Android 功耗分析之wakelock

生活总是让我们遍体鳞伤，但到后来，那些受伤的地方一定会变成我们最强壮的地方。—海明威

WakeLock是什么

WakeLock是Android框架层提供的一套机制，应用使用该机制可以达到控制Android设备状态的目的。这里的设备状态主要指屏幕的打开关闭，cpu的保持运行。简单的理解WakeLock是让系统保持”清醒”的一种手段.

WakeLock作用

当手机灭屏状态下保持一段时间后，系统会进入休眠，一些后台运行的任务就可能得不到正常执行，比如网络下载中断，后台播放音乐暂停等。WakeLock正是为了解决这类问题，应用只要申请了WakeLock，那么在释放WakeLock之前，系统不会进入休眠，即使在灭屏的状态下，应用要执行的任务依旧不会被系统打断。

WakeLock有那些分类

WakeLock是PowerManager的内部类，其代码路径位于：

frameworks/base/core/java/android/os/PowerManager.java

WakeLock 分类如下：

• PARTIAL_WAKE_LOCK: 灭屏，关闭键盘背光的情况下，CPU依然保持运行。
• PROXIMITY_SCREEN_OFF_WAKE_LOCK： 基于距离感应器熄灭屏幕。最典型的运用场景是我们贴近耳朵打电话时，屏幕会自动熄灭。
• SCREEN_DIM_WAKE_LOCK/SCREEN_BRIGHT_WAKE_LOCK/FULL_WAKE_LOCK：这三种WakeLock都已经过时了，它们的目的是为了保持屏幕长亮，Android官方建议用getWindow().addFlags(WindowManager.LayoutParams.FLAG_KEEP_SCREEN_ON);方式替换。因为比起申请WakeLock,这种方式更简单，还不需要特别申请android.permission.WAKE_LOCK权限。
• DOZE_WAKE_LOCK/DRAW_WAKE_LOCK： 隐藏的分类，系统级别才会用到。

WakeLock的flag如下：

• ACQUIRE_CAUSES_WAKEUP： 点亮屏幕，比如应用接收到通知后，屏幕亮起。
• ON_AFTER_RELEASE： 释放WakeLock后，屏幕不马上熄灭。
• UNIMPORTANT_FOR_LOGGING： 隐藏的flag，系统级别才会用到。

WakeLock的设置过程

WakeLock从用户空间下发设置操作，然后进入kernel空间，最终写入到了/sys/power/wake_lock文件节点。
下面来从源码的角度跟踪下acquire WakeLock的过程。

1. frameworks/base/core/java/android/os/PowerManager.java
   acquire—>acquireLocked—->PowerManagerService.acquireWakeLock

2. frameworks/base/services/core/java/com/android/server/power/PowerManagerService.java
   acquireWakeLock—>acquireWakeLockInternal—->updatePowerStateLocked—->updateSuspendBlockerLocked—->mWakeLockSuspendBlocker.acquire—->PowerManagerService$SuspendBlockerImpl.acquire—->nativeAcquireSuspendBlocker

3. frameworks/base/services/core/jni/com_android_server_power_PowerManagerService.cpp
   nativeAcquireSuspendBlocker—->acquire_wake_lock

4. hardware/libhardware_legacy/power/power.c
   acquire_wake_lock,最终在该方法里将wakelock写入了节点

   int acquire_wake_lock(int lock, const char* id)
   {
       initialize_fds();
   
   //    ALOGI("acquire_wake_lock lock=%d id='%s'\n", lock, id);
   
       if (g_error) return g_error;
   
       int fd;
       size_t len;
       ssize_t ret;
   
       if (lock != PARTIAL_WAKE_LOCK) {
           return -EINVAL;
       }
   
       fd = g_fds[ACQUIRE_PARTIAL_WAKE_LOCK];
       //这个节点就是/sys/power/wake_lock
       ret = write(fd, id, strlen(id));
       if (ret < 0) {
           return -errno;
       }
   
       return ret;
   }

WakeLock用法

WakeLock的使用需要谨慎处理，使用不当会让应用变成“电量杀手”。使用的原则

1. 能不用就尽量别用：比如要保持屏幕长亮，应该用getWindow().addFlags(WindowManager.LayoutParams.FLAG_KEEP_SCREEN_ON);的方式。

   PowerManager.FULL_WAKE_LOCK会保持屏幕长亮，比如设置15s自动灭屏，当申请了该wakelock后，即使超过15s，依然不会灭屏。但用户主动按power键，还是会灭屏的。

2. 如果非要用，用完之后记得释放。
   申请WakeLock有两种方式acquire()跟acquire(long timeout)，后者相对更安全点，如果忘记了release WakeLock，经过timeout的时长后系统会自动release。

WakeLock的典型用法如下:

PowerManager pm = (PowerManager)mContext.getSystemService(
                                          Context.POWER_SERVICE);
PowerManager.WakeLock wl = pm.newWakeLock(
                                      PowerManager.PARTIAL_WAKE_LOCK
                                      | PowerManager.ON_AFTER_RELEASE,
                                      TAG);
wl.acquire();//为了保证任务不被系统休眠打断，申请WakeLock
// 开始我们的任务
wl.release();//任务结束后释放，如果不写该句。则可以用wl.acquire(timeout)的方式把释放的工作交给系统。

同时需要在Manifest文件中添加权限

"android.permission.WAKE_LOCK."/>

WakeLock相关问题的debug方法

应用层debug

如果只是单纯的查看某一个应用的wakelock是否存在非正常释放的情况，可以用命令

$ adb shell dumpsys power|grep -i wake

来查看，比如下面的示例代码

public class MainActivity extends Activity {
    private WakeLock wlLock;
    @Override
    protected void onResume() {
        PowerManager pm = (PowerManager) getSystemService(Context.POWER_SERVICE);
        wlLock = pm.newWakeLock(PowerManager.PARTIAL_WAKE_LOCK|PowerManager.ON_AFTER_RELEASE, "azhengye-test-wakelock");
        wlLock.acquire();
        super.onResume();
    }
    @Override
    protected void onPause() {
        wlLock.release();
        super.onPause();
    }
}

当进入onResume方法，此时dumpsys的信息如下：

$ adb shell dumpsys power|grep -i wake

  mWakefulness=Awake
  mWakefulnessChanging=false
  mWakeLockSummary=0x1
  mLastWakeTime=34512600 (293075 ms ago)
  mHoldingWakeLockSuspendBlocker=true
  mWakeUpWhenPluggedOrUnpluggedConfig=true
  mWakeUpWhenPluggedOrUnpluggedInTheaterModeConfig=false
  mDoubleTapWakeEnabled=false
Wake Locks: size=1
  PARTIAL_WAKE_LOCK              'azhengye-test-wakelock' ON_AFTER_RELEASE ACQ=-4m52s949ms LONG (uid=10124 pid=31473 pkg=com.azhengye.testpath)
  PowerManagerService.WakeLocks: ref count=1

通过 PARTIAL_WAKE_LOCK 'azhengye-test-wakelock' ON_AFTER_RELEASE ACQ=-4m52s949ms LONG (uid=10124 pid=31473 pkg=com.azhengye.testpath) 可以看到wakelock申请成功了。
如果进入onPause方法，刚申请的wakelock应该被释放掉，此时dumpsys出的信息如下：

$ adb shell dumpsys power|grep -i wake

      mWakefulness=Awake
      mWakefulnessChanging=false
      mWakeLockSummary=0x1
      mLastWakeTime=34512600 (477908 ms ago)
      mHoldingWakeLockSuspendBlocker=true
      mWakeUpWhenPluggedOrUnpluggedConfig=true
      mWakeUpWhenPluggedOrUnpluggedInTheaterModeConfig=false
      mDoubleTapWakeEnabled=false
    Wake Locks: size=1
      PARTIAL_WAKE_LOCK              'AudioMix' ACQ=-2s539ms (uid=1041 pkg=audioserver)
      PowerManagerService.WakeLocks: ref count=1

没毛病，已经正常释放掉。如果应用已经运行到释放wakelock的语句，但dumpsys出的信息仍然看到持有wakelock，这就是问题，需要我们去fix掉。

系统层debug

系统层面去debug wakelock相关问题就比较复杂了，基本上的步骤如下。

1. 依据log分析
   首先打开debug开关
   frameworks/base/services/core/java/com/android/server/power/PowerManagerService.java

   private static final boolean DEBUG = true;

   然后dumpsys power查看，同时在logcat里搜索acquireWakeLockInternal关键字查看申请wakelock情况，
   比如

   08-23 09:45:35.452  3054  3067 D PowerManagerService: acquireWakeLockInternal: lock=1945552, flags=0x1, tag="LocationManagerService", ws=WorkSource{1000 android}, uid=1000, pid=3054, packageName=android

   搜索releaseWakeLockInternal查看释放情况。lock=后面的整数能将acquire跟release对应起来，在结合logcat的时间戳，就能得到wakelock持有的时长，短时间的一般不会有问题，那种长期持有wakelock的会导致功耗增加，一般是有问题的，需要根据tag字段去代码里查看具体的acquire/release过程。

2. 系统运行一段时间后抓取bugreport.用historian工具查看wakelock申请情况。具体可以查看之前的博客Android battery historian功耗分析之环境搭建