android 耗电分析与性能优化

1.官方的建议
1.1 电池续航时间优化（Optimizing Battery Life）
参考文章：优化电池使用时间
已有中文的详细说明，此处做简要说明：
（1）监控电池电量和充电状态(Monitoring the Battery Level and Charging State）
通过系统广播，获取充电状态和电池电量的变化来调整数据更新等操作；如在充电时，更新数据及应用，在低电量时，减少更新频率或停止gen
（2）确定和监控基座对接状态和类型（Determining and Monitoring the Docking State and Type）
和监控充电状态类似，通过系统广播，获取充电基座类型（车载基座、桌面基座），改变应用更新频率和方式
（3）确定和监控网络连接状态（Determining and Monitoring the Connectivity Status）
也和监控充电状态类似，根据当前连接网络的类型采取不同的策略。一般情况WiFi耗电要比移动数据流量低很多。监听CONNECTIVITY_CHANGE，可以在网络状态变化时调整策略
（4）根据需要操作广播接收器(Manipulating Broadcast Receivers On Demand）
主要说明可通过PackageManager的setComponentEnabledSetting方法来改变组件的启用与禁用。需要注意的是，此方法会导致应用的通知栏变化，不过系统会发送Intent.ACTION_PACKAGE_CHANGED广播，而且要留心这种变化的持续性，避免误认为广播接收器偶尔不正常。

1.2 数据传输中减少耗电
参考文章： Transferring Data Without Draining the Battery
此系列文章主要介绍与数据传输相关方面，减少电量消耗。首先，以3G数据网络状态机为例，说明无线射频在standby 、low power 、full power三种状态下的切换，一般减少频繁的网络连接，而延长在full power模式，获取更多数据，如采取预获取、合并获取数据等；另一方面，减少不必要的重连接和获取无用的数据；最后还是要区分在不同的网络类型下，采用不同的策略，考虑GPRS等网络实际的速度带宽等

1.3 针对 Doze和App Standby的优化
文章链接：Optimizing for Doze and App Standby
在Android6.0上引入了Doze和应用的Standby。在Doze模式下，应用的网络连接，CPU的使用都被严格控制，甚至唤醒锁（wake lock）和普通的Alarm也被忽略，但是会周期性地退出，使应用可以完成被推迟的工作

为了适配此种模式，一方面考虑其被延迟执行的影响（如心跳等），以及在后台，程序是否有必要执行某些操作，另一方面，它还是保留了setAlarmClock() 和提供setAndAllowWhileIdle() 和 setExactAndAllowWhileIdle()，但应考虑不同设备，应用实际唤醒间隔时间。在官方描述是不少于9分钟或者15分钟。

应用的Standby，主要是指系统判定用户不在使用应用时，推迟应用在后台的活动，包括网络访问、周期任务等；而判定的条件，排除此应用具有前台进程和具有通知栏。

然后都给出了测试方法，可以直接利用adb命令进入测试模式
（1）Doze
$ adb shell dumpsys battery unplug
$ adb shell dumpsys deviceidle step
第二条指令需要执行多次
 (2）Standby
$ adb shell dumpsys battery unplug
$ adb shell am set-inactive <packageName> true
退出此模式：
$ adb shell am set-inactive <packageName> false
$ adb shell am get-inactive <packageName>

最后说明的是进入Doze是有比较严格的条件的，官方说明是在屏幕关闭后，没有连接电源且没有活动一定时间后（如1小时），而且屏幕一旦开启或连接电源即退出Doze模式。同时系统也提供了白名单功能，如果觉得自己的应用进入Doze模式后，依然需要正常使用，可以通过ACTION_IGNORE_BATTERY_OPTIMIZATION_SETTINGS 引导用户将自己加白。然而厂商实际执行可能会有差别，如在华为手机上，屏幕关闭几分钟后，应用就已经被挂起；定制ROM比较严重的厂商，还会对屏幕关闭后，执行杀死进程，关闭网络等操作，都需要额外的考虑。细节不描述，因为这是保活的问题，具体可参考Android微信智能心跳方案和其它方案，但需要考虑对自身应用耗电的影响，比如心跳包无法发出，导致频繁重连接，导致频繁的证书交换（在此提及的原因是用https或者直接利用ssl，连接过程中验证服务端都会涉及到证书链的下载，而单个证书可能就有几K大小，证书链可能会到10K，特别是在数据网络下，频繁的连接带来的消耗非常大）等都是耗电耗流量大户。

2.其他经验
此处的经验是在电量统计的基础上得出的（后面会做些电量统计的说明）。耗电大户主要是设备唤醒、CPU和网络、传感器。
（1）设备唤醒单提出来说是因为通过Alarm可唤醒设备，而项目中不限制的滥用，导致系统被频繁唤醒；再加上不恰当的使用wake lock，没有释放wake lock，使得系统长时间无法进入休眠，势必导致高耗电，可参考（android设备休眠）
 ( 2）CPU和网络耗电方面，主要是减少I/O操作（包括数据库操作），大量的计算；减少网络网络请求次数和数据量
（3）传感器：设备屏幕亮度、颜色背景等需要考虑，但除了阅读类等应用，一般是不太考虑屏幕消耗的。更多的是对GPS的使用注意，减少无用的GPS请求和及时关闭GPS搜索，比如室内是无法使用GPS完成定位的。

原来统计耗电都参考《深入浅出Android App耗电量统计》
工具如腾讯的GT值得推荐

3.统计、查找、分析并优化实践
此处的统计主要针对batterystats上进行。在Android5.0已经提供了adb shell dumpsys batterystats命令，而且在Android6.0上数据统计更详细。官方的文档Batterystats and Battery Historian Walkthrough，简单的测试步骤：
（1）插入手机
  $adb shell dumpsys batterystats --reset
（2）拔掉手机，开始测试
（3）$adb shell dumpsys batterystats > filename.txt 保存统计数据
然后可以下载并使用官方的python脚本生成html查看，也可以直接用文本文档查看。统计数据中包括了详尽的电量，wake lock，网络使用的统计，具体到UID及其中的进程。列出一部分微信的在自己手机中使用的数据，有删减：
  
u0a90:
Mobile network: 908.38KB received, 144.94KB sent (packets 1063 received, 1219 sent)
Mobile radio active: 5m 27s 337ms (31.9%) 15x @ 143 mspp
Wi-Fi network: 3.52MB received, 454.37KB sent (packets 3628 received, 3645 sent)
Wake lock WakerLock:180110109: 12s 444ms partial (52 times) realtime
Wake lock *alarm*: 3s 362ms partial (24 times) realtime
...
TOTAL wake: 59s 188ms partial realtime
Foreground activities: 18m 37s 145ms realtime (32 times)
Foreground for: 1h 49m 14s 993ms
Total cpu time: u=3m 57s 240ms s=1m 4s 170ms p=0mAh
Proc com.tencent.mm:tools:
CPU: 1m 57s 260ms usr + 31s 570ms krn ; 0ms fg
3 starts
Proc com.tencent.mm:exdevice:
CPU: 1s 290ms usr + 2s 590ms krn ; 0ms fg
Proc com.tencent.mm:
CPU: 1m 46s 610ms usr + 22s 920ms krn ; 4m 21s 940ms fg
Proc com.tencent.mm:push:
CPU: 7s 250ms usr + 5s 50ms krn ; 0ms fg
Proc com.tencent.mm:sandbox:
CPU: 0ms usr + 0ms krn ; 0ms fg
1 starts
Apk com.tencent.mm:
Wakeup alarm *walarm*:ALARM_ACTION(7277): 22 times
Wakeup alarm *walarm*:com.tencent.mm/.booter.MMReceivers$AlarmReceiver: 7 times
Service com.tencent.mm.sandbox.updater.UpdaterService:
Created for: 11s 53ms uptime
Starts: 1, launches: 1
...
Service com.tencent.mm.plugin.webview.stub.WebViewStubService:
Created for: 0ms uptime
Starts: 0, launches: 9

从上能够分析出微信在这段测试时间详细的网络消耗，包括移动网络和WiFi网络，CPU的使用，Alarm，以及Service的启动和运行时长等信息，基于此，再逐项排查和减少电量消耗。对于alarm的触发，网络的请求问题的定位从代码上能比较方便的搜索到，但是CPU的消耗，则需要通过Android提供的Profiling工具来实现，它会帮你定位出CPU的时间都消耗在哪个函数上。具体可参考Profiling with Traceview and dmtracedump，网络上有很多的使用教程。

简单附上统计的说明：

应用UID：u0a90

移动网络数据统计和时长统计

WiFi网络数据统计

Wake lock统计，包括通过alarm触发次数

应用前台页面信息

CPU使用统计，包括各个进程的使用信息

Servce信息