【Android】性能优化：电量消耗统计

古城微笑少年丶 2022-04-12 09:12 548阅读 0赞

电量的消耗和使用对于移动设备非常重要，一项[调查问卷][Link 1]显示，电池的容量和寿命是手机最重要的营销点：所谓“the one thing that you can't do without”。

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3hpYW93ZWlfY3F1_size_16_color_FFFFFF_t_70][]

## 硬件 ##

从硬件的角度看，Android电量的消耗主要来自屏幕，CPU，网络设备和各样的传感器：指纹，亮度，温湿度，陀螺仪，加速器等等。通常情况下，屏幕是耗电量最大的模式。一般来讲，Android设备的屏幕主要分为两种：[Liquid-crystal display (LCD)][Liquid-crystal display _LCD]和[Light-emitting diode (LED)][Light-emitting diode _LED]:

*  [LCD][Liquid-crystal display _LCD]有很多个液晶分子来负责每个像素的显示，然后由一个背光将所有的液晶分子同时照亮。每个像素的能耗是相同的，与呈现的颜色无关。

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3hpYW93ZWlfY3F1_size_16_color_FFFFFF_t_70 1][]

*  而[LED][Light-emitting diode _LED]则是自发光：每个像素点由红、蓝、绿三种颜色光源的发光二极管共同控制和呈现。黑色不使用任何颜色，所以可以认为是无能耗，而白色需要所有的光源，耗能最多。所以有些手机在省电模式下（比如华为的超级省电模式），手机的背景都会设置成黑色。

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3hpYW93ZWlfY3F1_size_16_color_FFFFFF_t_70 2][]

[LED][Light-emitting diode _LED]与[LCD][Liquid-crystal display _LCD]的功耗比大约为1:10，[LED][Light-emitting diode _LED]更节能。同时[LED][Light-emitting diode _LED]在刷新率，鲜艳度和饱和度方面效果也更好，可以制造出比[LCD][Liquid-crystal display _LCD]更薄、更亮、更清晰的显示器。所以现在市面上的智能机大部分为[LED][Light-emitting diode _LED]屏。

除了屏幕之外，比较明显的耗电硬件是wifi或者数据网络连接设备，以及GPS定位。一般情况，使用wifi的能耗要小于使用移动网络的能耗。

另外还有CPU。一定情况下，CPU的耗电量可能是最大的，比如我们玩游戏的时候会明显感觉手机发烫，电量急速下掉。

## 耗电统计 ##

可以使用adb dump来得到设备的能耗统计（batterystats）。首先重置手机状态：

adb shell dumpsys batterystats --reset
    adb shell dumpsys batterystats --enable full-wake-history

拔掉usb连接（避免充电），随意进行一定操作之后，采集能耗数据：

adb shell dumpsys batterystats > battery.txt

可以得到每个进程（Uid）的WakeLock以及所有app的能耗清单。

Battery History (1% used, 6456 used of 512KB, 115 strings using 8706):
                        0 (10) RESET:TIME: 2018-12-02-21-59-12
                        0 (2) 100 status=discharging health=good plug=none temp=286 volt=4388 charge=3574 +running +wake_lock +screen phone_signal_strength=great brightness=medium +usb_data wifi_signal_strength=4 wifi_suppl=completed proc=u0a99:"com.google.android.apps.turbo"
                        0 (2) 100 proc=u0a83:"com.android.printspooler"
                        0 (2) 100 proc=u0a20:"com.google.android.setupwizard"
                        0 (2) 100 proc=1000:"com.google.SSRestartDetector"
                        0 (2) 100 proc=u0a167:"com.tencent.mm"
                        0 (2) 100 proc=u0a171:"com.touchtype.swiftkey"
    ...

Google的[Battery Historian][]可以帮助我们更直观的分析这些数据。[battery-historian/scripts/][battery-historian_scripts]有Battery Historian的第一版，用起来比较简单（需要有Python环境）：

python historian.py -a battery.txt> battery.html

打开生成的battery.html文件可以看到具体的耗电情况。

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3hpYW93ZWlfY3F1_size_16_color_FFFFFF_t_70 3][]

一些简单的示意：

*  横坐标：时间
 *  battery\_level：剩余电量
 *  plugged：设备是否连接电源
 *  screen：屏幕开启时长
 *  top：当前屏幕显示的进程，比如上图中的进程com.tencent.mm就是微信
 *  wake\_lock\*:wake\_lock模块的工作时长
 *  running：界面状态，主要为是否处于idle的状态。可以协助统计应用
 *  wake\_lock\_in: 模块开始工作的时间以及时长
 *  job：后台job
 *  conn：网络连接方式，wifi或者2G,3G等
 *  power\_save：应该是省电模式开始时长吧，可能Android P之后才有的

historian.py是[Battery Historian][]的第一版，而用Go重写的第二版更为强大，可以将耗电统计精确到每个进程。[Battery Historian 2.0][Battery Historian]在9999端口挂在了一个分析和转换数据格式的服务器，比较简单的方法是通过Docker容器引擎，需要先安装[Docker][]。运行：

docker run hello-world

看到如下输出就证明安装成功啦：

Unable to find image 'hello-world:latest' locally
    latest: Pulling from library/hello-world
    78445dd45222: Pull complete
    Digest:
    sha256:c5515758d4c5e1e838e9cd307f6c6a0d620b5e07e6f927b07d05f6d12a1ac8d7
    Status: Downloaded newer image for hello-world:latest
    ...

启动Battery Historain镜像：

docker run -p <port>:9999 gcr.io/android-battery-historian/:3.0 --port 9999

其中<port>为你的端口号，比如：

docker run -p 2222:9999 gcr.io/android-battery-historian/:3.0 --port 9999

如果遇到下面的错误：

Unable to find image 'gcr.io/android-battery-historian:3.0' locally
    docker: Error response from daemon: manifest for gcr.io/android-battery-historian:3.0 not found.
    See 'docker run --help'.

可以尝试sudo或者stable版：

docker run -p 2222:9999 gcr.io/android-battery-historian/stable:3.0 --port 9999

运行成功后在http://localhost/2222 就可以上传你的bugreport来分析了。生成bugreport：

adb bugreport > bugreport.zip

将bugreport.zip上传到http://localhost/2222，就可以看到详细的耗电统计报告：

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3hpYW93ZWlfY3F1_size_16_color_FFFFFF_t_70 4][]

Historain V2非常强大，可以看到每个App的耗电情况，比如微信：

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3hpYW93ZWlfY3F1_size_16_color_FFFFFF_t_70 5][]

##  ##

## 资料 ##

*  [https://developer.android.com/studio/profile/battery-historian][https_developer.android.com_studio_profile_battery-historian]
 *  [https://github.com/google/battery-historian][Battery Historian]
 *  [https://docs.docker.com/install/][Docker][https://www.phonearena.com/news/What-is-the-most-important-smartphone-feature-to-you\_id103392][Link 1]
 *  [https://en.wikipedia.org/wiki/Light-emitting\_diode][Light-emitting diode _LED]
 *  [https://en.wikipedia.org/wiki/Liquid-crystal\_display][Liquid-crystal display _LCD]

[Link 1]: https://www.phonearena.com/news/What-is-the-most-important-smartphone-feature-to-you_id103392
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3hpYW93ZWlfY3F1_size_16_color_FFFFFF_t_70]: /images/20220412/33b687c13c1745e98496bbee22168931.png
[Liquid-crystal display _LCD]: https://en.wikipedia.org/wiki/Liquid-crystal_display
[Light-emitting diode _LED]: https://en.wikipedia.org/wiki/Light-emitting_diode
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3hpYW93ZWlfY3F1_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]: /images/20220412/5e312df9935e4416ae86c5d8b84e2564.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3hpYW93ZWlfY3F1_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]: /images/20220412/b833981ffaf44c9ea9a4bfd4cbb5adfa.png
[Battery Historian]: https://github.com/google/battery-historian
[battery-historian_scripts]: http://battery-historian/scripts/
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3hpYW93ZWlfY3F1_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]: /images/20220412/4d0c76ff4fbc4448bec8bbbc60e677ba.png
[Docker]: https://docs.docker.com/install/
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3hpYW93ZWlfY3F1_size_16_color_FFFFFF_t_70 4]: /images/20220412/88accf3d9fd34f609b27a79604b22a58.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3hpYW93ZWlfY3F1_size_16_color_FFFFFF_t_70 5]: /images/20220412/8306808b17174d019efffd1c0593dba8.png
[https_developer.android.com_studio_profile_battery-historian]: https://developer.android.com/studio/profile/battery-historian