一硝全、電量消耗理論與分析

寫出耗電量低的應(yīng)用的關(guān)鍵是要透徹理解它的理論以及全部過程栖雾。下面將對電量消耗的相關(guān)理論知識進(jìn)行介紹。

1伟众、電量消耗的概念

首先要知道析藕，電量的消耗，主要是指硬件的電量消耗（廢話）凳厢，在電子世界账胧，這種硬件消耗電量來執(zhí)行任務(wù)的過程，叫做超時電流消耗先紫。

硬件消耗電量

同情況下治泥，相同時間內(nèi)，消耗的電量是不同的遮精。比如使用飛行模式待機(jī)居夹，確實(shí)可以堅(jiān)持10多天。但是我們一旦使用手機(jī)本冲，比如使用蜂窩式無線數(shù)據(jù)交換(3G4G)准脂、屏幕保持喚醒狀態(tài)等，電量就會消耗得很快：

耗電分析

作為開發(fā)者眼俊，我們很想知道我的應(yīng)用執(zhí)行的哪些任務(wù)消耗的電量是最多的？這個問題確實(shí)會很棘手粟关。

電量優(yōu)化是方方面面的疮胖，比如說減少內(nèi)存的開銷，減少界面的過度繪制闷板，本身就是一種電量優(yōu)化澎灸。

2、電量消耗計(jì)算

電量消耗的計(jì)算與統(tǒng)計(jì)是一件麻煩而且矛盾的事情遮晚，記錄電量消耗本身也是一個費(fèi)電量的事情（所以很多設(shè)備都把這個監(jiān)測電量的功能閹割掉了性昭。）。

唯一可行的方案是使用第三方監(jiān)測電量的設(shè)備县遣，這樣才能夠獲取到真實(shí)的電量消耗（因?yàn)榈谌接布O(jiān)測的時候是用的自己的供電而不是用的手機(jī)的電量）糜颠。

耗電情況汹族，例如：打開屏幕，所有要使用CPU/GPU工作的動作都會喚醒屏幕其兴，都會消耗電量顶瞒。這和應(yīng)用程序喚醒設(shè)備還不一樣。

比如使用叫醒鬧鐘(wake clock)元旬、AlarmManager榴徐、JobSchedulerAPI。因此很難知道自己的應(yīng)用程序的真實(shí)耗電情況匀归。

3坑资、設(shè)備待機(jī)與喚醒電量消耗分析

為什么要單獨(dú)拿這個出來講呢，就是因?yàn)槟露耍瑔拘堰@個瞬間是非常耗電的袱贮，下面允許我慢慢介紹。

先來看看待機(jī)狀態(tài)的電量消耗：

待機(jī)狀態(tài)電量消耗

待機(jī)狀態(tài)下徙赢，電量的消耗是非常少的字柠，這是毋庸置疑的。

使用和喚醒屏幕后：

屏幕喚醒

可以看到狡赐，屏幕喚醒的一瞬間是非常耗電的窑业，這里有一條電量使用高峰線。

下面來看看CPU喚醒的曲線（CPU喚醒枕屉，屏幕不一定會喚醒）：

CPU喚醒時

同樣的常柄，CPU喚醒的時候也會有一條電量使用高峰線。

CPU喚醒之后：

喚醒之后喚醒之后

CPU喚醒之后搀擂，設(shè)備的耗電不會出現(xiàn)喚醒的時候的高峰線西潘。

值得注意的是當(dāng)工作完成后，設(shè)備會主動進(jìn)行休眠哨颂，這非常重要喷市，在不使用或者很少使用的情況下，長時間保持屏幕喚醒會迅速消耗電池的電量威恼。

結(jié)論

設(shè)備喚醒的瞬間是有消耗高峰的品姓，因此，當(dāng)你的工作需要持續(xù)的時候箫措，可以考慮保持喚醒狀態(tài)腹备。

4、無線蜂窩耗電分析

蜂窩式無線也是耗電量非辰锫可怕的植酥，甚至比WIFI更加耗電，因此這里單獨(dú)拿出來進(jìn)行分析。

Tips：不使用流量的時候友驮，最好把數(shù)據(jù)關(guān)閉漂羊，這樣又省電又省流量。

下面開始分析無線蜂窩耗電的過程：

無線蜂窩耗電過程

如上圖所示：

1喊儡、當(dāng)設(shè)備通過無線網(wǎng)發(fā)送數(shù)據(jù)的時候拨与，為了使用硬件，這里會出現(xiàn)一個喚醒高峰艾猜。

2买喧、接下來還有一個高數(shù)值，這是發(fā)送數(shù)據(jù)包消耗的電量匆赃。

3淤毛、然后接受數(shù)據(jù)包也會消耗大量電量，也看到一個峰值算柳。

4低淡、保持喚醒狀態(tài)，耗電比較均衡瞬项，很少出現(xiàn)高峰點(diǎn)蔗蹋。

所以我們開啟無線模式這個過程非常耗電，那么硬件這塊為了防止頻繁開啟關(guān)閉耗電囱淋，采取了一個無奈的辦法猪杭，會在一個小段時間內(nèi)保持開啟模式，防止短時間內(nèi)還有數(shù)據(jù)包需要接收妥衣。這些數(shù)據(jù)非常有用皂吮，可是不是所有開發(fā)者都有這個第三方設(shè)備跟蹤。但是使用Android L版本就可以利用到新的一系列的工具來優(yōu)化應(yīng)用程序的耗電税手。（這里顯然不要考慮兼容性問題蜂筹，我只是想測電量消耗問題，同一款A(yù)PP在不同版本的Android上耗電情況應(yīng)該不會有太大影響芦倒，雖然不同Android版本對電量的優(yōu)化不同艺挪，但是我們的分析對象是我們自己的APP本身）

android電量統(tǒng)計(jì)的原理可以參看這篇文章:http://duanqz.github.io/2015-07-21-batterystats-part1

大致原理摘錄如下:

一、電量記錄

1. Android在進(jìn)行電量統(tǒng)計(jì)時兵扬，并不是采用直接記錄電流消耗量的方式麻裳，而是跟蹤硬件模塊在不同狀態(tài)下的使用時間，收集一些可用信息周霉，用來近似的計(jì)算出電池消耗量掂器。

舉一個例子亚皂，假定某個APK的使用了GPS俱箱，使用時間用 t 表示。GPS模塊單位時間的耗電量用 w 表示灭必，那么狞谱，這個APK使用GPS的耗電量就可以按照如下方式計(jì)算：

耗電量 = 單位時間耗電量(w) × 使用時間(t)

frameworks.jar里的frameworks/base/core/res/res/xml/power_profile.xml這個文件乃摹，記錄著各個模塊單位時間的耗電量， 由廠商定義跟衅。

以下是Nexus 5(hammerhead)耗電參數(shù)配置的代碼片段：

? ? 0

? ? ...

? ? 3.5

? ? 73.24

? ? 75.48

? ? ...

? ? 2300

2. Android框架層通過一個名為batterystats的系統(tǒng)服務(wù)孵睬，實(shí)現(xiàn)了電量統(tǒng)計(jì)的功能。

收集信息被組織起來伶跷，在內(nèi)存中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是由BatteryStats類描述的掰读。 為了能夠從不同維度統(tǒng)計(jì)耗電量，這個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)得比較復(fù)雜叭莫，我們不在這里展開討論蹈集，僅通過一個收集應(yīng)用程序前臺運(yùn)行時間的例子，來說明信息收集過程雇初。

記錄應(yīng)用程序中所有Activity從顯示狀態(tài)(Resumed)到消失狀態(tài)(Paused)的時間拢肆，就能夠統(tǒng)計(jì)應(yīng)用程序的前臺運(yùn)行時間。Activity狀態(tài)的切換是由AMS掌控的靖诗，因此AMS需要將Activity的狀態(tài)信息通知給batterystats服務(wù)郭怪。

當(dāng)Activity要切換到顯示狀態(tài)(Resumed)時，

會調(diào)用ActivityStackSupervisor.resumeTopActivitiesLocked()方法刊橘，

接下來會調(diào)用ActivityStack.resumeTopActivityInnerLocked()方法來完成Activity的狀態(tài)切換鄙才，在完成狀態(tài)切換后， 會調(diào)用

ActivityStackSupervisor.reportResumedActivityLocked()方法伤为，從這里開始翘贮，就開始通報(bào)了：“本Activity已經(jīng)進(jìn)入了顯示狀態(tài)”。

在ActivityStackSupervisor.reportResumedActivityLocked()中得到BatteryStatsImpl對象实胸，

并啟動一個計(jì)時器(StopwatchTimer)史翘，

記錄下了啟動時間.在Activity pause時， 再得到結(jié)束時間位衩， 這樣就得到了應(yīng)用程序的acitiviy在前臺的運(yùn)行時間了裆蒸。

除了應(yīng)用程序前臺運(yùn)行時間，還有很多信息是batterystats服務(wù)關(guān)注的糖驴，包括WakeLock僚祷、Sendor、Wifi贮缕、Audio辙谜、Video等，這些信息的采集方式與上述過程雷同感昼，都會經(jīng)過以下步驟：

由相應(yīng)的模塊發(fā)起狀態(tài)變更的通知

BatteryStats使用定時器記錄起止時間

二装哆、電量信息的儲存

Android支持歷史電量信息的顯示的，如果重新啟動Android，那內(nèi)存中的數(shù)據(jù)就丟失了蜕琴， 所以需要把這些信息存儲到磁盤上萍桌，磁盤上的 /data/system/batterystats.bin 文件中就是電量信息的序列化數(shù)據(jù)。

batterystats服務(wù)啟動時凌简，會從 batterystats.bin 這個文件中讀取數(shù)據(jù)上炎，來初始化BatteryStats這個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

三雏搂、電量計(jì)算

BatteryStatsHelper.refreshStats()承載了電量計(jì)算的全部過程藕施，在需要顯示電量統(tǒng)計(jì)信息的地方，就可以通過BatteryStatsHelper這個類凸郑，來獲取統(tǒng)計(jì)完成的電量信息铅碍。 Setting.apk就引用了這個類。電量計(jì)算大體可以分為兩塊：

1. AppUsage：應(yīng)用程序耗電量計(jì)算线椰，是指每一個應(yīng)用程序使用硬件模塊所產(chǎn)生的耗電量

在BatteryStatsHelper.processAppUsage()這個方法中胞谈，實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用程序的電量計(jì)算(實(shí)際上統(tǒng)計(jì)的粒度是uid，不同的apk可以運(yùn)行在同一個uid)憨愉。

2. MiscUsage：其他雜項(xiàng)耗電量計(jì)算

所謂雜項(xiàng)烦绳，其實(shí)就是用戶比較關(guān)心的一大類，包括：待機(jī)的耗電量配紫、亮屏的耗電量径密、通話的耗電量、Wifi的耗電量等躺孝，這個統(tǒng)計(jì)是系統(tǒng)層面的享扔， 作為app的開發(fā)人員可以忽略掉這部分內(nèi)容。

我們來總結(jié)一下應(yīng)用程序的電量計(jì)算過程植袍。Android通過一個名為BatteryStats.Uid的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來維護(hù)一個應(yīng)用程序的電量統(tǒng)計(jì)信息惧眠。 這個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，又包含很多子結(jié)構(gòu)：

Proc：表示屬于Uid的進(jìn)程于个，一個Uid中可能會有多個進(jìn)程氛魁，每個進(jìn)程都有CPU占用時間

WakeLock：表示Uid持有的WakeLock鎖的電量統(tǒng)計(jì)，一個Uid也可能會持有多個鎖

Mobile Radio：表示Uid使用數(shù)據(jù)流量的電量統(tǒng)計(jì)厅篓，譬如3G流量秀存、4G流量

Wifi：表示Uid使用wifi的電量統(tǒng)計(jì)

Sendor：表示Uid使用傳感器的電量統(tǒng)計(jì)

Android提供的dumpsys命令用于查看系統(tǒng)服務(wù)的信息， 將batterystats作為參數(shù)羽氮，就能輸出完整的電量統(tǒng)計(jì)信息或链。