Android性能优化-电量

Index

1. 1. 1.简介
2. 2. 2 网络访问策略
   1. 2.1. 2.1 无网络下访问策略
   2. 2.2. 2.2 移动网络与WIFI下的网络请求策略
   3. 2.3. 2.3 电量与数据更新策略
   4. 2.4. 2.4 移动网络下网络请求策略
3. 3. 3. 数据缓存策略
4. 4. 4. Alarm定时任务
5. 5. 5. 界面刷新与算法优化
6. 6. 6. 应用界面亮度
7. 7. 7. BroadcastReceiver使用策略
8. 8. 8. 电量分析工具
9. 9. 9. 总结

摘要：电池电量使用问题分析。

1.简介

　　应用电量损耗主要在获取网络数据、休眠唤醒CPU、CPU高负荷执行代码、LCD亮度，这里总结了电量损耗的原因以及相关解决策略，其中大部分内容参照谷歌给出的教程。

2 网络访问策略

　　在没有连接到网络的情况下访问网络不仅无法得到想要的结果，反而会导致不必要的电量损耗。另外通过移动网络（2G/3G/4G）相对WIFI来讲更加耗电，制定合理的网络访问策略能很大的节省电量。

2.1 无网络下访问策略

　　在无网络的情况下，访问网络进行数据读取操作是没有必要。测试中发现很多应用都会尝试去获取数据，更有些极端的情况是应用线程中一种循环尝试，导致CPU占用率一直很高。
　　因此可以首先通过ConnectivityManager先进行网络判断，如果网络无连接则不进行下载处理；接下来接收action为android.net.conn.CONNECTIVITY_CHANGE广播再判断网络是否连接再次启动任务进行下载。
　　
　　网络判断如下：

ConnectivityManager cm =(ConnectivityManager)context.getSystemService(Context.CONNECTIVITY_SERVICE);
NetworkInfo activeNetwork = cm.getActiveNetworkInfo();
boolean isConnected = activeNetwork != null && activeNetwork.isConnectedOrConnecting();

　　广播侦听AndroidManifest中自定义的BroadcastReceiver加入：

<action android:name="android.net.conn.CONNECTIVITY_CHANGE"/>

2.2 移动网络与WIFI下的网络请求策略

　　移动网络通常需要算流量计费，这意味着需要支付更多的费用，不单如此使用移动网络的功耗要远远大于WIFI。因此在移动网络情况下，多方面考虑都有必要减少网络操作。
　　当然用户可能会长时间只使用移动网络，对于这种情况下可以适当降低网络请求频率，特别是对于定时更新检测操作。当用户切换到数据网络时，有必要主动挂起下载并等待连接WIFI后再进行恢复下载。

　　判断是否为WIFI网络如下：

ConnectivityManager cm = (ConnectivityManager)context.getSystemService(Context.CONNECTIVITY_SERVICE);
NetworkInfo activeNetwork = cm.getActiveNetworkInfo();
boolean isWiFi = activeNetwork.getType() == ConnectivityManager.TYPE_WIFI;

2.3 电量与数据更新策略

　　当电池低电时，可以将更新频率设为最低或者不做更新检测；当正在充电时，可以将更新频率设为最高。
　　通过BatteryManager发送粘性广播Intent.ACTION_BATTERY_CHANGED可以直接获取电池充电状态。获取充电状态如下：

IntentFilter ifilter = new IntentFilter(Intent.ACTION_BATTERY_CHANGED);
Intent batteryStatus = context.registerReceiver(null, ifilter);
// Are we charging / charged?
int status = batteryStatus.getIntExtra(BatteryManager.EXTRA_STATUS, -1);
boolean isCharging = status == BatteryManager.BATTERY_STATUS_CHARGING ||
                     status == BatteryManager.BATTERY_STATUS_FULL;
// How are we charging?
int chargePlug = batteryStatus.getIntExtra(BatteryManager.EXTRA_PLUGGED, -1);
boolean usbCharge = chargePlug == BatteryManager.BATTERY_PLUGGED_USB;
boolean acCharge = chargePlug == BatteryManager.BATTERY_PLUGGED_AC;

当充电状态变化时BatteryManager会发送action为android.intent.action.ACTION_POWER_CONNECTED和android.intent.action.ACTION_POWER_DISCONNECTED广播。因此注册广播侦听：

<receiver android:name=".PowerConnectionReceiver">
  <intent-filter>
    <action android:name="android.intent.action.ACTION_POWER_CONNECTED"/>
    <action android:name="android.intent.action.ACTION_POWER_DISCONNECTED"/>
  </intent-filter>
</receiver>

广播中获取充电状态：

public class PowerConnectionReceiver extends BroadcastReceiver {
    @Override
    public void onReceive(Context context, Intent intent) {
        int status = intent.getIntExtra(BatteryManager.EXTRA_STATUS, -1);
        boolean isCharging = status == BatteryManager.BATTERY_STATUS_CHARGING || status == BatteryManager.BATTERY_STATUS_FULL;
        int chargePlug = intent.getIntExtra(BatteryManager.EXTRA_PLUGGED, -1);
        boolean usbCharge = chargePlug == BatteryManager.BATTERY_PLUGGED_USB;
        boolean acCharge = chargePlug == BatteryManager.BATTERY_PLUGGED_AC;
    }
}

2.4 移动网络下网络请求策略

　　通常设备在不工作状态下都会进入低功耗状态，如果被激活，那么恢复到低功耗状态需要等待一段时间，例如典型的 3G 无线电网络有三种能量状态：
　　　- Full power：当无线连接被激活的时候，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：最小的能量状态，没有被激活或者需求的网络连接。
　　在低功耗和空闲的状态下，电量消耗会显著减少。这里也会介绍重要的网络请求延迟。从 low power 能量状态返回到 full power 大概需要花费1.5秒，从空闲能量状态返回到 full power 状态需要花费2秒。
　　为了最小化延迟，状态机使用了一种后滞过渡到更低能量状态的机制。下图是一个典型的 3G 无线电波状态机的图示（AT&T电信的一种制式）。

　　由于存在状态切换延迟，因此最好将数据请求放在一段时间内处理，而不是频繁唤醒导致碎片化问题。具体查看谷歌教程：https://yazone.gitbooks.io/android-training-course-in-chinese/content/connectivity/efficient-downloads/efficient-network-access.html

3. 数据缓存策略

　　能用缓存尽量用缓存，使用缓存的目的不仅仅是因为数据读取速度以及流量问题，缓存还可以减少因为网络访问带来的电量损耗。

4. Alarm定时任务

　　Android提供了AlarmManager用来执行定时回调，用户可以设置ELAPSED_REALTIME、RTC、ELAPSED_REALTIME_WAKEUP以及RTC_WAKEUP，其中带_WAKEUP后缀类型将使设备从休眠状态中唤醒。我们知道当CPU处于休眠状态时功耗相当的低，基本不会怎么耗电，而被唤醒后功耗将大大增加。
　　当应用频繁唤醒CPU时，会因为CPU长期处于高功耗的状态下，导致系统待机时间显著减少，虽然应用可能只是做了个状态检测。
　　因此对于不需要及时通知用户的行为，例如应用检测更新，应用应该尽量使用不带后缀_WAKEUP的类型来执行定时任务。而对于多个需要唤醒CPU的操作，应该尽量在同一时刻触发。
　　在Android 5.0后，系统提供了JobScheduler给应用来批量处理非紧急的定时任务。基于相同原理，小米提出了系统时钟对齐的概念，通过修改系统来减少CPU被唤醒的次数，不过这样有可能会导致应用响应有一定的延时，这个需要权衡。
　　（JobSheduler用法参见博客http://blog.csdn.net/cuiran/article/details/42805057）

5. 界面刷新与算法优化

　　当界面刷新时，电流会产生跳变，例如动画、滑屏，功耗也将显著增加，因此没有任何交互时最好不要做动态效果，例如跑马灯。
　　界面刷新率越高，算法越复杂，CPU运算量就越大，从而导致的功耗就越大。运算量越小的话流畅度相对来讲也会越高，关于“卡”的问题后面再进行讨论。

6. 应用界面亮度

　　除了系统屏幕亮度外，应用界面表现出越亮，功耗也会越大，例如黑色背景比白色背景要省电得多。在阅读应用中，对黑底白字和白底黑字的阅读界面两者来讲，前者比后者省电。对于这种需要长时间使用的应用来讲，设计时是有必要考虑暗色背景。
　　调节屏幕亮度100%的情况下，测试下面两个背景图中前一个功耗要比后一个功耗大80mA以上。

7. BroadcastReceiver使用策略

　　当应用接收到一个广播时，可能会唤醒进程进行操作，在无网络状态下进行需要网络的操作会带来不必要的功耗问题。
　　考虑以下场景：当应用收到一个广播后，启动一个线程去下载图片。这里在下载图片前可以先判断网络是否连接，可以省却了请求操作；更进一步在启动线程前加入判断，可以省却线程创建带来的资源消耗。没网络的时候，这个广播可以不必侦听，通过PackageManager的setComponentEnabledSetting可以开启关闭应用组件。如下开启广播组件：

ComponentName receiver = new ComponentName(context, myReceiver.class);
PackageManager pm = context.getPackageManager();
pm.setComponentEnabledSetting(receiver,
        PackageManager.COMPONENT_ENABLED_STATE_ENABLED,
        PackageManager.DONT_KILL_APP)

　　我们只需要侦听网络连接状态一个广播，网络连接打开后开启广播接收者组件，关闭网络时关闭广播接收者组件。
　　同样对于其他广播，动态更改接收广播策略（动态注册或设置组件是否可用）有助于降低应用的功耗，例如应用可见时才接收广播，如电量变换、下载进度侦听广播等。

8. 电量分析工具

　　Google推出的Battery Historian能够分析adb bugreport导出信息并视图化显示。如下图：

　　Battery Historian相关内容将在接下来介绍。

9. 总结

　　电池电量消耗归根到底是硬件在工作，硬件是否需要工作以及工作时间长短由软件控制，例如优化算法可以减少CPU运行时长、修改网络访问策略降低网络模组工作时长等。优化的根本就在于让软件少做事，做真正需要做的事。