """Dependency to get a singleton instance of LLMService."""
    try:
        deepseek_model = get_deepseek_llm()
        return LLMService(llm=deepseek_model)
    except Exception as e:
        logger.error(f"Failed to initialize LLM service for dependency: {e}")
        return None

# ...

async def stream_generator(prompt: str, llm_service: LLMService):
    """Async generator that yields response chunks from the LLM stream."""
    # ...
    try:
        # Call the astream method on the service
        llm_stream = llm_service.astream(prompt)
        
        # Iterate over the stream and yield each chunk to the client
        async for chunk in llm_stream:
            if hasattr(chunk, 'content') and chunk.content:
                yield f"data: {chunk.content}\n\n"
    # ...

@router.post("/chat")
async def chat(request: ChatRequest, llm_service: LLMService = Depends(get_llm_service)):
    # ...
    return StreamingResponse(stream_wrapper(), media_type="text/event-stream")

2.2. yield 的作用：流式處理的核心

在我們的實現(xiàn)中，yield 關(guān)鍵字是實現(xiàn)流式處理的核心。它在兩個關(guān)鍵位置發(fā)揮作用：

在 stream_generator 中:

yield f"data: {chunk.content}\n\n"

在 StreamingResponse 中: FastAPI 在內(nèi)部處理 stream_wrapper 生成器時，也是通過 yield 來逐塊發(fā)送數(shù)據(jù)。

專業(yè)解釋

當(dāng)一個函數(shù)包含 yield 關(guān)鍵字時，它就不再是一個普通的函數(shù)，而是一個生成器（Generator）。

yield 在 stream_generator 中：

• 當(dāng)我們調(diào)用 stream_generator 時，它不會立即執(zhí)行函數(shù)體，而是返回一個生成器對象。
• async for chunk in llm_stream: 循環(huán)每次從 LLM 模型獲取一個數(shù)據(jù)塊（chunk）。

yield f"data: {chunk.content}\n\n" 

這行代碼的作用是：暫停函數(shù)的執(zhí)行，并將 f"data: {chunk.content}\n\n" 這個值作為當(dāng)前迭代的結(jié)果發(fā)送出去。

當(dāng)外部代碼（在這里是 stream_wrapper）請求下一個值時，stream_generator 會從上次暫停的地方恢復(fù)執(zhí)行，直到遇到下一個 yield 或函數(shù)結(jié)束。

StreamingResponse 如何使用 yield：

• FastAPI 的 StreamingResponse 接收一個生成器（在我們的例子中是 stream_wrapper）。
• 它在內(nèi)部迭代這個生成器。每當(dāng) stream_generator yield 一個數(shù)據(jù)塊時，StreamingResponse 就會立即將這個數(shù)據(jù)塊通過 HTTP 連接發(fā)送給客戶端，而不會等待整個響應(yīng)生成完畢。
• 這個過程會一直持續(xù)，直到生成器執(zhí)行完畢，此時 StreamingResponse 會關(guān)閉 HTTP 連接。
• 這個機制實現(xiàn)了服務(wù)器和客戶端之間的持續(xù)通信通道，數(shù)據(jù)可以源源不斷地從服務(wù)器流向客戶端。

通俗解釋

我們可以把這個過程比作看一場正在直播的足球比賽。

非流式處理（傳統(tǒng)方式）：

這就像是等待比賽結(jié)束后，一次性地觀看完整的比賽錄像。你必須等到終場哨聲吹響，電視臺把90分鐘的比賽全部錄制打包好，然后才能開始觀看。在等待的90分鐘里，你什么也看不到，只能干等。

流式處理（我們的實現(xiàn)）：

這就像是直接觀看電視直播。

• yield 在 stream_generator 中：可以看作是解說員。他不會等到比賽結(jié)束才說話，而是每當(dāng)有精彩瞬間（比如進球、犯規(guī)、換人），他就會立即 yield 一句解說詞（一個數(shù)據(jù)塊）。
• StreamingResponse：可以看作是電視臺。它不會把所有解說詞都攢起來，而是一旦收到解說員 yield 的一句話，就立刻通過電視信號（HTTP 連接）把它廣播給千家萬戶（客戶端）。
• 你（客戶端）：坐在電視機前，幾乎是實時地聽到解說員的每一句話，看到球場上的每一個動作。雖然整場比賽（完整的 LLM 響應(yīng)）還沒結(jié)束，但你已經(jīng)可以持續(xù)地獲取信息，體驗非常好。

通過這種方式，yield 就像一個聰明的“暫停-繼續(xù)”按鈕，它讓服務(wù)器能夠“邊說邊送”，而不是“說完再說”，從而實現(xiàn)了流暢的流式體驗。

2.3. 前端實現(xiàn)

在前端，我們可以使用 fetch API 或 EventSource API 來接收服務(wù)器發(fā)送的流式數(shù)據(jù)。

每當(dāng)接收到一個新的數(shù)據(jù)塊時，我們就可以立即將其追加到界面上，從而實現(xiàn)打字機一樣的效果。

3、性能對比：流式 vs. 非流式

為了量化流式處理的優(yōu)勢，我們編寫了一個 pytest 測試用例，分別測試了 invoke（非流式）和 stream（流式）兩種模式下的響應(yīng)時間。

test/services/test_deepseek_chat_model.py:

def test_deepseek_chat_model_invoke():
    # ...
    start_time = time.time()
    result = model.invoke(prompt)
    end_time = time.time()
    response_time = end_time - start_time
    logger.info(f"Invoke mode - Total response time: {response_time:.4f} seconds")
    # ...

def test_deepseek_chat_model_stream():
    # ...
    start_time = time.time()
    stream = model.stream(prompt)
    # ...
    for chunk in stream:
        if not first_chunk_received:
            time_to_first_chunk = time.time() - start_time
            logger.info(f"Stream mode - Time to first chunk: {time_to_first_chunk:.4f} seconds")
            first_chunk_received = True
        # ...
    total_stream_time = time.time() - start_time
    logger.info(f"Stream mode - Total response time: {total_stream_time:.4f} seconds")
    # ...

3.1. 測試結(jié)果

我們的測試結(jié)果非常清晰地展示了流式處理的優(yōu)勢：

非流式（Invoke）模式：

• 總響應(yīng)時間：7.31 秒

流式（Stream）模式：

• 首個數(shù)據(jù)塊響應(yīng)時間：1.03 秒
• 總響應(yīng)時間：30.93 秒

3.2. 結(jié)果分析

從測試結(jié)果中我們可以看到：

• 用戶感知延遲：在流式模式下，用戶在 1.03 秒 內(nèi)就看到了第一個數(shù)據(jù)塊，這給了用戶一個“系統(tǒng)正在工作”的即時反饋。而在非流式模式下，用戶需要等待 7.31 秒 才能看到任何內(nèi)容。
• 總響應(yīng)時間：流式處理的總時間（30.93 秒）比非流式處理（7.31 秒）要長。這是因為流式處理需要逐塊地生成和傳輸數(shù)據(jù)，而 invoke 模式則是一次性地在服務(wù)器端生成所有內(nèi)容。

總結(jié)

盡管流式處理的總時間更長，但它通過顯著降低首次響應(yīng)時間，極大地提升了用戶體驗。對于任何需要與 LLM 進行交互的應(yīng)用來說，流式處理都是一個必不可少的優(yōu)化手段。

以上為個人經(jīng)驗，希望能給大家一個參考，也希望大家多多支持腳本之家。

最新評論