Android優化(三)_延遲電池續航時間

影響身邊的人發表於2019-03-01
Android優化

效能優化總綱：

大概會花一個月左右的時間出7-8個專題來分享一下在工作和學習中積累下來的Android效能優化經驗。

希望大家會持續關注。

現在是專題三：電池電量優化

但這也僅僅是為大家提供一些思路與較為全面的總結，算不上什麼，希望有錯誤或問題在下面評論。

也歡迎點開我的掘金、簡書、CSDN主頁看看其他文章。

最後完結以後會將思維導圖與優化框架整理出來，請期待。

題記

電池雖小，地位卻非常重要。移動裝置使用電池，做任何事情都要費電。而大多數情況下，白天很少有機會給電池充電，哪怕你帶了電寶，也可能出現不夠用的情況。

而作為開發者，如果你的程式被使用者發現耗電量過多很容易被解除安裝，再也不用，是非常致命的，因此我們要制定一系列解決方案，防止此類事情發生。

本章帶領大家探討如何測量電池的使用量，以及即可以省電，又不影響使用者體驗的方法。

一、電池

一般來說，充滿電的狀態可以保證手機正常使用1-2天，除去螢幕和CPU所消耗的電量以外，裝置使用多少電量嚴重以來所有應用都做了什麼，也就是取決於你的應用是如何設計和實現的。
一般有如下功能：

  • 執行程式碼(顯而易見)
  • 資料傳輸(上傳和下載，使用WiFi，2G,3G,4G)
  • 定位
  • 感測器
  • 渲染影像
  • 喚醒任務
    在學習如何最大限度的減少耗電量之前，我們想要有辦法來測量。

測量電池用量

1、Battery Historian

Battery Historian是Android 5.0開始引入的新API。通過下面的指令，可以得到裝置上的電量消耗資訊：

$ adb shell dumpsys batterystats > xxx.txt  //得到整個裝置的電量消耗資訊
$ adb shell dumpsys batterystats > com.package.name > xxx.txt //得到指定app相關的電量消耗資訊複製程式碼

得到了原始的電量消耗資料之後，我們需要通過Google編寫的一個python指令碼把資料資訊轉換成可讀性更好的html檔案：

$ python historian.py xxx.txt > xxx.html複製程式碼

開啟這個轉換過後的html檔案，可以看到類似TraceView生成的列表資料，這裡的資料資訊量很大，這裡就不展開了。

3) Track Battery Status & Battery Manager

我們可以通過下面的程式碼來獲取手機的當前充電狀態：


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!”);
}複製程式碼

在上面的例子演示瞭如何立即獲取到手機的充電狀態，得到充電狀態資訊之後，我們可以有針對性的對部分程式碼做優化。比如我們可以判斷只有當前手機為AC充電狀態時 才去執行一些非常耗電的操作。


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);
}複製程式碼

2、另一種方法得到耗電量

APP獲取電量演算法。
經過檢視原始碼，我們看到app計算電量的演算法如下：

  • 在主Activity裡面 info.getBatteryStats() 就搞定了。 首先 load（），如果load失敗，走CPU時間計算，通過getAppListCpuTime這樣函式。
    CPU的時間計算，有3個核心步驟：
  1. ActivityManager遍歷runningApp程式，獲取對應pid
  2. getAppProcessTime（pid）通過讀取/proc/pid/stat檔案，拿取APP在CPU的執行時間。
  3. 重新為BatterySipper附值：+time；
  • 獲取APP消耗 processAppUsage();也分三步走：
  1. 通過PowerProfile 獲取cpu的速度層次（speedsteps），方便後面使用
  2. 根據不同CPU的速度等級，計算cpu在某個速度下的電量，mA毫安
  3. mPowerProfile.getAveragePower(PowerProfile.POWERCPUACTIVE,p)

很多地方都用到這個API獲取power。
那它究竟做了些什麼呢?
檢視系統原始碼可以知道：

實際上這句話是獲取1個叫PowerMap的資料結果，獲得電量。而PoweMap的賦值，是來源於com.android.internal.R.xml.powerprofile 的檔案。
關於該檔案的獲取 android-版本號/core/res/res/xml/powerprofile.xml

計算各種耗電量的詳細演算法是：
來自深入淺出Android App耗電量統計
總結App耗電量計算公式：(

Uid_Power（App耗電量，單位: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、禁用電池廣播

系統除了定義了ACTION_BATTERY_CHANGED包含了電池資訊，還定義了應用可以使用的4個廣播Intent:

  • ACTION_BATTERY_LOW
  • ACTION_BATTERY_OKAY
  • ACTION_POWER_CONNECRED
  • ACTION_POWER_DISCONNECTED

當我們在一個廣播接收器接收系統傳送的這四個廣播時，只要有一個發生，應用就會啟動。這樣有一個嚴重的缺陷，如果你在前臺執行時，是沒有問題的，但是如果在後臺時，還出現Toast訊息(非系統提醒)，就有可能干擾其他應用，損害使用者體驗。

所以我們有一個很好的解決：

  • 只有當應用在前臺執行時才可以啟用廣播
  • 步驟：
    1、廣播接收器預設必須是禁用
    2、廣播接收器必須在onResume()中啟用，在onPause()被禁用

三、控制網路

現在基本所有的應用都必須在裝置和伺服器之間傳遞資料，就像獲取電池狀態一樣，應用需要獲取裝置商的網路連結資訊。ConnectivityManager類提供了API。供應用呼叫以此訪問網路資訊。
Android裝置通常由多個資料連線:

  • Bluetooth
  • Ethernet
  • Wi_Fi
  • WiMax
  • 行動網路(EDGE、UMTS、LTE)

為了最大限度延長電池的使用時間，我們需要直到如下事情：

  • 後臺資料設定
  • 資料傳輸頻度

後臺資料

可以通過下面這個方法來獲取後臺資料的設定，不過在4.0以後，這個方法始終返回為true，當強行不允許時，網路會斷開。

    ConnectivityManager的getBackgroundDataSetting()複製程式碼

資料傳輸

傳輸速率的差異非常大，從小於每秒100Kb的GPRS資料連線到每秒幾Mb的LTE或Wifi都有。除了連線型別，NetWorkInfo類還指定了連線的子型別，例如：

  • NETWORK_TYPE_GPRS(API 1)

  • NETWORK_TYPE_LTE(API 11)

  • NETWORK_TYPE_HSPAP(API 13)

如果建立和部署了新技術，也會增加新的子型別。留意一下每個SDK版本的改動。

人們都習慣更快的連線，即使WiFi晶片耗電量比較多，但Wifi的速率和免費可以讓資料在最短時間最小成本完成傳輸，從而降低電池消耗。

如果能控制資料的傳輸型別，就可以現壓縮資料，再傳輸到裝置上。雖然解壓縮資料耗費CPU，也多用了些電量，但傳輸速度大大加快，資料通訊裝置可以很快關閉，從而延長了電池壽命。通常我們這麼做：

  • 使用GZIP壓縮文字資料，使用GZIPInputStream類訪問資料；
  • 使用匹配裝置解析度的資源(比如：不必為320480的螢幕下載19201080的圖片)

四、定位

現在很多的App都會做一件事：獲取你的定位資訊。一些使用者可能願意犧牲電池壽命來頻繁的更新位置，而其他人定遠縣誌更新次數，以確保裝置點亮不會很快消耗完，所以需要提供不同的昔陽縣來滿足使用者需求。

1、登出監聽器
還是和處理廣播那樣，在onPause()中呼叫removeUpdates()可以登出監聽器。

2、並且可以用requestLocationUpdates()調整更新頻率。選擇合適的時間間隔和最小間隔距離可以適應不同的場景。

3、通過選擇不同的位置服務來控制，如下：

  • GPS定位
  • WIFI定位
  • 基站定位
  • AGPS定位

這四種定位的概念想必大多數都知道了，不知道的戳這裡

五、感測器

感測器是個很有意思的東西，與定位服務有點類似：應用向特定的感測器註冊監聽器，獲得更新通知。

也是可以通過降低通知頻率來省點，由於，每個裝置不同，應用可以測量這4種延遲通知的頻率，選擇兼顧使用者體驗和省點的那一個。另一種策略是，當發現值不變化時，使用NORMAL或UI延遲，當發現有突然變化的時候，且話到GAME或FASTEST延遲。如下：

  • SENSOR_DELAY_NORMAL
  • SENSOR_DELAY_UI
  • SENSOR_DELAY_GAME
  • SENSOR_DELAY_FASTEST

六、圖形

應用花費了很多時間在螢幕上畫東西，無論是使用GPU渲染的3D遊戲還是使用CPU的日曆程式，都想只以最少的代價賴在螢幕上展示期望的結果，以延長電池壽命。

如前所述，CPU非全速時使用的電量相對少一些。現代的CPU使用動態調頻喝點呀來節省電力和減少發熱量。這兩種技術通常一起使用，成為DVFS技術(動態電壓和頻率調整)，Linux的核心、Android以及現代處理器都支援這種技術。

雖然你不能直接控制電壓和頻率，或將內部組建斷電，但可以控制應用渲染的方式。流暢的幀速率還是要達到的。雖然在Android上幀率有上線（每秒60幀），但優化渲染還是有效果的。除了可能降低能耗，你可可以為後臺執行的應用留出更多的空間，提供了更好的整體使用者體驗。

例如：比如我們手機裡的桌布，可以呼叫onVisibilityChanged()方法。事實上，桌布可以是不可見的。但很容易忘記，持續繪製桌布會消耗很多的電量。

七、喚醒

有時候你得應用可能出於某種原因，需不時的被喚醒，去執行一些操作。

但是很少應用真正需要到提醒時間去強行喚醒裝置。當然鬧鐘這類程式會需要這種功能，但大多是等到使用者主動喚醒才工作。

多數情況下，應用需要將未來某一刻安排提醒到時，但對時間要求並不是很嚴格。為此Android定義了AlarmManager.setInexactRepeating(),它的引數和其“兄弟”setPepeating()基本相同，這種題型更節能，系統也避免了出現不必要的喚醒，Android定義了5個提醒間隔：

  • INTERVAL_FIFTEEN_MINUTES
  • INTERVAL_HALF_HOUR
  • INTERVAL_HOUR
  • INTERVAL_HALF_DAY
  • INTERVAL_DAY

最好的結果就是所有應用都使用這種提醒，而不用精確的觸發提醒。為了儘可能的節電，應用還可以讓使用者配置提醒的排程，因為有人發現較長時間間隔並不會對使用者體驗有不好的影響。

八、WakeLock

有些時候，一些應用即使長時間不和裝置互動，也要阻止進入休眠狀態，來保持良好的使用者體驗，就比如在看視訊的時候，這種情況下，CPU需要做視訊解碼，同時螢幕保持開啟，讓使用者能夠觀看。此外，視訊播放時螢幕不能變暗。

Android為這種情況設計了WakeLoac類

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();
}複製程式碼

有一點需要注意：需要WAKE_LOCK許可權。

系統的行為取決於WakeLock物件建立時傳入的flags：

  • PARTIAL_WAKE_LOCK(CPU開)
  • SCREEN_DIM_WAKE_LOCK(CPU開、暗色顯示)
  • SCREEN_BRIGHT_WAKE_LOCK(CPU開、明亮顯示)
  • FULL_WAKE_LOCK(CPU開、明亮顯示、鍵盤開)
    這些標記可以結合使用
  • ACQUIRE_CAUSES_WAKEUP(開啟螢幕和鍵盤)
  • ON_AFTER_RELEASE(WakeLock是放後繼續保持螢幕和鍵盤開啟片刻)
    特別重要的一點：一定要釋放WakeLock，在退出和暫停的時候，否則可能一直顯示，電量很快耗光。

預防問題

防止出現特殊的問題，建議使用帶超時的WakeLoac.acquire()版本，它會在超時後自動釋放。
另外：可以用setKeepScreenOn()方法控制是否要保持螢幕，只要可見的View指定了要保持螢幕，螢幕就會一直保留。

九、總結

使用者不會注意到應用是否延長了電池壽命。但是如果不做任何處理，那就有可能被注意到了。因為單個應用耗電過多，使用者幾天還是可以感受出來的，使用者到時候就會解除安裝用用，所以要對電量使用做一些優化處理，並且給使用者配置選項的自由，來應對使用者產生的各種需求。

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