关于电量性能优化的总结

时间 2020-02-11

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耗电设备

手机各个硬件模块的耗电量是不同的，有些模块很是耗电，而有些模块则相对显得耗电量小不少。android

电量消耗的计算与统计是一件麻烦并且矛盾的事情，记录电量消耗自己也是一个费电量的事情。惟一可行的方案是使用第三方监测电量的设备，这样才可以获取到真实的电量消耗。git

屏幕

当设备处于待机状态时消耗的电量是极少的，以 Nexus 5 为例，打开飞行模式，能够待机接近 1 个月。但是点亮屏幕，味着系统的各组件要开始进行工做，界面也须要开始执行渲染，这会须要消耗不少电量。github

蜂窝网络

一般状况下，使用移动网络传输数据，电量的消耗有三种状态：web

Full Power

能量最高的状态，移动网络链接被激活，容许设备以最大的传输速率进行操做。面试

Low power

一种中间状态，对电量的消耗差很少是 Full power 状态下的 50%。docker

Standby

最低的状态，没有数据链接须要传输，电量消耗最少。shell

总之，为了减小电量的消耗，在蜂窝移动网络下，最好作到批量执行网络请求，尽可能避免频繁的间隔网络请求。windows

使用 Battery Historian 咱们能够获得设备的电量消耗数据，若是数据中的移动蜂窝网络（Mobile Radio）电量消耗呈现下面的状况，间隔很小，又频繁断断续续的出现，说明电量消耗性能很很差：浏览器

battery bad

通过优化以后，若是呈现下面的图示，说明电量消耗的性能是良好的：缓存

battery good

另外 WiFi 链接下，网络传输的电量消耗要比移动网络少不少，应该尽可能减小移动网络下的数据传输，多在 WiFi 环境下传输数据。

battery wif

那么如何才可以把任务缓存起来，作到批量化执行呢？咱们可使用 JobScheduler 来优化。

跟踪充电状态

咱们能够经过下面的代码来获取手机的当前充电状态：

IntentFilter filter = new IntentFilter(Intent.ACTION_BATTERY_CHANGED);
Intent batteryStatus = this.registerReceiver(null, filter);
int chargePlug = batteryStatus.getIntExtra(BatteryManager.EXTRA_PLUGGED, -1);
boolean acCharge = (chargePlug == BatteryManager.BATTERY_PLUGGED_AC);
if (acCharge) {
    Log.v(LOG_TAG, "The phone is charging!");
}

在上面的例子演示了如何当即获取到手机的充电状态，获得充电状态信息以后，咱们能够有针对性的对部分代码作优化。

好比：咱们能够判断只有当前手机为 AC 充电状态时才去执行一些很是耗电的操做。

private boolean checkForPower() {
  IntentFilter filter = new IntentFilter(Intent.ACTION_BATTERY_CHANGED);
  Intent batteryStatus = this.registerReceiver(null, filter);

  int chargePlug = batteryStatus.getIntExtra(BatteryManager.EXTRA_PLUGGED, -1);
  boolean usbCharge = (chargePlug == BatteryManager.BATTERY_PLUGGED_USB);
  boolean acCharge = (chargePlug == BatteryManager.BATTERY_PLUGGED_AC);
  boolean wirelessCharge = false;
  if (Build.VERSION.SDK_INT >= Build.VERSION_CODES.JELLY_BEAN_MR1) {
    wirelessCharge =
      (chargePlug == BatteryManager.BATTERY_PLUGGED_WIRELESS);
  }
  return (usbCharge || acCharge || wirelessCharge);
}

监听充电状态变化

在清单文件中注册一个 BroadcastReceiver，经过在一个 Intent 过滤器内定义 ACTION_POWER_CONNECTED 和 ACTION_POWER_DISCONNECTED 来同时侦听这两种事件。

<receiver android:name=".PowerConnectionReceiver">
  <intent-filter>
    <action android:name="android.intent.action.ACTION_POWER_CONNECTED"/>
    <action android:name="android.intent.action.ACTION_POWER_DISCONNECTED"/>
  </intent-filter>
</receiver>

建立监听充电状态变化的 PowerConnectionReceiver。

public class PowerConnectionReceiver extends BroadcastReceiver {
  @Override
  public void onReceive(Context context, Intent intent) {
    int status = intent.getIntExtra(BatteryManager.EXTRA_STATUS,
                                   BatteryManager.BATTERY_STATUS_UNKNOWN);
    String batteryStatus = "";
    switch (status) {
      case BatteryManager.BATTERY_STATUS_CHARGING:
        batteryStatus = "正在充电";
        break;
      case BatteryManager.BATTERY_STATUS_DISCHARGING:
        batteryStatus = "正在放电";
        break;
      case BatteryManager.BATTERY_STATUS_NOT_CHARGING:
        batteryStatus = "未充电";
        break;
      case BatteryManager.BATTERY_STATUS_FULL:
        batteryStatus = "充满电";
        break;
      case BatteryManager.BATTERY_STATUS_UNKNOWN:
        batteryStatus = "未知道状态";
        break;
    }
    Toast.makeText(context, "batteryStatus = " + batteryStatus,
                   Toast.LENGTH_LONG).show();
    int plugged = intent.getIntExtra(BatteryManager.EXTRA_PLUGGED,
                                     BatteryManager.BATTERY_PLUGGED_AC);
    String chargePlug = "";
    switch (plugged) {
      case BatteryManager.BATTERY_PLUGGED_AC:
        chargePlug = "AC充电";
        break;
      case BatteryManager.BATTERY_PLUGGED_USB:
        chargePlug = "USB充电";
        break;
      case BatteryManager.BATTERY_PLUGGED_WIRELESS:
        chargePlug = "无线充电";
        break;
    }
    Toast.makeText(context, "chargePlug=" + chargePlug,
                   Toast.LENGTH_LONG).show();
  }
}

最后注册 PowerConnectionReceiver，这时当充电状态发生变化时 PowerConnectionReceiver 就会收到通知。

IntentFilter intentFilter = new IntentFilter();
intentFilter.addAction(Intent.ACTION_BATTERY_CHANGED);
this.registerReceiver(new PowerConnectionReceiver(), intentFilter);

监听电池电量变化

在清单文件中注册一个 BroadcastReceiver，经过侦听 ACTION_BATTERY_LOW 和 ACTION_BATTERY_OKAY，每当设备电池电量不足或退出不足状态时，便会触发该接收器。

<receiver android:name=".BatteryLevelReceiver">
  <intent-filter>
      <action android:name="android.intent.action.ACTION_BATTERY_LOW"/>
      <action android:name="android.intent.action.ACTION_BATTERY_OKAY"/>
  </intent-filter>
</receiver>

建立监听电池电量变化的 BatteryLevelReceiver。

public class BatteryLevelReceiver extends BroadcastReceiver {
  @Override
  public void onReceive(Context context, Intent intent) {
    // 当前剩余电量
    int level = intent.getIntExtra(BatteryManager.EXTRA_LEVEL, -1);
    // 电量最大值
    int scale = intent.getIntExtra(BatteryManager.EXTRA_SCALE, -1);
    // 电量百分比
    float batteryPct = level / (float) scale;
    Log.d("BatteryLevelReceiver", "batteryPct = " + batteryPct);
    Toast.makeText(context, "batteryPct = " + batteryPct,
                   Toast.LENGTH_LONG).show();
  }
}

最后注册 BatteryLevelReceiver，这时当电池电量发生变化时 BatteryLevelReceiver 就会收到通知。

IntentFilter intentFilter = new IntentFilter();
intentFilter.addAction(Intent.ACTION_BATTERY_CHANGED);
this.registerReceiver(new BatteryLevelReceiver(), intentFilter);

一般，若是设备链接了交流充电器，您应该最大限度提升后台更新的频率；而若是设备是经过 USB 充电，则应下降更新频率，若是电池正在放电，则应进一步下降更新频率；在电池电量极低时停用全部后台更新。

WakeLock

WakeLock 是一种锁的机制，只要有应用拿着这个锁，CPU 就没法进入休眠状态，一直处于工做状态。

好比，手机屏幕在屏幕关闭的时候，有些应用依然能够唤醒屏幕提示用户消息，这里就是用到了 Wakelock 锁机制，虽然手机屏幕关闭了，可是这些应用依然在运行着。

手机耗电的问题，大部分是开发人员没有正确使用这个锁，成为「待机杀手」。

Android 手机有两个处理器，一个叫 Application Processor（AP），一个叫 Baseband Processor（BP）。

AP 是 ARM 架构的处理器，用于运行 Linux + Android 系统；BP 用于运行实时操做系统（RTOS），通信协议栈运行于 BP 的 RTOS 之上。非通话时间，BP 的能耗基本上在 5mA 左右，而 AP 只要处于非休眠状态，能耗至少在 50mA 以上，执行图形运算时会更高。另外 LCD 工做时功耗在 100mA 左右，WiFi 也在 100mA 左右。

通常手机待机时，AP、LCD、WIFI 均进入休眠状态，这时 Android 中应用程序的代码也会中止执行。

Android 为了确保应用程序中关键代码的正确执行，提供了 Wake Lock 的 API，使得应用程序有权限经过代码阻止 AP 进入休眠状态。但若是不领会 Android 设计者的意图而滥用 Wake Lock API，为了自身程序在后台的正常工做而长时间阻止 AP 进入休眠状态，就会成为待机电池杀手。

那么 Wake Lock API 具体有啥用呢？心跳包从请求到应答，断线重连从新登录等关键逻辑的执行过程，就须要 Wake Lock 来保护。而一旦一个关键逻辑执行成功，就应该当即释放掉 Wake Lock 了。两次心跳请求间隔 5 到 10 分钟，基本不会怎么耗电。

WakeLock 使用

PowerManager pm = (PowerManager) getSystemService(Context.POWER_SERVICE);
WakeLock wakeLock = pm.newWakeLock(PowerManager.PARTIAL_WAKE_LOCK,
                                   "MyWakelockTag");

newWakeLock(int levelAndFlags, String tag) 中 PowerManager.PARTIIAL_WAKE_LOCK 是一个标志位，标志位是用来控制获取的 WakeLock 对象的类型，主要控制 CPU 工做时屏幕是否须要亮着以及键盘灯须要亮着，标志位说明以下：

levelAndFlags	CPU是否运行	屏幕是否亮着	键盘灯是否亮着
PARTIAL_WAKE_LOCK	是	否	否
SCREEN_DIM_WAKE_LOCK	是	低亮度	否
SCREEN_BRIGHT_WAKE_LOCK	是	高亮度	否
FULL_WAKE_LOCK	是	是	是

特殊说明：自 API 等级 17 开始，FULL_WAKE_LOCK 将被弃用。应用应使用 FLAG_KEEP_SCREEN_ON。

WakeLock 类能够用来控制设备的工做状态。使用该类中的 acquire 可使 CPU 一直处于工做的状态，若是不须要使 CPU 处于工做状态就调用 release 来关闭。

自动 release

若是咱们调用的是 acquire(long timeout)，那么就无需咱们本身手动调用 release() 来释放锁，系统会帮助咱们在 timeout 时间后释放。

手动 release

若是咱们调用的是 acquire() 那么就须要咱们本身手动调用 release() 来释放锁。

最后使用 WakeLock 类记得加上以下权限：

<uses-permission android:name="android.permission.WAKE_LOCK" />

注意：在使用该类的时候，必须保证 acquire 和 release 是成对出现的。

屏幕保持常亮

当设备从休眠状态中，被应用程序唤醒一瞬间会耗电过多，咱们能够保持屏幕常亮来节省电量，代码声明：

// 屏幕保持常亮
getWindow().addFlags(WindowManager.LayoutParams.FLAG_KEEP_SCREEN_ON);
// 通常不须要人为的去掉 FLAG_KEEP_SCREEN_ON 的 flag，
// windowManager 会管理好程序进入后台回到前台的的操做
//getWindow().clearFlags(WindowManager.LayoutParams.FLAG_KEEP_SCREEN_ON);

或者，直接在布局中加上 keepScreenOn = true ：

<android.support.constraint.ConstraintLayout xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
    xmlns:app="http://schemas.android.com/apk/res-auto"
    xmlns:tools="http://schemas.android.com/tools"
    android:layout_width="match_parent"
    android:layout_height="match_parent"
    android:keepScreenOn="true"
    tools:context="com.jeanboy.app.batterysample.MainActivity">
</android.support.constraint.ConstraintLayout>

JobScheduler

在 API 21，Google 提供了一个新叫作 Job Scheduler API 的组件来处理这样的场景。Job Scheduler API 容许同时执行多个任务，执行某些指定的任务时不须要考虑时机控制引发的电池消耗。

使用 Job Scheduler，应用须要作的事情就是判断哪些任务是不紧急的，能够交给 Job Scheduler 来处理，Job Scheduler 集中处理收到的任务，选择合适的时间，合适的网络，再一块儿进行执行。

下面是使用 Job Scheduler 的一段简要示例，须要先有一个 JobService：

public class MyJobService extends JobService {

  @Override
  public boolean onStartJob(JobParameters params) {
    Log.i("MyJobService", "Totally and completely working on job " 
          + params.getJobId());
    // 检查网络状态
    if (isNetworkConnected()) {
      new SimpleDownloadTask() .execute(params);
      // 返回 true，表示该工做耗时，
      // 同时工做处理完成后须要调用 onStopJob 销毁（jobFinished）
      return true;
    } else {
      Log.i("MyJobService", "No connection on job " + params.getJobId()
            + "; sad face");
    }
    // 返回 false，任务运行不须要很长时间，到 return 时已完成任务处理
    return false;
  }

  @Override
  public boolean onStopJob(JobParameters params) {
    Log.i("MyJobService", "Something changed, so I'm calling it on job " 
          + params.getJobId());
    // 有且仅有 onStartJob 返回值为 true 时，才会调用 onStopJob 来销毁 job
    // 返回 false 来销毁这个工做
    return false;
  }

  private boolean isNetworkConnected() {
    ConnectivityManager connectivityManager =
      (ConnectivityManager)getSystemService(Context.CONNECTIVITY_SERVICE);
    NetworkInfo networkInfo = connectivityManager.getActiveNetworkInfo();
    return (networkInfo != null && networkInfo.isConnected());
  }
  
  private class SimpleDownloadTask extends AsyncTask<JobParameters,
                                                                                                          Void, String> {
    protected JobParameters mJobParam;

    @Override
    protected String doInBackground(JobParameters... params) {
      mJobParam = params[0];
      try {
        InputStream is = null;
        int len = 50;

        URL url = new URL("https://www.google.com");
        HttpURLConnection conn = (HttpURLConnection) url.openConnection();
        conn.setReadTimeout(10000); // 10 sec
        conn.setConnectTimeout(15000); // 15 sec
        conn.setRequestMethod("GET");
        //Starts the query
        conn.connect();
        int response = conn.getResponseCode();
        Log.d(LOG_TAG, "The response is: " + response);
        is = conn.getInputStream();

        // Convert the input stream to a string
        Reader reader = null;
        reader = new InputStreamReader(is, "UTF-8");
        char[] buffer = new char[len];
        reader.read(buffer);
        return new String(buffer);

      } catch (IOException e) {
        return "Unable to retrieve web page.";
      }
    }

    @Override
    protected void onPostExecute(String result) {
      // 当任务完成时，须要调用 jobFinished() 让系统知道完成了哪项任务
      jobFinished(mJobParam, false);
      Log.i("SimpleDownloadTask", result);
    }
  }
}

定义了 JobService 的子类后，而后须要在 AndroidManifest.xml 中进行声明：

<service android:name="pkgName.JobSchedulerService"
    android:permission="android.permission.BIND_JOB_SERVICE" />

最后模拟经过点击 Button 触发 N 个任务，交给 JobService 来处理：

public class FreeTheWakelockActivity extends ActionBarActivity {
  public static final String LOG_TAG = "FreeTheWakelockActivity";

  TextView mWakeLockMsg;
  ComponentName mServiceComponent;

  @Override
  protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
    super.onCreate(savedInstanceState);
    setContentView(R.layout.activity_wakelock);

    mWakeLockMsg = (TextView) findViewById(R.id.wakelock_txt);
    mServiceComponent = new ComponentName(this, MyJobService.class);
    Intent startServiceIntent = new Intent(this, MyJobService.class);
    startService(startServiceIntent);

    Button theButtonThatWakelocks =
      (Button) findViewById(R.id.wakelock_poll);
    theButtonThatWakelocks.setText(R.string.poll_server_button);

    theButtonThatWakelocks.setOnClickListener(new View.OnClickListener() {
      @Override
      public void onClick(View v) {
        pollServer();
      }
    });
  }

  public void pollServer() {
    JobScheduler scheduler =
      (JobScheduler) getSystemService(Context.JOB_SCHEDULER_SERVICE);
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
      JobInfo jobInfo = new JobInfo.Builder(i, mServiceComponent)
        .setMinimumLatency(5000) // 5 seconds
        .setOverrideDeadline(60000) // 60 seconds
        .setRequiredNetworkType(JobInfo.NETWORK_TYPE_ANY) // WiFi or data connections
        .build();

      mWakeLockMsg.append("Scheduling job " + i + "!\n");
      scheduler.schedule(jobInfo);
    }
  }
}

官方 demo 地址：https://github.com/googlesamp...

Energy Profiler

Energy Profiler 是 Android Profiler 中的一个组件，可帮助开发者找到应用程序能量消耗的位置。

Energy Profiler 经过监控 CPU、网络和 GPS 传感器的使用状况，并以图形化显示每一个组件使用多少能量。Energy Profiler 还会显示可能影响能耗的系统事件（WakeLock、Alarms、Jobs 和 Location），Energy Profiler 不直接测量能耗，相反，它使用一种模型来估算设备上每种资源的能耗。

能够在 View > Tool Windows > Android Profiler 中打开 Energy Profiler 界面。