Android性能优化-电量优化

2019-03-03 08:06发布

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私信

作者：黄俊彬
来源：http://www.jianshu.com/u/466f8b75f81c

1、前言

电量优化，这个名词在传统PC时代，我们基本很少听见。然而到了诺基亚时代，我们也同样很少关注。

直到了移动互联的智能机时代。电量优化才被慢慢的重视起来。可能的原因如下：

移动设备，不能一直使用电源供电，且电池容量有限
对于用户来说, 实际上App的电量损耗也是用户体验的一个方面。特别是当今人们对移动设备的依赖度越来越高

曾经我们一个BOSS发现使用APP，挂在后台。然后手机插着充电，然后睡了个觉。起床发现电量只充满了70-80%，然后... ...
最后发现是一个重要原因由于内测版本的长连接开启了日志记录，频繁的进行IO操作引起.
这个时候你还不能狡辩了，因为用户最简单能通过系统设置来查看应用的耗电量排名。

在电子编程世界，这种硬件消耗电量来执行任务的过程，叫做超时电流消耗，

任何电子编程专业的人都会告诉你，你的设备的各项活动在相同时间内，消耗的电量是不同的。

比如，很多手机号称待机好几天，这个确实是真的，不过就是使用飞行模式放在家里什么都不干，确实可以甚至可以坚持10多天。但是我们一旦使用它，比如使用蜂窝式无线数据交换(3G4G)、屏幕保持唤醒状态等。

作为开发者，我们很想知道我的应用执行的哪些任务消耗的电量是最多的？这个问题确实会很棘手。电量消耗的计算与统计是一件麻烦而且矛盾的事情，记录电量消耗本身也是一个费电量的事情（所以很多设备都把这个监测电量的功能阉割掉了。）。

唯一可行的方案是使用第三方监测电量的设备，这样才能够获取到真实的电量消耗（因为第三方硬件监测的时候是用的自己的供电而不是用的手机的电量）。

--Google电量优化-示例图--

2、手机那些地方最耗电？

（1）唤醒屏幕

当用户电量屏幕的时候，意味着系统的各组件要开始进行工作，界面也需要开始执行渲染。

待机状态的电量消耗：

使用和唤醒屏幕后：

当设备从休眠状态中，被应用程序假面唤醒时，你会看到在第一次唤醒时，这里有一条电量使用高峰线。

（2）CPU唤醒使用

CPU唤醒时的高峰线：

接下来就是后续的一些执行的消耗了：

当工作完成后，设备会主动进行休眠，这非常重要，在不使用或者很少使用的情况下，长时间保持屏幕唤醒会迅速消耗电池的电量

（3）蜂窝式无线

当设备通过无线网发送数据的时候，为了使用硬件，这里会出现一个唤醒好点高峰。接下来还有一个高数值，这是发送数据包消耗的电量，然后接受数据包也会消耗大量电量也看到一个峰值。

通常情况下，使用3G移动网络传输数据，电量的消耗有三种状态：

Full power: 能量最高的状态，移动网络连接被激活，允许设备以最大的传输速率进行操作。
Low power: 一种中间状态，对电量的消耗差不多是Full power状态下的50%。
Standby: 最低的状态，没有数据连接需要传输，电量消耗最少。

3、如何进行电量使用分析？

电量使用优化, 基本上是我们最不怎么关注的一项优化。可能很多公司连QA/Tester也不会关注测试App电量的使用。

一般来说开发和测试的测试设备也一直是连着USB处于充电状态的,感官上也体会不到电量的损耗。

要进行电量优化，我们首先得知道电都消耗到那里去了，不然如何进行针对性的优化呢？

答案是通过google开源的Battery Historian来进行分析。

（1）电量数据收集

Android 5.0及以上的设备, 允许我们通过adb命令dump出电量使用统计信息.

1.因为电量统计数据是持续的, 会非常大, 统计我们的待测试App之前先reset下, 连上设备, 命令行执行:

$ adb shell dumpsys batterystats --reset
Battery stats reset.

2.断开测试设备, 操作我们的待测试App.

3.重新连接设备, 使用adb命令导出相关统计数据:

// 此命令持续记录输出, 想要停止记录时按Ctrl+C退出.
$ adb bugreport > bugreport.txt

导出的统计数据存储到bugreport.txt, 此时我们可以借助如下工具来图形化展示电池的消耗情况.

注意, 官方SDK文档导出文件方式为:
adb shell dumpsys batterystats > batterystats.txt
使用python historian.py batterystats.txt > batterystats.html查看数据
是battery-historian老版本的使用方式. 目前Battery Historian已更新2.0版本, 推荐使用bugreport方式导出数据分析, 可以看到更多信息.

（2）安装工具

工具开源地址:

https://github.com/google/battery-historian

根据gitbub上面介绍，Battery History工具的安装有两种方式：

通过安装Docker环境来安装。（这种方式很简单，Docker真心好用，太彪悍了！）

Docker是一种容器，一般用于云计算和大数据平台。提倡的一种思想就是：软件即服务。这句话不是盖的，一句话就可以将别人发布的docker服务环境一次全部copy过来(注意是整个软件环境哦，相当于复制了一台一模一样的主机，连软件都不要安装了，全有了。彪悍吧！)

Docker只支持Windows10

由于笔者使用的window，无法通过Docker的方式，所以是采用第2点进行安装

2.通过编译gitbub上面的源码来安装

这真是一个虐心的过程，因为Battery History是Go语言开发的。我们需要安装Go环境、Pytho环境、Git环境，并配置好相关的环境变量。具体的软件安装教程就不附上了，这里贴一下工具的下载地址。

Go下载地址：

https://golang.org/doc/install?download=go1.7.3.windows-amd64.msi

Python下载地址：

https://www.python.org/

Git下载地址：

https://git-scm.com/

需要注意的是, Battery Historian是Go语言的, 安装Go的时候需要配置其bin的环境变量.
Python环境需要是2.7的(3.x不行), 建议使用pyenv管理本地的python环境.
另外, 因为Battery Historian是一个网页版工具, 涉及一些JS引用, 有时需要爬梯子

安装及成功配置环境变量后

1.输入命令行go get -d -u github.com/google/battery-historian/…

**下载到GOPATH配置目录下

2.进入到$GOPATH/src/github.com/google/battery-historian目录下方

$ cd $GOPATH/src/github.com/google/battery-historian

3.运行Battery Historian

1） go run setup.go

Compile Javascript files using the Closure compiler

$ go run setup.go

等待数分钟或者10分钟左右，如果仍然没有下载成功，可以手动下载，如下操作

**下载【closure-library】和【closure-compiler】和【flot-axislabels】，解压放到GOROOT目录下third_party文件夹下方的的closure-compiler和closure-library和flot-axislabels文件夹 ../battery-historian\third_party；如果没有均手动创建

2）go run cmd/battery-historian/battery-historian.go

Run Historian on your machine (make sure $PATH contains $GOBIN)

$ go run cmd/battery-historian/battery-historian.go [--port ]

4.检查/battery-historian是否运行，登录网址 http://localhost:9999查看

千呼万唤使出来，不容易。这里建议使用Chrome浏览器，并且一定要使用VPN，不然各种莫名的问题

（3）分析指标

工具安装完成后，我们将adb采集的数据上传至Battery Historian，就可以得到电量的分析情况。

那么关键来了，这些指标具体代表什么含义呢？这里我们来做一下解释。

1.横坐标

横坐标就是一个时间范围，咱们的例子中统计的数据是以重置为起点，获取bugreport内容时刻为终点。我们一共采集了多长时间的数据

2.纵坐标

关键的数据点我们用表格来汇总一下。

4、如何进行电量优化？

关键的地方来了。了解了手机关键耗电的地方及分析耗电的工具后。接下来就是我们的核心，如何来进行电量的优化呢？首先我们先简单总结汇总一下耗电的相关因素

屏幕亮暗相关
设备awake,sleep的切换,尤其是唤醒.
CPU运行相关
网络
传感器

我们接下来根据因素来逐一进行优化建议。

（1）点滴积累

我们都知道屏幕的渲染及CPU的运行是耗电的主要因素之一。所以其实当我们在做内存优化、渲染优化、计算优化的时候，就已然在做电量优化。

所以平时的开发中，我们要注意点滴性能的优化积累，实际上当我们来做电量分析的时候，也是在找自己挖的坑。所以尽量有意识在项目的开发过程中尽量少挖坑。所以这一点是我们在分析其他优化项首先要提到的一个点。

（2）监听手机充电状态

我们可以通过下面的代码来获取手机的当前充电状态：

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。

这里我们就需要思考，根据我们自己的业务，那些为了省电，可以放当手机插上电源的时候去做。
往往这样的情况非常多。像这些不需要及时地和用户交互的操作可以放到后面处理。
比如：360手机助手，当充上电的时候，才会自动清理手机垃圾，自动备份上传图片、联系人等到云端；再比如我们自己的APP，其中有一块业务是相册备份，这个时候有一个选项控制让用户选择是否在低于15%的电量时还继续进行备份，从而避免当用户手机低电量时，任然继续进行耗电操作。

（3）屏幕唤醒

当Android设备空闲时，屏幕会变暗，然后关闭屏幕，最后会停止CPU的运行，这样可以防止电池电量掉的快。

但有些时候我们需要改变Android系统默认的这种状态：比如玩游戏时我们需要保持屏幕常亮，比如一些下载操作不需要屏幕常亮但需要CPU一直运行直到任务完成。

保持屏幕常亮

最好的方式是在Activity中使用FLAG_KEEP_SCREEN_ON 的Flag。

这个方法的好处是不像唤醒锁（wake locks），需要一些特定的权限（permission）。并且能正确管理不同app之间的切换，不用担心无用资源的释放问题。

另一个方式是在布局文件中使用android:keepScreenOn属性：

android:keepScreenOn = ” true “的作用和FLAG_KEEP_SCREEN_ON一样。使用代码的好处是你允许你在需要的地方关闭屏幕。

注意：一般不需要人为的去掉FLAG_KEEP_SCREEN_ON的flag，windowManager会管理好程序进入后台回到前台的的操作。

如果确实需要手动清掉常亮的flag，使用getWindow().clearFlags(WindowManager.LayoutParams.FLAG_KEEP_SCREEN_ON)

所以这里我们自己的APP需要根据业务来控制好是否保持屏幕常量。比如我们的APP需要支持视频播放。那么在播放的界面需要控制好不熄屏。当退出播放时，当然就没有了这个设置。

（4）WakeLock

wake_lock锁主要是相对系统的休眠而言的，意思就是我的程序给CPU加了这个锁那系统就不会休眠了，这样做的目的是为了全力配合我们程序的运行。有的情况如果不这么做就会出现一些问题。

需要使用PowerManager这个系统服务的唤醒锁(wake locks)特征来保持CPU处于唤醒状态。唤醒锁允许程序控制宿主设备的电量状态。创建和持有唤醒锁对电池的续航有较大的影响，所以，除非是真的需要唤醒锁完成尽可能短的时间在后台完成的任务时才使用它。比如在Acitivity中就没必要用了。如果需要关闭屏幕，使用上述的FLAG_KEEP_SCREEN_ON。

只有一种合理的使用场景，是在使用后台服务在屏幕关闭情况下hold住CPU完成一些工作。要使用唤醒锁，如果不使用唤醒锁来执行后台服务，不能保证因CPU休眠未来的某个时刻任务会停止，这不是我们想要的。