Android优化(三)_延迟电池续航时间

性能优化总纲：

大概会花一个月左右的时间出7-8个专题来分享一下在工作和学习中积累下来的Android性能优化经验。

希望大家会持续关注。

现在是专题三：电池电量优化
但这也仅仅是为大家提供一些思路与较为全面的总结，算不上什么，希望有错误或问题在下面评论。

最后完结以后会将思维导图与优化框架整理出来，请期待。

题记

电池虽小，地位却非常重要。移动设备使用电池，做任何事情都要费电。而大多数情况下，白天很少有机会给电池充电，哪怕你带了电宝，也可能出现不够用的情况。而作为开发者，如果你的程序被用户发现耗电量过多很容易被卸载，再也不用，是非常致命的，因此我们要制定一系列解决方案，防止此类事情发生。本章带领大家探讨如何测量电池的使用量，以及即可以省电，又不影响用户体验的方法。

一、电池

一般来说，充满电的状态可以保证手机正常使用1-2天，除去屏幕和CPU所消耗的电量以外，设备使用多少电量严重以来所有应用都做了什么，也就是取决于你的应用是如何设计和实现的。
一般有如下功能：

执行代码(显而易见)
数据传输(上传和下载，使用WiFi，2G,3G,4G)
定位
传感器
渲染图像
唤醒任务在学习如何最大限度的减少耗电量之前，我们想要有办法来测量。

测量电池用量####

1、Battery Historian
Battery Historian是Android 5.0开始引入的新API。通过下面的指令，可以得到设备上的电量消耗信息：

$ adb shell dumpsys batterystats > xxx.txt //得到整个设备的电量消耗信息
$ adb shell dumpsys batterystats > com.package.name > xxx.txt //得到指定app相关的电量消耗信息

得到了原始的电量消耗数据之后，我们需要通过Google编写的一个python脚本把数据信息转换成可读性更好的html文件：

$ python historian.py xxx.txt > xxx.html

打开这个转换过后的html文件，可以看到类似TraceView生成的列表数据，这里的数据信息量很大，这里就不展开了。

Track Battery Status & Battery Manager
我们可以通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,“Thephoneischarging!”);
}

在上面的例子演示了如何立即获取到手机的充电状态，得到充电状态信息之后，我们可以有针对性的对部分代码做优化。比如我们可以判断只有当前手机为AC充电状态时才去执行一些非常耗电的操作。

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);
}

2、另一种方法得到耗电量

APP获取电量算法。经过查看源码，我们看到app计算电量的算法如下：

在主Activity里面 info.getBatteryStats() 就搞定了。首先 load（），如果load失败，走CPU时间计算，通过getAppListCpuTime这样函数。 CPU的时间计算，有3个核心步骤：
1. ActivityManager遍历runningApp进程，获取对应pid
2. getAppProcessTime（pid）通过读取/proc/pid/stat文件，拿取APP在CPU的运行时间。
3. 重新为BatterySipper附值：+time；
获取APP消耗 processAppUsage();也分三步走：

通过PowerProfile 获取cpu的速度层次（speedsteps），方便后面使用
根据不同CPU的速度等级，计算cpu在某个速度下的电量，mA毫安
mPowerProfile.getAveragePower(PowerProfile.POWERCPUACTIVE,p)

很多地方都用到这个API获取power。那它究竟做了些什么呢?查看系统源码可以知道：

实际上这句话是获取1个叫PowerMap的数据结果，获得电量。
而PoweMap的赋值，是来源于com.android.internal.R.xml.powerprofile 的文件。

关于该文件的获取 android-版本号/core/res/res/xml/powerprofile.xml

计算各种耗电量的详细算法是：
来自深入浅出Android App耗电量统计

总结App耗电量计算公式：
( Uid_Power（App耗电量，单位:mAh） = Uid_Power1 + Uid_Power2 + Uid_Power3 + Uid_Power4 + Uid_Power5

Uid_Power1 = （Process1_Power + … + ProcessN_Power）;

Process_Power = （CPUSpeed_Time * POWER_CPU_ACTIVE）；

Uid_Power2 = PartialWakeLock_Time * POWER_CPU_WAKE

Uid_Power3 = ( tcpBytesReceived + tcpBytesSent ) *

averageCostPerByte Uid_Power4 = wifiRunningTimeMs * POWER_WIFI_ON

Uid_Power5 = （Sensor1_Power + … + SensorN_Power） Sensor_Power = Sensor_Time * Power_Sensor

二、禁用电池广播

系统除了定义了ACTION_BATTERY_CHANGED包含了电池信息，还定义了应用可以使用的4个广播Intent:

ACTION_BATTERY_LOW

ACTION_BATTERY_OKAY

ACTION_POWER_CONNECRED

ACTION_POWER_DISCONNECTED

当我们在一个广播接收器接收系统发送的这四个广播时，只要有一个发生，应用就会启动。这样有一个严重的缺陷，如果你在前台运行时，是没有问题的，但是如果在后台时，还出现Toast消息(非系统提醒)，就有可能干扰其他应用，损害用户体验。

所以我们有一个很好的解决：

只有当应用在前台运行时才可以启用广播
步骤：
1、广播接收器默认必须是禁用
2、广播接收器必须在onResume()中启用，在onPause()被禁用

三、控制网络

现在基本所有的应用都必须在设备和服务器之间传递数据，就像获取电池状态一样，应用需要获取设备商的网络链接信息。
ConnectivityManager类提供了API。供应用调用以此访问网络信息。
Android设备通常由多个数据连接:

Bluetooth
Ethernet
Wi_Fi
WiMax
移动网络(EDGE、UMTS、LTE)

为了最大限度延长电池的使用时间，我们需要直到如下事情：

后台数据设置
数据传输频度

后台数据

可以通过下面这个方法来获取后台数据的设置，
不过在4.0以后，这个方法始终返回为true，当强行不允许时，网络会断开。

 ConnectivityManager的getBackgroundDataSetting()

数据传输传输速率的差异非常大，从小于每秒100Kb的GPRS数据连接到每秒几Mb的LTE或Wifi都有。除了连接类型，NetWorkInfo类还指定了连接的子类型，例如：

NETWORK_TYPE_GPRS(API 1)
NETWORK_TYPE_LTE(API 11)
NETWORK_TYPE_HSPAP(API 13)
如果创建和部署了新技术，也会增加新的子类型。留意一下每个SDK版本的改动。人们都习惯更快的连接，即使WiFi芯片耗电量比较多，但Wifi的速率和免费可以让数据在最短时间最小成本完成传输，从而降低电池消耗。

如果能控制数据的传输类型，就可以现压缩数据，再传输到设备上。虽然解压缩数据耗费CPU，也多用了些电量，但传输速度大大加快，数据通讯设备可以很快关闭，从而延长了电池寿命。通常我们这么做：

使用GZIP压缩文本数据，使用GZIPInputStream类访问数据；
使用匹配设备分辨率的资源(比如：不必为320480的屏幕下载19201080的图片)

四、定位

现在很多的App都会做一件事：获取你的定位信息。一些用户可能愿意牺牲电池寿命来频繁的更新位置，而其他人定远县志更新次数，以确保设备点亮不会很快消耗完，所以需要提供不同的昔阳县来满足用户需求。

1、注销监听器还是和处理广播那样，在onPause()中调用removeUpdates()可以注销监听器。
2、并且可以用requestLocationUpdates()调整更新频率。选择合适的时间间隔和最小间隔距离可以适应不同的场景。
3、通过选择不同的位置服务来控制，如下：

GPS定位
WIFI定位
基站定位
AGPS定位
这四种定位的概念想必大多数都知道了，不知道的戳这里

五、传感器

传感器是个很有意思的东西，与定位服务有点类似：应用向特定的传感器注册监听器，获得更新通知。
也是可以通过降低通知频率来省点，由于，每个设备不同，应用可以测量这4种延迟通知的频率，选择兼顾用户体验和省点的那一个。另一种策略是，当发现值不变化时，使用NORMAL或UI延迟，当发现有突然变化的时候，且话到GAME或FASTEST延迟。
如下：

SENSOR_DELAY_NORMAL
SENSOR_DELAY_UI
SENSOR_DELAY_GAME
SENSOR_DELAY_FASTEST

六、图形

应用花费了很多时间在屏幕上画东西，无论是使用GPU渲染的3D游戏还是使用CPU的日历程序，都想只以最少的代价赖在屏幕上展示期望的结果，以延长电池寿命。

如前所述，CPU非全速时使用的电量相对少一些。现代的CPU使用动态调频喝点呀来节省电力和减少发热量。这两种技术通常一起使用，成为DVFS技术(动态电压和频率调整)，Linux的内核、Android以及现代处理器都支持这种技术。

虽然你不能直接控制电压和频率，或将内部组建断电，但可以控制应用渲染的方式。流畅的帧速率还是要达到的。虽然在Android上帧率有上线（每秒60帧），但优化渲染还是有效果的。除了可能降低能耗，你可可以为后台运行的应用留出更多的空间，提供了更好的整体用户体验。

例如：比如我们手机里的壁纸，可以调用onVisibilityChanged()方法。事实上，壁纸可以是不可见的。但很容易忘记，持续绘制壁纸会消耗很多的电量。

七、唤醒

有时候你得应用可能出于某种原因，需不时的被唤醒，去执行一些操作。>
但是很少应用真正需要到提醒时间去强行唤醒设备。当然闹钟这类程序会需要这种功能，但大多是等到用户主动唤醒才工作。

多数情况下，应用需要将未来某一刻安排提醒到时，但对时间要求并不是很严格。为此Android定义了AlarmManager.setInexactRepeating(),它的参数和其“兄弟”setPepeating()基本相同，这种题型更节能，系统也避免了出现不必要的唤醒，Android定义了5个提醒间隔：

INTERVAL_FIFTEEN_MINUTES
INTERVAL_HALF_HOUR
INTERVAL_HOUR
INTERVAL_HALF_DAY
INTERVAL_DAY

最好的结果就是所有应用都使用这种提醒，而不用精确的触发提醒。为了尽可能的节电，应用还可以让用户配置提醒的调度，因为有人发现较长时间间隔并不会对用户体验有不好的影响。

八、WakeLock

有些时候，一些应用即使长时间不和设备交互，也要阻止进入休眠状态，来保持良好的用户体验，就比如在看视频的时候，这种情况下，CPU需要做视频解码，同时屏幕保持开启，让用户能够观看。此外，视频播放时屏幕不能变暗。

Android为这种情况设计了WakeLoac类

private void runInWakeLoac(Runnable runnable,int flags){ 

PowerManager pm = (PowerManager)getSystemService(Context.POWER_SERVICE); 

PowerManager.WakeLoac wl = pm.newWakeLock(flag,"My WakeLock");
 wl.acquire();
 runnable.run();
 wl.release();

}

有一点需要注意：需要WAKE_LOCK权限。
系统的行为取决于WakeLock对象创建时传入的flags：

PARTIAL_WAKE_LOCK(CPU开)
SCREEN_DIM_WAKE_LOCK(CPU开、暗色显示)
SCREEN_BRIGHT_WAKE_LOCK(CPU开、明亮显示)
FULL_WAKE_LOCK(CPU开、明亮显示、键盘开)这些标记可以结合使用
ACQUIRE_CAUSES_WAKEUP(打开屏幕和键盘)
ON_AFTER_RELEASE(WakeLock是放后继续保持屏幕和键盘开启片刻)

特别重要的一点：一定要释放WakeLock，在退出和暂停的时候，否则可能一直显示，电量很快耗光。

预防问题

防止出现特殊的问题，建议使用带超时的WakeLoac.acquire()版本，它会在超时后自动释放。另外：可以用setKeepScreenOn()方法控制是否要保持屏幕，只要可见的View指定了要保持屏幕，屏幕就会一直保留。

九、总结

用户不会注意到应用是否延长了电池寿命。但是如果不做任何处理，那就有可能被注意到了。因为单个应用耗电过多，用户几天还是可以感受出来的，用户到时候就会卸载用用，所以要对电量使用做一些优化处理，并且给用户配置选项的自由，来应对用户产生的各种需求。