Baseline-Profile – Übersicht

Durch Baseline-Profile 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 wie dem Starten der App, dem Navigieren zwischen Bildschirmen oder dem Scrollen durch Inhalte vorkompiliert werden. 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 bei der Optimierung über den App-Start hinaus, da sie gängige Nutzerinteraktionen enthalten, die die App-Laufzeit ab dem ersten Start verbessern. Die AOT-Kompilierung mit Anleitung ist nicht von Nutzergeräten abhängig und kann einmal pro Release auf einem Entwicklercomputer anstelle eines Mobilgeräts erfolgen. Wenn Sie Releases mit einem Baseline-Profil ausliefern, sind App-Optimierungen viel schneller verfügbar, als wenn Sie sich nur auf Cloud-Profile verlassen.

Wenn kein Baseline-Profil verwendet wird, wird der gesamte App-Code entweder JIT-kompiliert (Just-in-Time) im Arbeitsspeicher, nachdem er interpretiert wurde, oder in eine odex-Datei im Hintergrund geschrieben, wenn das Gerät im Leerlauf ist. Nach der Installation oder Aktualisierung einer App ist die Nutzererfahrung 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 jedoch 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-Layoutoptimierung finden Sie unter DEX-Layoutoptimierungen und Startprofile.

Erste Schritte

Informationen zum Optimieren der Leistung in Ihrer bestehenden 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 Startup-Profildateien (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 Profile Gradle-Plug-in nicht verwenden, sollten Sie auch darauf achten, dass -dontobfuscate und -dontoptimize angewendet werden. Das Baseline Profile Gradle-Plugin übernimmt diese Konfiguration automatisch für Sie.

Beim Erstellen des APK für den endgültigen Release:

Ihr Release-Build sollte immer isMinifyEnabled = true haben, damit Sie von der Verschleierung, Reduzierung und Optimierung profitieren. R8 schreibt die Regeln aus Ihren nicht verschleierten Profildateien automatisch so um, dass sie dem verschleierten und optimierten Code in Ihrem Release-APK entsprechen. Damit die DEX-Layoutoptimierung (basierend auf Startup-Profilen) effektiv ist, muss Ihre Release-App verschleiert sein und R8 mit allen aktivierten Optimierungen verwenden.

Empfohlene stabile Mindestversionen

Die Abhängigkeitskette bietet stabile und Entwicklungsversionen. Wenn Sie ein Baseline Profile generieren und installieren möchten, verwenden Sie 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 bilden zusammen eine Toolchain, 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 aktuelle Version von AGP zum Erstellen und Verwalten von Baseline-Profilen zu verwenden. Hier sind die wichtigsten Funktionen, die mit den verschiedenen Versionen von AGP verfügbar sind:

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 sind Sie nicht mehr auf einen einzelnen, festen Pfad (z. B. src/main/baseline-prof.txt) beschränkt und können 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 genau auf jede einzelne Anwendungs- oder Bibliotheksbinärdatei angewendet.

Beispiel für die Profilerstellung

Im Folgenden sehen Sie ein Beispiel für eine Klasse zum Erstellen eines Baseline-Profils für den App-Start sowie für mehrere Navigations- und Scroll-Ereignisse 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 Nutzeraktionen 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 Profiles in einer App verwenden, können Sie App-Startcode und häufige Nutzerinteraktionen wie die Navigation zwischen Bildschirmen oder das Scrollen einbeziehen. Sie können auch ganze Abläufe wie Registrierung, Anmeldung oder Zahlung erfassen. Alle Nutzeraktionen, die Sie als kritisch einstufen, können von Baseline Profiles profitieren, da sich dadurch die Laufzeitleistung verbessert.

Wenn Sie mit verschiedenen Ansätzen experimentieren, um die Leistung zu verbessern, sollten Sie Baseline-Profile für beide Testgruppen einbeziehen. So können Sie Ihre Ergebnisse leichter interpretieren, da alle Nutzer einheitlich kompilierten Code ausführen.

Bibliotheken können eigene Baseline-Profile bereitstellen und sie 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, um häufige Nutzerinteraktionen abzudecken, bei denen Rendering-Zeit oder Latenz wichtig sind. So funktioniert es:

1. Für Ihre App werden für Menschen lesbare Profilregeln generiert und in der App in binärer 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 sendet es zusammen mit dem APK direkt an die Nutzer. Während der Installation führt ART die AOT-Kompilierung der Methoden im Profil durch, wodurch diese Methoden schneller ausgeführt werden. Wenn das Profil Methoden enthält, die beim Starten der App oder beim Rendern von Frames verwendet werden, kann es sein, dass die App schneller startet und weniger Ruckeln auftritt.

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 lesbaren Profilregeln in ein Binärformat, das als baseline.prof im APK oder AAB verpackt ist.ART kann dieses Format effektiv für die On-Device-Kompilierung verwenden, sofern es kleiner als 1,5 MB ist.

Die erstellten Profildateien heißen in der Regel startup-prof.txt und baseline-prof.txt. Die Inhalte können manchmal ähnlich aussehen, insbesondere wenn Sie sich hauptsächlich auf den Start konzentrieren. Sie haben jedoch 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. Im Allgemeinen sollten Sie includeInStartupProfile nur für Testszenarien, die für die erste Anzeige der App unerlässlich sind, auf true festlegen. Weitere Informationen finden Sie unter Startup-Profile erstellen.

Cloud-Profile

Cloud-Profile bieten zusammen mit Baseline-Profilen eine zusätzliche Form von PGO, die von Google Play Store aggregiert und für die Kompilierung zur Installationszeit verteilt wird.

Cloud-Profile basieren zwar auf realen Nutzerinteraktionen mit der App, es dauert aber mehrere Stunden bis Tage, bis sie nach einem Update verteilt werden. Dadurch ist ihre Verfügbarkeit eingeschränkt. Bis 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 sind nur für Apps mit einer ausreichend großen Nutzerbasis geeignet.

Kompilierungsverhalten in verschiedenen Android-Versionen

Für Android-Plattformversionen werden unterschiedliche Ansätze für die App-Kompilierung verwendet, die jeweils mit einem entsprechenden Leistungsverlust einhergehen. Baseline-Profile sind eine Verbesserung gegenüber den bisherigen Kompilierungsmethoden, da sie ein Profil für alle Installationen bieten.

Bekannte Probleme

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

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

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

• Damit Baseline Profiles für Bibliotheken erfolgreich bereitgestellt werden können, müssen Sie mindestens das Baseline Profile Gradle-Plug-in 1.2.3 oder AGP 8.3 verwenden (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 in AGP 8.2 behoben.

• Mit dem Befehl zum Generieren von Baseline-Profilen für alle Build-Typen – ./gradlew app:generateBaselineProfile – werden nur Baseline-Profile für den Release-Build-Typ generiert. Dieses Problem wurde in AGP 8.1 behoben.

• Bei anderen als Google Play Store-Vertriebskanälen wird die Verwendung von Baseline-Profilen bei der Installation möglicherweise nicht unterstützt. 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 Track für interne Tests jedoch schon.

• Die Akkuoptimierung auf einigen Geräten, z. B. Huawei-Geräten, kann die Profilinstallation beeinträchtigen. Damit Ihre Profile effektiv installiert werden, deaktivieren Sie alle Akkuoptimierungen auf Ihren Benchmark-Geräten.

Zusätzliche Ressourcen

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