使用 Baseline Profiles 改善 Android 应用性能

什么是 Baseline Profiles

Baseline Profiles 可以避免对包含的代码路径执行解译和即时 (JIT) 编译步骤，从而让代码执行速度从首次启动开始提高约 30%。通过在应用或库中分发 Baseline Profiles，Android 运行时 (ART) 可以通过预先 (AOT) 编译来优化包含的代码路径，从而针对每位新用户以及每个应用更新提升性能。这种配置文件引导的优化 (PGO) 可让应用优化启动、减少互动卡顿，并提高整体的运行时性能，从而让用户从首次启动开始便获得更好的使用体验。

Baseline Profiles 的优势

1. 所有用户交互（例如应用启动、切换屏幕或滚动内容）都会从首次运行开始变得更加顺畅。提升应用的速度和响应能力有助于提高日活跃用户数和平均回访率。
2. 引导式 AOT 编译不依赖于用户设备，可以在开发机器（而非移动设备）上为每个版本执行一次。与单纯依赖 Cloud Profiles 相比，可以更快速地实现应用优化。

创建 Baseline Profiles

作为应用开发者，你可以使用 Jetpack Macrobenchmark 库和 BaselineProfileRule 为每个应用版本自动生成配置文件。用于生成配置文件的入口点是 collectBaselineProfile 函数。

@RunWith(AndroidJUnit4::class)
class BaselineProfileGenerator {

    @get:Rule
	val rule = BaselineProfileRule()

	@Test
	fun generate() {
		rule.collectBaselineProfile("com.example.app") {
		// TODO Add interactions for the typical user journeys
		}
	}
}

在 profileBlock lambda 中，需要指定涵盖应用典型用户体验历程的互动。该库将运行 profileBlock 多次；它会收集调用的类和函数以进行优化，并生成设备端的 Baseline Profiles。

以应用启动历程为例，启动过程包括：

1. 按主屏幕按钮以确保应用状态已重启
2. 启动默认 activity 并等待第一帧呈现
3. 等待内容加载并呈现，且用户能够与其交互

fun MacrobenchmarkScope.startApplicationJourney() {
	pressHome()
	startActivityAndWait()
	val contentList = device.findObject(By.res("snack_list"))
	// Wait until a snack collection item within the list is rendered
	contentList.wait(Until.hasObject(By.res("snack_collection")), 5_000)
}

同样也可以编写滚动列表的历程，包括：

1. 查找列表的界面元素
2. 设置手势外边距以免触发系统导航
3. 滚动列表并等待界面稳定下来

fun MacrobenchmarkScope.scrollSnackListJourney() {
	val snackList = device.findObject(By.res("snack_list"))
	// Set gesture margin to avoid triggering gesture navigation
	snackList.setGestureMargin(device.displayWidth / 5)
	snackList.fling(Direction.DOWN)
	device.waitForIdle()
}

执行 BaselineProfileGenerator 的 generate 方法，查看运行结果如下：

生成的 Baseline Profiles 在/build/outputs/ 中的 managed_device_android_test_additional_output/ 文件夹。

应用生成的 Baseline Profiles

1. 复制生成的 Baseline Profiles 到src/main 文件夹，并重命名为baseline-prof.txt。
2. 将 profileinstaller 依赖项添加到 :app 模块。

   dependencies {
    implementation("androidx.profileinstaller:profileinstaller:1.2.0")
   }
   

   Baseline Profiles 随应用打包发布，当用户安装应用时，Baseline Profiles 也会被编译，从而在首次运行应用时实现更好的性能。

Baseline Profiles 的运作方式

在开发应用或库时，需要考虑定义 Baseline Profiles，以涵盖渲染时间或延迟时间非常重要的常见用户交互流程。

1. 系统会为应用生成 Profiles 规则，并在应用中将其编译为二进制文件形式（可以在 assets/dexopt/baseline.prof 中找到）。然后可以照常将相应 AAB 上传到 Google Play。
2. Google Play 会处理该 Profiles 文件，然后将其与 APK 一起直接发布给用户。在应用安装期间，ART 会对 Profiles 文件中的方法执行 AOT 编译，以便提升这些方法的执行速度。如果 Profiles 文件包含应用启动或帧渲染期间使用的方法，用户可能会获得启动速度更快且卡顿更少的体验。
3. 此流程可与 Cloud Profiles 汇总配合使用，以随着时间的推移根据应用的实际使用情况对性能进行微调。

Cloud Profiles 可以提供另一种形式的 PGO，它们由 Google Play 商店进行汇总，并与 Baseline Profiles 一起分发以进行安装时编译。虽然 Cloud Profiles 是由用户与应用的实际互动驱动的，但它们在更新后需要几天到几周的时间才能分发，这就限制了它们的可用性。此外，Cloud Profiles 仅支持搭载 Android 9（API 级别 29）或更高版本的 Android 设备。