参考文章
耗电的背景知识
- 电池技术：电池容量，充电时间，寿命，安全性；
- 电量和硬件：应用程序不会直接去消耗电池，而是通过使用硬件模块消耗相应的电能；CPU、屏幕、WiFi 和数据网络、GPS 以及音视频通话都是我们日常的耗电大户。
- 电量和应用程序：电能 = 电压 * 电流 * 时间，手机电压一般不会改变，所以模块电量(mAh) = 模块电流(mA) * 模块耗时(h)；
(1). 不同的厂商具体的数值都不太一样，我们可以通过下面的方法获取： 1. 从手机中导出/system/framework/framework-res.apk文件。 2. 使用反编译工具（如 apktool）对导出文件framework-res.apk进行反编译。 3. 查看power_profile.xml文件在framework-res反编译目录路径：/res/xml/power_profile.xml。 (2). 系统的电量消耗情况，我们可以通过 dumpsys batterystats 导出: adb shell dumpsys batterystats > battery.txt // 各个Uid的总耗电量，而且是粗略的电量计算估计。 Estimated power use (mAh): Capacity: 3450, Computed drain: 501, actual drain: 552-587 ... Idle: 41.8 Uid 0: 135 ( cpu=103 wake=31.5 wifi=0.346 ) Uid u0a208: 17.8 ( cpu=17.7 wake=0.00460 wifi=0.0901 ) Uid u0a65: 17.5 ( cpu=12.7 wake=4.11 wifi=0.436 gps=0.309 ) ... // reset电量统计 adb shell dumpsys batterystats --reset (3).当测试或者其他人反馈耗电问题时，bug report结合Battery Historian是最好的排查方法。 //7.0和7.0以后 $ adb bugreport bugreport.zip //6.0和6.0之前: $ adb bugreport > bugreport.txt //通过historian图形化展示结果 python historian.py -a bugreport.txt > battery.html 复制代码
- 模块电流应该怎样去获取呢？Android 系统要求不同的厂商必须在 /frameworks/base/core/res/res/xml/power_profile.xml 中提供组件的电源配置文件。
- Android 系统的电量计算PowerProfile也是通过读取power_profile.xml的数值而已；
Android 耗电的演进历程
- 野蛮生长：Pre Android 5.0
- Android 5.0 之前，系统并不是那么完善，对于电量优化相对还是比较少的。特别没有对应用的后台做严格的限制，多进程、fork native 进程以及广播拉起等各种保活流行了起来。
- 逐步收紧：Android 5.0～Android 8.0
- (5.0： Volta项目，JobScheduler,dumpsys batterystats,BatteryHistorian,修复native fork进程保活的bug)
- (6.0: 省电功能，Doze低功耗模式，AppStandby应用待机模式) (7.0: 优化省电功能，Doze加强版，implicit broadcasts限制，混合编译) (8.0: 更多优化省电功能，后台执行限制，后台位置限制)
- 从 Android 6.0 开始，Google 开始着手清理后台应用和广播来进一步优化省电。
- 最严限制：Android 9.0
- (9.0: 应用待机分组AppStandbyBueckets，应用后台限制BackgroundRestrictions，省电模式BatterySaver)
- 从 Android 9.0 开始，Google 对电源管理引入了几个更加严格的限制。
耗电优化
什么是耗电优化
- 所谓的耗电优化不就是减少应用的耗电，增加用户的续航时间吗？
- 但是落到实践中，如果我们的应用需要播放视频、需要获取 GPS 信息、需要拍照，这些耗电看起来是无法避免的。
从哪些方面优化
1. 后台耗电：
- 用户对于实际经常使用的应用耗电是有预期的，但是如果一个不常用的应用耗电耗却非常多就会很容易引起关注，所以电优化的第一个方向是优化应用的后台耗电；例如长时间获取 WakeLock、WiFi 和蓝牙的扫描等。
2. 符合系统的规则
- Android P 是通过 Android Vitals 监控后台耗电，所以我们需要符合 Android Vitals 的规则
后台 Alarm 唤醒、后台网络、后台 WiFi 扫描以及部分长时间 WakeLock 阻止系统后台休眠：
1. Alarm Manager Wakeup唤醒过多：手机非充电状态时，每小时唤醒次数大于10次；
2. 频繁使用局部唤醒锁：手机非充电状态时，partial wake lock持有超时1小时；
3. 后台网络使用过高：手机非充电状态时，且应用在后台，每小时网络使用量超过50MB；
4. 后台wifi scans过多：手机非充电状态时，且应用在后台，每小时大于4次；
复制代码耗电优化的几个问题
- 缺乏现场，无法复现；
- 信息不全，难以定位；
- 无法评估结果；
为什么需要在后台耗电
- 某个需求场景。最普遍的场景就是推送，为了实现推送我们只能做各种各样的保活。在需求面前，用户的价值可能被排到第二位。
- 代码的 Bug。因为某些逻辑考虑不周，可能导致 GPS 没有关闭、WakeLock 没有释放。
耗电优化的方法
- 找到需求场景的替代方案，后台任务的总体指导思想是减少、延迟和合并
- 推送：
- 厂商通道；
- 定时拉取最新消息；
- foreground service或引导用户加入白名单；
- 若需要后台运行：
/** * 开启 JobScheduler */ private void startJobScheduler() { if (Build.VERSION.SDK_INT >= Build.VERSION_CODES.LOLLIPOP) { JobScheduler jobScheduler = (JobScheduler) getSystemService(Context.JOB_SCHEDULER_SERVICE); JobInfo.Builder builder = new JobInfo.Builder(1, new ComponentName(getPackageName(), JobSchedulerService.class.getName())); // 设置仅在 充电和WIFI 下才使用 JobScheduler 进行批量任务处理 builder.setRequiresCharging(true) .setRequiredNetworkType(JobInfo.NETWORK_TYPE_UNMETERED); jobScheduler.schedule(builder.build()); } } //JobSchedulerService 就是用于进行批量任务处理的服务 /** * 用于进行批量任务处理的 JobSchedulerService */ @RequiresApi(api = Build.VERSION_CODES.LOLLIPOP) public class JobSchedulerService extends JobService { @Override public boolean onStartJob(JobParameters params) { // 此处执行在主线程 // 模拟一些处理：批量网络请求，APM日志上报 return false; } @Override public boolean onStopJob(JobParameters params) { return false; } } 复制代码
- 特定时间执行：AlarmManager(持有Wake Lock,时间间隔|重复的任务，不建议网络请求使用)
- 实时通信：FCM、MiPush
- 立刻执行：foreground service
- 符合Android规则
IntentFilter ifilter = new IntentFilter(Intent.ACTION_BATTERY_CHANGED); Intent batteryStatus = context.registerReceiver(null, ifilter); //获取用户是否在充电的状态或者已经充满电了 int status = batteryStatus.getIntExtra(BatteryManager.EXTRA_STATUS, -1); boolean isCharging = status == BatteryManager.BATTERY_STATUS_CHARGING || status == BatteryManager.BATTERY_STATUS_FULL; 复制代码
- 尽早适配最新的TargetAPI，版本越高，系统的限制约严格；
- 异常情况监控
- 监控异常情况并且上报日志，便于定位线上问题；
耗电监控
- 仿照Android Vitals指定自己的规则；
使用Java Hook实现耗电监控：
- WakeLock 用来阻止 CPU、屏幕甚至是键盘的休眠。类似 Alarm、JobService 也会申请 WakeLock 来完成后台 CPU 操作。
//WakeLock 的核心控制代码都在PowerManagerService中。
// 代理PowerManagerService
ProxyHook().proxyHook(context.getSystemService(Context.POWER_SERVICE), "mService", this)；
@Override
public void beforeInvoke(Method method, Object[] args) {
// 申请Wakelock
if (method.getName().equals("acquireWakeLock")) {
if (isAppBackground()) {
// 应用后台逻辑，获取应用堆栈等等
} else {
// 应用前台逻辑，获取应用堆栈等等
}
// 释放Wakelock
} else if (method.getName().equals("releaseWakeLock")) {
// 释放的逻辑
}
}
复制代码- Alarm 用来做一些定时的重复任务，它一共有四个类型，其中ELAPSED_REALTIME_WAKEUP和RTC_WAKEUP类型都会唤醒设备。
//Alarm 的核心控制逻辑都在AlarmManagerService中
// 代理AlarmManagerService
new ProxyHook().proxyHook(context.getSystemService
(Context.ALARM_SERVICE), "mService", this)；
public void beforeInvoke(Method method, Object[] args) {
// 设置Alarm
if (method.getName().equals("set")) {
// 不同版本参数类型的适配，获取应用堆栈等等
// 清除Alarm
} else if (method.getName().equals("remove")) {
// 清除的逻辑
}
}
复制代码- 其他
- 对于后台 CPU，我们可以使用卡顿监控学到的方法。
- 对于后台网络，同样我们可以通过网络监控学到的方法。
- 对于 GPS 监控，我们可以通过 Hook 代理LOCATION_SERVICE。
- 对于 Sensor，我们通过 Hook SENSOR_SERVICE中的“mSensorListeners”，可以拿到部分信息。
- 通过 Hook，我们可以在申请资源的时候将堆栈信息保存起来。当我们触发某个规则上报问题的时候，可以将收集到的堆栈信息、
电池是否充电、CPU 信息、应用前后台时间等辅助信息也一起带上。
通过插桩实现耗电监控
- 虽然使用 Hook 非常简单，但是某些规则可能不太容易找到合适的 Hook 点。而且在 Android P 之后，很多的 Hook 点都不支持了。
- 以WakeLock为例
public class WakelockMetrics {
// Wakelock 申请
public void acquire(PowerManager.WakeLock wakelock) {
wakeLock.acquire();
// 在这里增加Wakelock 申请监控逻辑
}
// Wakelock 释放
public void release(PowerManager.WakeLock wakelock, int flags) {
wakelock.release();
// 在这里增加Wakelock 释放监控逻辑
}
}
复制代码- Facebook 也有一个耗电监控的开源库Battery-Metrics
- 课后练习github.com/AndroidAdva…
电量检测方案
- 设置—耗电排行：直观，但没有详细数据，对解决问题帮助不大
- 使用广播监听电量变化—ACTION_BATTERY_CHANGED：价值不大：针对手机整体的耗电量，而非单个 App
- dumpsys batterystats：adb shell dumpsys batterystats > battery.txt
- Battery Historian：github.com/google/batt…
Gradle 耗电量统计插件中 BatteryCreateMethodVisitor 的核心实现代码
@Override
public void visitMethodInsn(int opcode, String owner, String name, String descriptor, boolean isInterface) {
// 监控 Wakelock
String monitorClass = "com/ss/android/ugc/bytex/example/battery_monitor/WakelockMetrics";
if (!monitorClass.equals(className)
&& "android/os/PowerManager$WakeLock".equals(owner)
&& opcode == Opcodes.INVOKEVIRTUAL
&& "acquire".equals(name)) {
mv.visitMethodInsn(
Opcodes.INVOKESTATIC,
monitorClass,
name,
"(Landroid/os/PowerManager$WakeLock;J)V",
isInterface
);
return;
}
if (!monitorClass.equals(className)
&& "android/os/PowerManager$WakeLock".equals(owner)
&& opcode == Opcodes.INVOKEVIRTUAL
&& "release".equals(name)) {
mv.visitMethodInsn(
Opcodes.INVOKESTATIC,
monitorClass,
name,
"(Landroid/os/PowerManager$WakeLock;)V",
isInterface
);
return;
}
// 监控 Gps
monitorClass = "com/ss/android/ugc/bytex/example/battery_monitor/GpsMetrics";
if (!monitorClass.equals(className)
&& "android/location/LocationManager".equals(owner)
&& opcode == Opcodes.INVOKEVIRTUAL
&& "requestLocationUpdates".equals(name)) {
mv.visitMethodInsn(
Opcodes.INVOKESTATIC,
monitorClass,
name,
"(Landroid/location/LocationManager;Ljava/lang/String;JFLandroid/location/LocationListener;)V",
isInterface
);
return;
}
if (!monitorClass.equals(className)
&& "android/location/LocationManager".equals(owner)
&& opcode == Opcodes.INVOKEVIRTUAL
&& "removeUpdates".equals(name)) {
mv.visitMethodInsn(
Opcodes.INVOKESTATIC,
monitorClass,
name,
"(Landroid/location/LocationManager;Landroid/location/LocationListener;)V",
isInterface
);
return;
}
// 监控 Alarm Service
monitorClass = "com/ss/android/ugc/bytex/example/battery_monitor/AlarmMetrics";
if (!monitorClass.equals(className)
&& "android/app/AlarmManager".equals(owner)
&& opcode == Opcodes.INVOKEVIRTUAL
&& "set".equals(name)) {
mv.visitMethodInsn(
Opcodes.INVOKESTATIC,
monitorClass,
name,
"(Landroid/app/AlarmManager;IJLandroid/app/PendingIntent;)V",
isInterface
);
return;
}
if (!monitorClass.equals(className)
&& "android/app/AlarmManager".equals(owner)
&& opcode == Opcodes.INVOKEVIRTUAL
&& "cancel".equals(name)) {
mv.visitMethodInsn(
Opcodes.INVOKESTATIC,
monitorClass,
name,
"(Landroid/app/AlarmManager;Landroid/app/PendingIntent;)V",
isInterface
);
return;
}
super.visitMethodInsn(opcode, owner, name, descriptor, isInterface);
}参考文章
- Android开发高手课-耗电优化（上）：从电量优化的演进看耗电分析
- Android开发高手课-耗电优化（下）：耗电的优化方法与线上监控
- 大众点评App的短视频耗电量优化实战
- Android Vitals
- Battery Historian
- Android后台调度任务与省电
- Android P 电量管理
- 电源管理限制
- 深入探索 Android 电量优化