性能優化總綱：
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性能優化經驗。
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，算不上什么，希望有錯誤或問題在下面評論。最后完結以后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。移動設備使用電池，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，如果你的程序被用戶發現耗電量過多很容易被卸載，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，又不影響用戶體驗的方法。
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，除去屏幕和CPU所消耗的電量以外，設備使用多少電量嚴重以來所有應用都做了什么，也就是取決于你的應用是如何設計和實現的。
一般有如下功能：
- 執行代碼(顯而易見)
- 數據傳輸(上傳和下載，使用WiFi，2G,3G,4G)
- 定位
- 傳感器
- 渲染圖像
- 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，可以得到設備上的電量消耗信息：
$ adb shell dumpsys batterystats > xxx.txt //得到整個設備的電量消耗信息
$ adb shell dumpsys batterystats > com.package.name > xxx.txt //得到指定app相關的電量消耗信息
得到了原始的電量消耗數據之后，我們需要通過Google編寫的一個python腳本把數據信息轉換成可讀性更好的html文件：
$ python historian.py xxx.txt > xxx.html
打開這個轉換過后的html文件，可以看到類似TraceView生成的列表數據，這里的數據信息量很大，這里就不展開了。
- Track Battery Status & Battery Manager
我們可以通過下面的代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!”);
}
在上面的例子演示了如何立即獲取到手機的充電狀態，得到充電狀態信息之后，我們可以有針對性的對部分代碼做優化。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);
}
2、另一種方法得到耗電量
APP獲取電量算法。經過查看源碼，我們看到app計算電量的算法如下：
-
在主Activity里面 info.getBatteryStats() 就搞定了。 首先 load（），如果load失敗，走CPU時間計算，通過getAppListCpuTime這樣函數。 CPU的時間計算，有3個核心步驟：
- ActivityManager遍歷runningApp進程，獲取對應pid
- getAppProcessTime（pid）通過讀取/proc/pid/stat文件，拿取APP在CPU的運行時間。
- 重新為BatterySipper附值：+time；
獲取APP消耗 processAppUsage();也分三步走：
- 通過PowerProfile 獲取cpu的速度層次（speedsteps），方便后面使用
- 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
- mPowerProfile.getAveragePower(PowerProfile.POWERCPUACTIVE,p)
很多地方都用到這個API獲取power。那它究竟做了些什么呢?查看系統源碼可以知道：
實際上這句話是獲取1個叫PowerMap的數據結果，獲得電量。
而PoweMap的賦值，是來源于com.android.internal.R.xml.powerprofile 的文件。
關于該文件的獲取 android-版本號/core/res/res/xml/powerprofile.xml
計算各種耗電量的詳細算法是：
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包含了電池信息，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發送的這四個廣播時，只要有一個發生，應用就會啟動。這樣有一個嚴重的缺陷，如果你在前臺運行時，是沒有問題的，但是如果在后臺時，還出現Toast消息(非系統提醒)，就有可能干擾其他應用，損害用戶體驗。
所以我們有一個很好的解決：
- 只有當應用在前臺運行時才可以啟用廣播
- 步驟：
1、廣播接收器默認必須是禁用
2、廣播接收器必須在onResume()中啟用，在onPause()被禁用
三、控制網絡
現在基本所有的應用都必須在設備和服務器之間傳遞數據，就像獲取電池狀態一樣，應用需要獲取設備商的網絡鏈接信息。
ConnectivityManager類提供了API。供應用調用以此訪問網絡信息。
Android設備通常由多個數據連接:
- Bluetooth
- Ethernet
- Wi_Fi
- WiMax
- 移動網絡(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：
- 后臺數據設置
- 數據傳輸頻度
后臺數據
可以通過下面這個方法來獲取后臺數據的設置，
不過在4.0以后，這個方法始終返回為true，當強行不允許時，網絡會斷開。
ConnectivityManager的getBackgroundDataSetting()
數據傳輸傳輸速率的差異非常大，從小于每秒100Kb的GPRS數據連接到每秒幾Mb的LTE或Wifi都有。除了連接類型，NetWorkInfo類還指定了連接的子類型，例如：
- NETWORK_TYPE_GPRS(API 1)
- NETWORK_TYPE_LTE(API 11)
- NETWORK_TYPE_HSPAP(API 13)
如果創建和部署了新技術，也會增加新的子類型。留意一下每個SDK版本的改動。人們都習慣更快的連接，即使WiFi芯片耗電量比較多，但Wifi的速率和免費可以讓數據在最短時間最小成本完成傳輸，從而降低電池消耗。
如果能控制數據的傳輸類型，就可以現壓縮數據，再傳輸到設備上。雖然解壓縮數據耗費CPU，也多用了些電量，但傳輸速度大大加快，數據通訊設備可以很快關閉，從而延長了電池壽命。通常我們這么做：
使用GZIP壓縮文本數據，使用GZIPInputStream類訪問數據；
使用匹配設備分辨率的資源(比如：不必為320480的屏幕下載19201080的圖片)
四、定位
現在很多的App都會做一件事：獲取你的定位信息。一些用戶可能愿意犧牲電池壽命來頻繁的更新位置，而其他人定遠縣志更新次數，以確保設備點亮不會很快消耗完，所以需要提供不同的昔陽縣來滿足用戶需求。
1、注銷監聽器還是和處理廣播那樣，在onPause()中調用removeUpdates()可以注銷監聽器。
2、并且可以用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，不知道的戳這里
五、傳感器
傳感器是個很有意思的東西，與定位服務有點類似：應用向特定的傳感器注冊監聽器，獲得更新通知。
也是可以通過降低通知頻率來省點，由于，每個設備不同，應用可以測量這4種延遲通知的頻率，選擇兼顧用戶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屏幕上畫東西，無論是使用GPU渲染的3D游戲還是使用CPU的日歷程序，都想只以最少的代價賴在屏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的內核、Android以及現代處理器都支持這種技術。
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，你可可以為后臺運行的應用留出更多的空間，提供了更好的整體用戶體驗。
例如：比如我們手機里的壁紙，可以調用onVisibilityChanged()方法。事實上，壁紙可以是不可見的。但很容易忘記，持續繪制壁紙會消耗很多的電量。
七、喚醒
有時候你得應用可能出于某種原因，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設備。當然鬧鐘這類程序會需要這種功能，但大多是等到用戶主動喚醒才工作。多數情況下，應用需要將未來某一刻安排提醒到時，但對時間要求并不是很嚴格。為此Android定義了AlarmManager.setInexactRepeating(),它的參數和其“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。為了盡可能的節電，應用還可以讓用戶配置提醒的調度，因為有人發現較長時間間隔并不會對用戶體驗有不好的影響。
八、WakeLock
有些時候，一些應用即使長時間不和設備交互，也要阻止進入休眠狀態，來保持良好的用戶體驗，就比如在看視頻的時候，這種情況下，CPU需要做視頻解碼，同時屏幕保持開啟，讓用戶能夠觀看。此外，視頻播放時屏幕不能變暗。
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();
}
有一點需要注意：需要WAKE_LOCK權限。
系統的行為取決于WakeLock對象創建時傳入的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(打開屏幕和鍵盤)
- ON_AFTER_RELEASE(WakeLock是放后繼續保持屏幕和鍵盤開啟片刻)
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，它會在超時后自動釋放。另外：可以用setKeepScreenOn()方法控制是否要保持屏幕，只要可見的View指定了要保持屏幕，屏幕就會一直保留。
九、總結
用戶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，用戶幾天還是可以感受出來的，用戶到時候就會卸載用用，所以要對電量使用做一些優化處理，并且給用戶配置選項的自由，來應對用戶產生的各種需求。
