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通过基准配置文件改善应用性能

谷歌开发者 2023-03-26

The following article is from Android 开发者 Author Android

作者 / Android 开发者关系工程师 Florina Muntenescu



启动时间的重要性


应用性能和用户参与度的相关性在许多应用中都有所体现。用户希望应用响应迅速且能快速加载，而启动时间就是衡量应用性能和质量的主要指标之一。


  • 启动时间

    https://support.google.com/googleplay/android-developer/answer/9844486


我们的一些合作伙伴已经投入大量时间和资源来优化应用启动情况。例如，您可以阅读了解 Facebook 的优化历程。

本文我们将讨论基准配置文件和其改善应用和开发库性能的方式，包括它们如何将启动时间缩短了最高 40%。虽然本文侧重于应用启动，但是基准配置文件也可以极大改善卡顿情况。


回顾


Android 9 (API 级别 28) 在 Play Cloud 中引入了 ART 优化配置文件，以缩短应用启动时间。在云配置文件可用时，我们看到应用的冷启动在不同设备上平均快了至少 15%。


  • 在 Play Cloud 中引入了 ART 优化配置文件
    https://android-developers.googleblog.com/2019/04/improving-app-performance-with-art.html

配置文件的工作原理

当应用在安装或更新后首次启动时，它的代码以解释模式运行，直到被 JIT。由于存储和加载完全编译的应用所需的开销较大，自 Android 6 开始，Java 和 Kotlin 代码在 APK 中编译为 dex 字节码，而不是完全编译为机器代码。应用中经常被使用以及用于应用启动的类和方法，都会被写入配置文件。一旦设备进入闲置模式，ART 就基于这些配置文件编译应用，以加快后续的应用启动。


  • JIT
    https://source.android.google.cn/devices/tech/dalvik/jit-compiler

  • ART
    https://source.android.google.cn/devices/tech/dalvik/configure?hl=zh_cn


从 Android 9 (API 级别 28) 开始，Google Play 也会提供云配置文件。当应用在设备上运行时，ART 生成的配置文件由 Play 商店应用上传并在云端聚合。为应用上传了足够的配置文件后，Play 应用将使用聚合的配置文件来进行后续的安装。


存在的问题‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍


虽然云配置文件在可用时很有帮助，但并非总是在应用安装后即可使用。收集和聚合配置文件通常要几天时间，而许多应用会每周更新，这就是问题所在。而且许多用户会在云配置文件可用之前安装更新。Google Android 团队开始寻找其他方法来改善配置文件延迟。


解决方案


基准配置文件是提供配置文件的一个全新机制，可在 Android 7 (API 级别 24) 和更高版本上使用。基准配置文件是由 Android Gradle 插件生成的 ART 配置文件，使用可由应用和库提供的人类可读懂的配置文件格式。示例如下:‍
HSPLandroidx/compose/runtime/ComposerImpl;->updateValue(Ljava/lang/Object;)VHSPLandroidx/compose/runtime/ComposerImpl;->updatedNodeCount(I)IHLandroidx/compose/runtime/ComposerImpl;->validateNodeExpected()VPLandroidx/compose/runtime/CompositionImpl;->applyChanges()VHLandroidx/compose/runtime/ComposerKt;->findLocation(Ljava/util/List;I)I
△ Compose 库的示例

  • 基准配置文件
    https://developer.android.google.cn/studio/profile/baselineprofiles

  • Android Gradle 插件
    https://developer.android.google.cn/studio/releases/gradle-plugin


二进制文件存储在 APK 资源目录中的特定位置 (assets/dexopt/baseline.prof)。

基准配置文件在构建时创建，作为 APK 的一部分发送到 Play 中，然后在下载应用时，从 Play 发送至用户。基准配置文件在云配置文件尚不可用时，填补了 ART 云配置文件流水线中的空白，在云配置文件可用时，则会自动与其合并。
△ 此示意图展示了从创建到向最终用户交付的基准配置文件工作流程。
基准配置文件最大的优势之一是可以在本地开发和评估，这样开发者可以看到真实的最终用户性能改进情况。它们还支持较低的 Android 版本 (7 和更高版本)，而云配置文件只在 Android 9 及以上版本中提供。


  • 在本地开发和评估
    https://developer.android.google.cn/studio/profile/baselineprofiles#creating-profile-rules



‍‍‍影响


应用开发者

2021 年初，Google 地图的发布周期从两周改为一周。更频繁的更新意味着更频繁地舍弃本地预编译，以及更多用户在没有 Play Cloud 配置文件的情况下，遇到启动缓慢的情况。通过使用基准配置文件，Google 地图将平均启动时间缩短了 30%，搜索速度相应增长了 2.4%，对于这样一个成熟的应用来说，这是巨大的性能改进。


库开发者

库中的代码与应用中的代码类似，默认都不是完全编译，如果它在启动的关键路径中发挥重要作用，则可能存在问题。


Jetpack Compose 是一个不属于 Android 系统映像的界面库，因此与大多数 Android 视图工具包代码不同，它在安装时并未完全编译。这导致了性能问题，尤其是在应用前几次冷启动时。


  • Jetpack Compose
    https://developer.android.google.cn/jetpack/compose


为解决这一问题，Compose 使用了配置文件安装程序。该程序附带了基准配置文件规则，可以缩短 Compose 应用的启动时间并减少卡顿。


  • 配置文件安装程序
    https://developer.android.google.cn/jetpack/compose/ergonomics#profile-inst


Google Play 商店的搜索结果页已经使用 Compose 进行重写。在集成 Compose 的基准配置文件规则后，渲染初始搜索结果页 (包括图像) 的时间缩短了约 40%。

Android 团队还将基准配置文件添加到了相关的 AndroidX 库。这可让所有使用这些库的 Android 应用受益。ConstraintLayout 发现附带的配置文件规则将动画帧时间缩短了超过 1 毫秒。


  • AndroidX
    https://developer.android.google.cn/jetpack/androidx/

  • 附带的配置文件规则
    https://github.com/androidx/constraintlayout/pull/423



如何使用基准配置文件


创建自定义基准配置文件

所有应用和库开发者都可以从添加基准配置文件中获益。理想状态下，开发者为最关键的用户旅程创建配置文件，来确保不管云配置文件是否可用，这些旅程都拥有始终快速的性能。您可以查看详细指南，了解如何为应用和库开发者设置基准配置文件。

https://developer.android.google.cn/studio/profile/baselineprofiles#creating-profile-rules


更新依赖项
如果您还未准备好为应用生成基准配置文件，您仍然可以受益于更新依赖项。如果您使用 Android Gradle 插件 7.1.0-alpha05 或更高版本构建应用，您将获得包含在 APK 中的基准配置文件，这些配置文件已经由库 (例如 Jetpack) 提供。Google Play 在安装时借助这些配置文件编译应用。您可以将这些配置文件作为构建应用的补充部分。


  • Jetpack
    https://cs.android.com/search?q=baseline-prof.txt&ss=androidx%2Fplatform%2Fframeworks%2Fsupport

  • 构建应用的补充部分
    https://developer.android.google.cn/studio/profile/baselineprofiles#creating-profile-rules


衡量改进情况
不要忘记衡量应用改进情况。您可以按照步骤操作，了解如何在本地衡量使用生成的配置文件的启动情况:
https://developer.android.google.cn/studio/profile/baselineprofiles#measuring-improvements

欢迎您分享体验反馈:
https://b.corp.google.com/issues/new?component=1071684&template=1592279


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