Baseline-Profile – Übersicht

Mit Baseline-Profilen wird die Codeausführungsgeschwindigkeit beim ersten Start um etwa 30% verbessert, da Interpretations- und Just-in-Time-Kompilierungs-Schritte für enthaltene Codepfade vermieden werden.

Wenn Sie ein Baseline-Profil in einer App oder Bibliothek bereitstellen, kann die Android-Laufzeit (ART) bestimmte Codepfade durch Ahead-of-Time-Kompilierung (AOT) optimieren. So wird die Leistung für jeden neuen Nutzer und bei jedem App-Update verbessert. Mit dieser profilgesteuerten Optimierung (Profile Guided Optimization, PGO) können Apps den Start optimieren, Ruckeln bei Interaktionen reduzieren und die allgemeine Laufzeitleistung für Nutzer ab dem ersten Start verbessern.

Diese Leistungsverbesserungen führen direkt zu besseren Geschäftsmesswerten wie Nutzerbindung, Transaktionen und Bewertungen. Weitere Informationen dazu, wie sich die Leistung auf Unternehmensmesswerte auswirkt, finden Sie in den Beiträgen von Josh, Lyft, TikTok und Zomato.

Vorteile von Baseline-Profilen

Mit Baseline-Profilen kann Code bei wichtigen Nutzerinteraktionen vorkompiliert werden, z. B. beim Starten der App, beim Navigieren zwischen Bildschirmen oder beim Scrollen durch Inhalte. Dadurch laufen diese Interaktionen von Anfang an flüssiger ab. Durch die Erhöhung der Geschwindigkeit und Reaktionsfähigkeit einer App können Baseline Profiles zu mehr täglich aktiven Nutzern und einer höheren durchschnittlichen Rückkehrrate führen.

Baseline-Profile helfen, die Optimierung über den App-Start hinaus zu lenken, indem sie gängige Nutzerinteraktionen bereitstellen, die die App-Laufzeit ab dem ersten Start verbessern. Die geführte AOT Kompilierung ist nicht von Nutzergeräten abhängig und kann einmal pro Release auf einem Entwicklungscomputer anstelle eines Mobilgeräts durchgeführt werden. Wenn Releases mit einem Baseline-Profil ausgeliefert werden, sind App-Optimierungen viel schneller verfügbar als bei der Verwendung von Cloud-Profilen allein.

Wenn kein Baseline-Profil verwendet wird, wird der gesamte App-Code entweder nach der Interpretation im Arbeitsspeicher JIT-kompiliert oder im Hintergrund in eine odex Datei geschrieben, wenn das Gerät im Leerlauf ist. Nach der Installation oder Aktualisierung einer App ist die Nutzererfahrung ab der ersten Ausführung suboptimal, bis neue Codepfade optimiert sind. Viele Apps verzeichnen nach der Optimierung eine Leistungssteigerung von etwa 30 %.

Start-up-Profile

Startprofile ähneln Baseline-Profilen, werden aber zur Kompilierzeit verwendet, um das DEX-Layout für schnellere Startzeiten zu optimieren, anstatt für die Optimierung auf dem Gerät. Weitere Informationen dazu, wie sich Startprofile von Baseline-Profilen unterscheiden, finden Sie unter Baseline-Profile und Startprofile vergleichen. Weitere Informationen zur DEX-Layout-Optimierung finden Sie unter DEX-Layout-Optimierungen und Startprofile.

Erste Schritte

Informationen zum Optimieren der Leistung in Ihrer vorhandenen App finden Sie unter Baseline Profile erstellen.

Profilerstellung im Vergleich zu Release-Builds

Es ist wichtig, den Unterschied bei den Build-Konfigurationen zu verstehen, die erforderlich sind, wenn Sie Baseline- und Startprofil-Dateien (z. B. baseline-prof.txt und startup-prof.txt) generieren, im Vergleich zum Erstellen des endgültigen Release-APKs, in dem diese Profile verwendet werden.

Beim Generieren von Profildateien (z. B. benchmark):

Damit die generierten Profilregeln genau mit den Methodensignaturen Ihres Codes übereinstimmen, müssen Sie die Verschleierung und Optimierung (R8) für die Build-Variante deaktivieren, die für die Profilgenerierung verwendet wird. Diese Variante muss sich von Ihrer Release-Build-Variante unterscheiden, bei der Verschleierung und Optimierung aktiviert sind. Dazu legen Sie isMinifyEnabled = false für die Build-Variante zur Profilgenerierung fest. Wenn Sie das Baseline-Profil-Gradle-Plug-in nicht verwenden, sollten Sie auch darauf achten, dass -dontobfuscate und -dontoptimize angewendet werden. Das Baseline-Profil-Gradle Plug-in übernimmt diese Konfiguration automatisch für Sie.

Beim Erstellen des APK für den endgültigen Release:

Für Ihren Release-Build sollte immer isMinifyEnabled = true festgelegt sein, damit Sie von Verschleierung, Minimierung und Optimierung profitieren können. R8 schreibt die Regeln aus Ihren nicht verschleierten Profildateien automatisch um, damit sie mit dem verschleierten und optimierten Code in Ihrem Release-APK übereinstimmen. Damit die DEX-Layoutoptimierung (durch Startprofile) effektiv ist, muss Ihre Release-App verschleiert sein und R8 mit allen aktivierten Optimierungen verwenden.

Empfohlene stabile Mindestversionen

Die Abhängigkeitskette bietet stabile und Entwicklungs-Release-Versionen. Verwenden Sie zum Generieren und Installieren eines Baseline-Profils die folgenden unterstützten Versionen oder höher des Android-Gradle-Plug-ins, der Macrobenchmark-Bibliothek und des Profilinstallationsprogramms. Diese Abhängigkeiten sind zu unterschiedlichen Zeiten erforderlich und arbeiten als Toolkette zusammen, um ein optimales Baseline-Profil zu ermöglichen.

• Android-Gradle-Plug-in: com.android.tools.build:8.0.0
• Macrobenchmark-Bibliothek: androidx.benchmark:benchmark-macro-junit4:1.4.1
• Profilinstallationsprogramm: androidx.profileinstaller:profileinstaller:1.4.1

Wir empfehlen, die neueste Version des Android-Gradle-Plug-ins zu verwenden, um Baseline-Profile zu erstellen und zu verwalten. Hier sind die wichtigsten Funktionen der verschiedenen Versionen des Android-Gradle-Plug-ins:

Einstellungen für variantenbezogene Profilquellen

Wenn Sie das Android Gradle-Plug-in (AGP) Version 8.0 für Anwendungen und AGP Version 8.3 für Bibliotheken verwenden, können Sie Baseline Profile-Regeln in einem dedizierten Quellsetverzeichnis platzieren. So können Sie die Einschränkungen eines einzelnen, festen Pfads (z. B. src/main/baseline-prof.txt) umgehen und mehrere Dateien verwenden.

Das erleichtert die Unterstützung von Varianten. Sie können separate Baseline-Profile definieren, die auf bestimmte Build-Varianten und -Typen zugeschnitten sind (z. B. mit Verzeichnissen wie src/variant/baselineProfiles/). So werden Leistungsoptimierungsregeln für jede einzelne Anwendungs- oder Bibliotheksbinärdatei präzise angewendet.

Beispiel für die Profilerstellung

Das folgende Beispiel zeigt eine Klasse zum Erstellen eines Baseline-Profils für den App-Start sowie mehrere Navigations- und Scrollereignisse mit der empfohlenen Macrobenchmark-Bibliothek:

class BaselineProfileGenerator {
    @get:Rule
    val baselineProfileRule = BaselineProfileRule()

    @Test
    fun appStartupAndUserJourneys() {
        baselineProfileRule.collect(packageName = PACKAGE_NAME) {
            uiAutomator {
                // App startup journey.
                startApp(PACKAGE_NAME)

                // Find and click elements using the new DSL
                onElement { textAsString() == "COMPOSE LAZYLIST" }.click()
                onElement { viewIdResourceName == "myLazyColumn" }.also {
                    it.fling(Direction.DOWN)
                    it.fling(Direction.UP)
                }
                pressBack()
            }
        }
    }
}

Weitere Informationen zur Verwendung der UI Automator-Bibliothek zum Automatisieren von Nutzerpfaden finden Sie unter Automatisierte Tests mit UI Automator schreiben.

Diesen Code können Sie im vollständigen Kontext und mit weiteren Details in unseren Leistungsbeispielen auf GitHub ansehen.

Inhalte

Wenn Sie Baseline-Profile in einer App verwenden, können Sie App-Startcode und gängige Nutzerinteraktionen wie die Navigation zwischen Bildschirmen oder das Scrollen einbeziehen. Sie können auch ganze Abläufe wie Registrierung, Anmeldung oder Zahlung erfassen. Alle Nutzerpfade, die Sie als kritisch betrachten, können von Baseline-Profilen profitieren, da ihre Laufzeitleistung verbessert wird.

Wenn Sie mit verschiedenen Ansätzen zur Leistungsverbesserung experimentieren, sollten Sie Baseline-Profile für beide Testverzweigungen einbeziehen. So können Sie Ihre Ergebnisse leichter interpretieren, da alle Nutzer einheitlich kompilierten Code ausführen.

Bibliotheken können eigene Baseline-Profile bereitstellen und mit Releases ausliefern, um die App-Leistung zu verbessern. Ein Beispiel finden Sie im Abschnitt Baseline-Profil verwenden unter Jetpack Compose-Leistung.

Funktionsweise von Baseline-Profilen

Beim Entwickeln Ihrer App oder Bibliothek sollten Sie Baseline-Profile definieren, die gängige Nutzerinteraktionen abdecken, bei denen Renderingzeit oder Latenz wichtig sind. So funktionieren sie:

1. Für Ihre App werden für Menschen lesbare Profilregeln generiert und in der App in binäre Form kompiliert. Sie finden sie unter assets/dexopt/baseline.prof. Anschließend können Sie das Android App Bundle (AAB) wie gewohnt bei Google Play hochladen.

2. Google Play verarbeitet das Profil und liefert es zusammen mit dem APK direkt an die Nutzer. Während der Installation führt ART eine AOT-Kompilierung der Methoden in dem Profil durch, wodurch diese Methoden schneller ausgeführt werden. Wenn das Profil Methoden enthält, die beim App-Start oder beim Frame-Rendering verwendet werden, können Nutzer schnellere Startzeiten und weniger Verzögerungen feststellen.

3. Dieser Ablauf wird mit der Aggregation von Cloud-Profilen kombiniert, um die Leistung basierend auf der tatsächlichen Nutzung der App im Laufe der Zeit zu optimieren.

Baseline-Profile und Startup-Profile vergleichen

Sie verwenden das Baseline Profile Gradle-Plug-in, um Profildateien zu definieren und zu erstellen. Dieses Plug-in wird in den Build-Prozess eingebunden und das AGP kompiliert diese für Menschen lesbaren Profilregeln in ein Binärformat, das als baseline.prof im APK oder AAB verpackt ist und von ART effektiv für die On-Device-Kompilierung verwendet werden kann, sofern es kleiner als 1,5 MB ist.

Die erstellten Profildateien heißen in der Regel startup-prof.txt und baseline-prof.txt. Die Inhalte ähneln sich zwar manchmal, insbesondere wenn Sie sich hauptsächlich auf den Start konzentrieren, sie haben aber unterschiedliche Zwecke und beeinflussen die Leistung in verschiedenen Phasen:

Baseline-Profil

Die Baseline Profile-Datei enthält eine umfassende Reihe von Regeln, die von der Android-Laufzeit (ART) verwendet werden, um häufig verwendete Codepfade vorzukompilieren. Dadurch wird die App-Leistung nicht nur beim Start optimiert.

Die Baseline Profile-Datei ist in der Regel eine Obermenge der Regeln in Ihrem Startup Profile. Diese Datei enthält alle Regeln, die für die Optimierung des App-Starts erforderlich sind (generiert über die Gradle-Aufgabe baselineProfile), sowie zusätzliche Profile für andere wichtige Nutzeraktionen. Dazu gehören beispielsweise das Scrollen und das Navigieren auf verschiedenen Bildschirmen.

Diese zusätzlichen Regeln, die nicht für den Start gelten, werden unabhängig vom Wert des Konfigurationsfelds includeInStartupProfile generiert.

Start-up-Profil

Die Datei „Startup Profile“ enthält Regeln, die speziell für den Startpfad Ihrer App optimiert sind. Während der Kompilierung konvertiert D8 den Java-Bytecode in das DEX-Format. R8 verwendet diese Datei dann, um das Layout Ihrer DEX-Dateien zu beeinflussen. So wird dafür gesorgt, dass kritischer Startcode in der primären DEX-Datei platziert wird, um die Ausführung zu beschleunigen. Sie sollten includeInStartupProfile in der Regel nur für Testszenarien, die für die erste Anzeige der App unerlässlich sind, auf true setzen. Weitere Informationen finden Sie unter Startup-Profile erstellen.

Cloud-Profile

Cloud-Profile bieten zusammen mit Baseline Profilen eine zusätzliche Form der profilgestützten Optimierung (Profile Guided Optimization, PGO). Sie werden von Google Play Store aggregiert und für die Kompilierung zur Installationszeit verteilt.

Cloud-Profile basieren auf realen Nutzerinteraktionen mit der App. Es dauert jedoch mehrere Stunden bis Tage, bis sie nach einem Update verteilt werden, was ihre Verfügbarkeit einschränkt. Bis die Profile vollständig verteilt sind, ist die App-Leistung für Nutzer neuer oder aktualisierter Apps suboptimal. Außerdem werden Cloud Profile nur auf Android-Geräten mit Android 9 (API-Level 28) oder höher unterstützt und skalieren nur gut für Apps mit einer ausreichend großen Nutzerbasis.

Kompilierungsverhalten in verschiedenen Android-Versionen

Android-Plattformversionen verwenden unterschiedliche Ansätze zur App-Kompilierung, die jeweils mit einem entsprechenden Leistungs-Trade-off verbunden sind. Baseline-Profile verbessern die bisherigen Kompilierungsmethoden, da sie ein Profil für alle Installationen bereitstellen.

Bekannte Probleme

Im Folgenden finden Sie mögliche Probleme und Lösungen oder Probleme, für die derzeit Problemumgehungen entwickelt werden:

• Die Generierung von Baseline-Profilen kann aufgrund von Berechtigungseinstellungen auf einigen Geräten, einschließlich OnePlus-Geräten, fehlschlagen. Um dieses Problem zu umgehen, deaktivieren Sie die Option Berechtigungsüberwachung deaktivieren in den Einstellungen der Entwickleroptionen.

• Die Generierung von Baseline-Profilen wird auf Firebase Test Lab-Geräten nicht unterstützt, einschließlich Gradle-verwalteter Test Lab-Geräte (Problem #285187547).

• Um Baseline-Profile für Bibliotheken erfolgreich bereitzustellen, verwenden Sie mindestens das Baseline-Profil-Gradle-Plug-in 1.2.3 oder das Android-Gradle-Plug-in 8.3 (Problem #313992099).

• Wenn Sie Baseline-Profile mit dem Befehl ./gradlew app:generateBaselineProfile generieren, werden auch die Benchmarks im Testmodul ausgeführt und die Ergebnisse verworfen. In diesem Fall können Sie nur die Baseline-Profile generieren, indem Sie den Befehl mit -P android.testInstrumentationRunnerArguments.androidx.benchmark.enabledRules=BaselineProfile ausführen. Dieses Problem wurde im Android-Gradle-Plug-in 8.2 behoben.

• Der Befehl zum Generieren von Baseline-Profilen für alle Build-Typen – ./gradlew app:generateBaselineProfile – generiert nur Baseline-Profile für den Release-Build-Typ. Dieses Problem wurde im Android-Gradle-Plug-in 8.1 behoben.

• Nicht über den Google Play Store vertriebene Apps unterstützen möglicherweise nicht die Verwendung von Baseline-Profilen bei der Installation. Nutzer von Apps, die über diese Kanäle installiert wurden, sehen die Vorteile erst, wenn die Hintergrund-Dexoptimierung ausgeführt wird, was wahrscheinlich über Nacht geschieht.

• Die interne App-Freigabe im Play Store unterstützt keine Baseline-Profile, der interne Testtrack jedoch schon.

• Akkuoptimierungen auf einigen Geräten, z. B. Huawei-Geräten, können die Profilinstallation beeinträchtigen. Deaktivieren Sie alle Akkuoptimierungen auf Ihren Benchmark-Geräten, damit Ihre Profile effektiv installiert werden.

Zusätzliche Ressourcen

• DEX-Layoutoptimierungen und Startprofile
• App-Leistung mit Baseline-Profilen verbessern