Android省电开发

2019年6月4日 248次阅读 来源: 可一fly

《Android省电开发》

被问到啊哈哈哈，宛如一个智障的我为什么没有想到！
性能优化肯定会省电啊啊啊
其他的没说，这个怎么……

《Android省电开发》

憋说了，来来来，整理一波

转载自享受技术带来的快乐

（一）性能优化

Android开发除了NDK之外，使用的都是Java语言，而Java语言是一种基于虚拟机JVM运行的语言，所以相比C/C++语言来说，效率是比较低的。Java需要占用大量内存来换取执行速度，而不定期的GC机制，直接导致Android界面的卡顿现象。

Java语言优化

1. 使用非阻塞I/O

版本较低的JDK不支持非阻塞I/O API。为了避免I/O阻塞，一些应用采用了创建大量线程的方法（在较好的情况下，会使用一个缓冲池）。这种技术可以在许多必须支持并发I/O流的应用中见到，如web服务器等。然而，创建Java线程需要相当可观的开销。Java在JDK 1.4及以后版本中提供了一套API来专门操作非阻塞I/O，我们可以再java.nio包及其子包中找到相关的类和接口。由于这套API是JDK新提供的I/O API，因此，也叫New I/O，这就是包名nio的由来。这套API由3个主要的部分组成：缓冲区（Buffers）、通道（Channels）和非阻塞I/O的核心类。

2. 慎用异常

异常对性能不利。抛出异常首先要创建一个新的对象。<code>Throwable</code>接口的构造函数调用名为<code>fillnStackTrace()的本地(Native)方法，fillnStackTrace()</code>方法检查堆栈，收集调用跟踪信息。只要有异常被抛出，VM就必须调整调用堆栈，因为在处理过程中创建了一个新的对象。异常只能用于错误处理，不应该用来控制程序流程。

3. 变量和修饰符

  • 不要重复初始化变量。默认情况下，调用类的构造函数时，Java会把变量初始化成确定的值：所有的对象被设置成null，整数变量（byte、short、int、long）设置成0，float和double设置成0.0，逻辑值设置成false。所有尽量不要重复初始化变量。

  • 尽量使用局部变量，调用方法时传递的参数以及在调用中创建的临时变量都保存在栈（stack）中，速度较快，并且随所在线程的死亡而自动销毁。其他变量，如静态变量、实例变量等，都在堆（heap）中创建，速度较慢，垃圾回收是的耗能会导致APP出现卡顿现象。

  • 尽量指定类的final修饰符。带有final修饰符的类是不可派生的。另外，如果指定一个类为final，则该类所有的方法都是final。Java编译器会寻找机会内联（inline）所有的final方法。此举能够使性能平均提高50%。

  • 私有内部类要访问外部类的field或方法时，其成员变量不要用private，因为在编译时会生成setter/getter影响性能。可以把外部类的field或者方法声明为包访问权限。

  • 如果方法用不到成员变量，可以把方法申明为static，性能会提高到15%到20%。

4. 其他方面：

  • 用位操作代替乘除法；
  • 用StringBuilder代替拼接操作；
  • 对算法进行复杂度的改进（必要的时候可以空间换时间）；
  • 合理利用浮点数，浮点数比整形慢两倍。
  • 网络优化、异步线程、图片使用缓存等。

UI布局优化

  • 1.布局层数尽量少，RelativeLayout来代替LinearLayout，因为RelativeLayout性能更优，且可以简单实现LinearLayout嵌套才能实现的布局。

  • 2.采用<merge>标签优化合并布局层数：系统在编译XML布局文件时不会为<merge>生成任何节点，通过合并可以大大减少标签的生成。

  • 3.采用<include>标签共享重用其他布局：并用android:id属性覆盖被引用布局文件中顶层节点的android:id属性值。

<!—引用mylayout.xml文件>  
<include android:id=”@+id/layout1” layout=”@layout/mylayout”/>

  • 4.<code><viewstub></code>标签：viewstub标签同include标签一样可以用来引入一个外部布局，不同的是，viewstub引入的布局默认不会扩张，即既不会占用显示也不会占用位置，从而在解析layout时节省cpu和内存。<code><viewstub></code>常用来引入那些默认不会显示，只在特殊情况下显示的布局，如进度布局、网络失败显示的刷新布局、信息出错出现的提示布局等。

  • 5.通过Android SDK中tools目录下的<code>layoutopt</code>命令查看你的布局是否需要优化。

  • 6.将Activity中的window的背景图设置为空。<code>.getWindow().setBackgroundDrawable(null)</code>；android默认的背景不为空。

  • 7.View中设置缓存属性<code>lsetDrawingCache</code>l为true。动态加载View时采用ViewStub避免一些不经常的视图长期握住引用。

  • 8.采用SurfaceView在子线程刷新UI，避免手势的处理和绘制在同一UI线程（普通View都这样做）。

  • 9.ListView的优化

    • item尽可能的减少使用的控件和布局的层次；
    • RelativeLayout是绝对的利器，通过它可以减少布局的层次。
    • 尽可能的复用控件，这样可以减少 ListView的内存使用，减少滑动时GC次数。
    • ListView的背景色与cacheColorHint设置相同颜色，可以提高滑动时的渲染性能。
    • ListView中getView是性能是关键，这里要尽可能的优化。
    • getView方法中要重用view；
    • getView方法中不能做复杂的逻辑计算， 特别是数据库操作，否则会严重影响滑动时的性能。

数据库优化

  1. 有些能用文件操作的，尽量使用文件操作，文件操作的速度比数据库的操作要快10倍左右。

  2. Cursor的使用，管理好cursor，不要每次打开关闭cursor，因为打开关闭cursor非常耗时。Cursor.require用于刷cursor。同时由于SQLiteDatabase对象较为耗费资源，所以我们在使用完SQLiteDatabase对象之后，必须立即关闭它，避免它继续占用资源，否则我们继续程序可能会导致OOM或者其他异常。

  3. SQLite使用事务,也可以自定义事务。使用事务好处是原子提交和更优性能。

Db.beginTransaction();  
Db.setTransactionSuccessful();  
Db.end Transaction();

  1. 可以建立索引，增加检索的速度。（当某字段数据更新频率较低，查询频率较高，经常有范围查询(>,<, =, >=, <=)或orderby、group by发生时建议使用索引； 经常同时存取多列，且每列都含有重复值可考虑建立复合索引）。

  2. 批量插入、更新使用原子操作，采用事务等方式。

  3. 查询时返回更少的结果集及更少的字段。

  4. 少用cursor.getColumnIndex(可以在建表的时候用static变量记住某列的index，直接调用相应index而不是每次查询。)

  5. ** 优化sql语句**字符串等，语句的拼接使用StringBuilder代替String。

新机制或者借用工具

  • 采用JNI技术，将耗时间的处理放到c/c++层处理。适当的采用NDK编程可以提高效率，但是内存回收不稳定，所以说适当。

  1. 懒加载和缓存机制：访问网络的耗时操作启动一个新线程来做，而不要在UI线程做。还有从网络上获取大量图片的时候，可以本地缓存，下次获取同样图片的时候，可以先从本地获取，本地无再从网络获取。

  2. 通过Android SDK中tools目录下的layoutopt命令查看你的布局是否需要优化；hierarchy viewer可以方便的查看Activity的布局，各个View的属性、measure、layout、draw的时间，如果耗时较多会用红色标记，否则显示绿色；利用android自带的性能跟踪工具TraceView查看跟踪函数调用，跟踪方法跟踪各部分的执行效率。

  3. 可以在方法执行前后各使用system.currentTimeMillis方法获取当前系统的时间（毫秒），两个时间之差可以计算出方法的执行时间，进而可以改进优化。

  4. 获取系统的内存信息

//获取系统内存总数  
Long total = Runtime.getRuntime().totalMemory();  
//获取剩余内存  
Long free = Runtime.getRuntime().freeMemory();  
//获取已经使用内存  
Long used = total – free;

（二）Android省电开发之CPU降频

转载自Matrixxu博客专栏

在Android系统的耗电量排行里，cpu的耗电占了比较大的一部分比例，也就是说，cpu的使用率和使用频率将直接或间接的影响电量的分配和使用，但很遗憾，android-sdk中没有为android的开发者提供类似cpu管理的功能，但是当下很多省电类应用或专业的cpu管理软件都提供了cpu的降频甚至是超频的功能，那么这样的功能是如何实现的，本文将详细说明在android环境下调整cpu频率的一些方法，仅供参考。

  • CPU的工作频率
    单位赫兹或者兆赫兹。CPU的工作频率越高，耗电量越大，反之亦然。
  • CPU的调控模式
    英文词为:Governor，解释为调速器，控制器。android的framework是基于Linux平台的，那么cpu的管理体系这块也跟linux基本上一样，其中包括cat命令，和一些文件的读写配置都是基本上差不多的。Linux在管理CPU方面，提供了如下几种调控模式，分别为：
    《Android省电开发》
调控模式效果
performance将CPU的工作频率调整到最大模式，让CPU充分工作
powersave将cpu的工作频率调整到节能模式，这个模式下的CPU频率最低
ondemand定期检查负载。当负荷超越了阈值,设置的CPU运行以最高的频率。当负载低于相同的阈值,设置的CPU运行在下一个的最低频率。导致更少的延迟比。ondemand从字面翻译是“根据需求，按照需要”，cpu在工作的时候频率会在一个最大值和最小值之间波动，当负载提高时，该调控期会自动提高cpu的频率，反之亦然。“Causes less latency than the conservative governor.”这句话的意思是，该模式跟conservative相比，会导致更少的延迟。ok，那让我们再看看conservative是如何解释的。
conservative该模式与ondemand的最大区别在于：conservative模式不会立刻在负载增加的情况下将cpu频率调整到最大，会调整到比目前频率稍微大的频段去工作。所以在某种极端情况下，该模式的延迟会大于ondemand。
usersapce将cpu的掌控权交给了用户态，也就是交给了应用程序，应用程序可以通过配置文件的方式修改cpu的频率信息。
public class CPUFreqSetting {  
    /** 
     * cpu cat命令大全 
     * cat [%cpuFreqPath%]/cpuinfo_cur_freq   (当前cpu频率) 
     * cat [%cpuFreqPath%]/cpuinfo_max_freq     (最大cpu频率) 
     * cat [%cpuFreqPath%]/cpuinfo_min_freq     (最小cpu频率) 
     * cat [%cpuFreqPath%]/related_cpus     (cpu数量标号,从0开始,如果是双核,结果为0,1) 
     * cat [%cpuFreqPath%]/scaling_available_frequencies    (cpu所有可用频率) 
     * cat [%cpuFreqPath%]/scaling_available_governors  (cpu所有可用调控模式) 
     * cat [%cpuFreqPath%]/scaling_available_governors  (cpu所有可用调控模式) 
     * cat [%cpuFreqPath%]/scaling_cur_freq     (?????) 
     * cat [%cpuFreqPath%]/scaling_driver   (?????) 
     * cat [%cpuFreqPath%]/scaling_governor (?????) 
     * cat [%cpuFreqPath%]/scaling_max_freq (?????) 
     * cat [%cpuFreqPath%]/scaling_min_freq (?????) 
     * cat [%cpuFreqPath%]/scaling_setspeed (?????) 
     * cat [%cpuFreqPath%]/cpuinfo_transition_latency   (?????) 
     */  
    private final String TAG = "SetCPU";  
    private final String cpuFreqPath = "/sys/devices/system/cpu/cpu0/cpufreq";  
  
    private final static String PERFORMANCE_GOVERNOR = "performance";  
    private final static String POWER_SAVE_GOVERNOR = "performance";  
    private final static String ONDEMAND_GOVERNOR = "performance";  
    private final static String CONSERVATIVE_GOVERNOR = "performance";  
    private final static String USERSAPCE_GOVERNOR = "performance";  
  
//  public void powerSaveGovernor() {  
//      List<String> governors = readCpuGovernors();  
//      if (governors.contains(object)) {  
//  
//      }  
//  }  
  
    /** 
     * 获得当前CPU调控模式 
     */  
    public void getCpuCurGovernor() {  
        try {  
            DataInputStream is = null;  
            Process process = Runtime.getRuntime().exec("cat " + cpuFreqPath + "/scaling_governor");  
            is = new DataInputStream(process.getInputStream());  
            String line = is.readLine();  
        } catch (IOException e) {  
            e.printStackTrace();  
        }  
    }  
  
    /** 
     * 重写CPU调控模式 
     * @param governor 
     * @return 
     */  
    private boolean writeCpuGovernor(String governor) {  
        DataOutputStream os = null;  
        byte[] buffer = new byte[256];  
        String command = "echo " + governor + " > " + cpuFreqPath + "/scaling_governor";  
        Log.i(TAG, "command: " + command);  
        try {  
            Process process = Runtime.getRuntime().exec("su");  
            os = new DataOutputStream(process.getOutputStream());  
            os.writeBytes(command + "\n");  
            os.writeBytes("exit\n");  
            os.flush();  
            process.waitFor();  
            Log.i(TAG, "exit value = " + process.exitValue());  
        } catch (IOException e) {  
            Log.i(TAG, "writeCpuGovernor: write CPU Governor(" + governor + ") failed!");  
            return false;  
        } catch (InterruptedException e) {  
            e.printStackTrace();  
        }  
        return true;  
    }  
  
    /** 
     * 获得CPU所有调控模式 
     * @return 
     */  
    private List<String> readCpuGovernors() {  
        List<String> governors = new ArrayList<String>();  
        DataInputStream is = null;  
        try {  
            Process process = Runtime.getRuntime().exec("cat " + cpuFreqPath + "/scaling_available_governors");  
            is = new DataInputStream(process.getInputStream());  
            String line = is.readLine();  
  
            String[] strs = line.split(" ");  
            for (int i = 0; i < strs.length; i++)  
                governors.add(strs[i]);  
        } catch (IOException e) {  
            Log.i(TAG, "readCpuGovernors: read CPU Governors failed!");  
        }  
        return governors;  
    }  
}

（三）Android省电开发之service

Android应用开发中，难免会遇到service开发。android中服务是运行在后台的东西，级别与activity差不多。既然说service是运行在后台的服务，那么它就是不可见的，没有界面的东西。Service和其他组件一样，都是运行在主线程中，因此不能用它来做耗时的请求或者动作。你可以在服务中开一个线程，在线程中做耗时动作。

** 我们从三个方面来浅析一下service的省电开发**

  • ** 查看service是否存活以及降低优先级：**
    假如一个service工作完成，但是来不及关掉或者kill掉，用户又看不见，所以这个service将会一直在后台运行，势必耗电。所以我们可以降低某些不常用service进程的优先级，在系统内存吃紧的情况下， 进程优先级低的service容易被系统kill掉。除此之外，可以利用监听系统广播来判断service状态是否存活，死亡即可手动kill掉。

  • ** 用IntentService代替Service开发：**
    普通服务一旦启动之后，就会一直处于运行状态，必须调用stopService()或者stopSelf()方法才能让服务停止下来。为了简单的创建一个异步的、会自动挺值得服务，Android专门提供了一个IntentService类。IntentService在运行完毕后自动停止，减少耗电量。

  • ** 后台执行的定时任务Alarm机制:**
    Service没必要一直在后台运行，这时候的定时任务显得很重要。
    Android的定时任务有两种实现方式，Timer类和Alarm机制。

  • Timer有一个明显的短板，不适合长期后台运行的定时任务。为了能让电池更加耐用，每种手机都会有自己的休眠策略，Android手机就会在长时间不操作的情况下自动让CPU进入到睡眠状态，这就有可能导致Timer中的定时任务无法正常运行。
  • Alarm机制则不存在这种情况，它具有唤醒CPU的功能，即可以保证每次需要执行定时任务的时候CPU能正常工作。

♬ PS：Alarm机制

从Android 4.4之后，Alarm任务的触发时间将会变得不准确，有可能会延迟一段时间后任务才能得到执行。这不是bug，而是系统在耗电性方面进行的优化。系统会自动检测目前有多少Alarm任务存在，然后将触发时间将近的几个任务放在一起执行，这就可以大幅度的减少CPU被唤醒的次数，从而有效延长电池的使用时间。

但是，Android提供了解决方案，使用AlarmManager的<code>setExact()</code>来代替<code>set()</code>方法，基本可以保证任务准时执行。

public class MyService extends Service {
    @Override
    public IBinder onBind(Intent intent) {
        return null;
    }
    @Override
    public int onStartCommand(Intent intent, int flags, int startId) {
        new Thread() {
            @Override
            public void run() {
                //耗时操作
            }
        }.run();
        AlarmManager manager = (AlarmManager) getSystemService(Context.ALARM_SERVICE);
        long triggerAtTime = SystemClock.elapsedRealtime() + 10 * 1000;
        Intent intent = new Intent(this, MyService.class);
        PendingIntent pendingIntent = PendingIntent.getService(this, 0, intent, 0);
        manager.set(AlarmManager.ELAPSED_REALTIME_WAKEUP, triggerAtTime, pendingIntent);
        return super.onStartCommand(intent, flags, startId);
    }
}

// 让定时任务的触发时间从系统开机算起，不会唤醒CPU
AlarmManager.ELAPSED_REALTIME;        
//让定时任务的触发时间从系统开机算起，会唤醒CPU
AlarmManager.ELAPSED_REALTIME_WAKEUP; 
 // 让定时任务的触发时间从1970年1月1日0点算起，不会唤醒CPU
AlarmManager.RTC;    
 // 让定时任务的触发时间从1970年1月1日0点算起，会唤醒CPU                
AlarmManager.RTC_WAKEUP;             
                
// 获取系统开机至今所经历时间的毫秒数                
SystemClock.elapsedRealtime();    
// 获取从1970年1月1日0点至今所经历时间的毫秒数    
SystemClock.currentThreadTimeMillis();

（四）Android省电开发之网络

除了常规的异步网络、多线程技术、本地缓存等等之外，Android省电开发还有一个重要的方面是：<code>WIFI</code>比蜂窝数据更省电：

  • a)尽量在Wi-Fi下传输数据，当然这是废话，不过可以考虑在有Wi-Fi的时候做预加载，比如应用中心的zip包、手Q web类应用的离线资源等;
  • b)非Wi-Fi下，尽量减少网络访问，每一次后台交互都要考虑是否必须。虽然WiFi接入方式已经占到移动互联网用户的50%，但是是有些手机设置为待机关闭WiFi连接，即便有Wi-Fi信号也只能切换到蜂窝数据;

一篇博文中的数据测试
灭屏情况：灭屏传输，高负载download的时候WiFi最省电(70mA)，3G(270mA)和2G(280mA)相当，是WiFi的4倍左右;
亮屏情况：亮屏传输，高负载download的时候WiFi最省电(280mA)，3G(360mA)和2G(370mA)相当，是WiFi的1.3倍左右;
所以在Android应用省电开发中，我们可以在获取网络方式的方面加以考虑。

（五）Android省电开发之Android L5.0（ART）登场

  • 1. 默认的ART运行模式
    安卓4.4系统中引入了全新的ART模式吗，相比之前流行已久的Dalvik模式有了很大的改变。
    《Android省电开发》

在Dalvik中，应用每次运行，字节码都需要通过即时编译器转换为机器码，这回拖慢应用的运行效率，而在ART环境中，应用在第一次安装时，字节码就会预先编译成机器码，使其成为了真正的本地应用。这个过程叫做预编译。这样的话，应用的启动和执行都会变得更加快速。但是ART的缺点是预编译完的机器人占用了更大的存储空间，应用的安装需要更长的时间。但是牺牲空间时间换取省电速度，在Android应用中还是可以接受的，毕竟性能的提升，运行速度的变快，体验更流畅，电池续航更久显得更重要。

  • 2.利用JobScheduler API

过去，如果开发人员想通过后台调取服务器数据，或完成某些处理工作，应用程序必须先监听是否有事件正在发生，并为自己设定一个唤醒时间，一旦应用程序开始运行，他需要检查各种环境条件，以确定是否具备条件让它完成工作，还是需要稍后再试，这种方式不仅复杂，而且容易出错，它会不断的浪费资源，比如当 一个应用程序被唤醒后，发现条件不符合就只能去睡觉并为下次唤醒再次设定时间，这是一个反复的过程。

这个问题，将引用<code>JobScheduler</code>来修复，它作为一个调度应用程序，负责当应用程序被唤醒时，提供适当的运行环境，所以开发者不用再让程序检测环境是否符合需求，开发人员只需要按照标准的流程来，调度程序会自动为唤醒的程序，准备好运行环境。应用程序可以使用这个调度程序，来唤醒他们，比如当设备连接到充电器后，调度程序将唤醒那些需要处理器工作的程序，让他们进行工作，或者在设备连接至WiFi网络的时候上传下载照片，更新内容等。该调度程序还支持一个时间窗口，以便它可以唤醒一组应用程序，这将使那些不需要精确唤醒时间，但每隔一两小时需要运行一次的程序能在同一时间点运行，这样就能让处理器保持更长时间的休眠。

<code>JobScheduler</code>的优势相当巨大，它不仅可以帮助手机节省电量， 实际由于不在需要监听，更改和设置报警，还可以帮助开发人员减少代码书写量。目前该JobScheduler类，已经加入Android L开发者预览版。

  • 3.各种省电新模式和新技术
    （1） 全新的Material Design风格用户界面
    新的用户界面更加简洁、色彩更加丰富。动画效果更加合理生动，同时加入实时阴影的3D视图，更多的使用卡片风格的显示效果。全平台风格也变得更为统一。

    （2） 新的通知消息系统
    允许用户管理通知中心中的通知消息。原先的Android通知栏几乎是处于无法控制的状态，所有的应用通知都会弹出，要想关闭只能进到每一个应用中去单独设置，或是使用第三方软件来实现统一管理。但是现在不用了，Android 5.0已经自带了通知管理界面。

    （3） 多任务界面有着全新的Google Now卡片风格
    通知中心融入更多的卡片式风格，即使是在锁屏状态下也可以进行多种功能操作。同时用户可以自定义通知的优先级别，使得用户不会错过任何重要的通知。还可以设置特定的通知权限，只有被允许的通知消息才会推送。同时还具有操作性，比如用户在游戏时有电话打入，不会以全屏显示，而是弹出可操作的通知卡片，用户可选择接听或拒接，不影响游戏继续进行。

    （4） Project Volta省电模式、BatterySaver省电模式
    Android 5.0的省电模式是通过<code>JobSchedulerAPI</code>以及自动调节屏幕亮度、刷新率来达到省电的效果，而且还使用了Project Volta量化每个应用的耗电量，在手机快没电的情况下主动降低CPU的主频或者关闭通讯模块，以获得更长的待机时间。还配备了一个<code>Battery Bistorian</code>电池历史记录功能，可让详细显示设备的耗电情况。

《Android省电开发》 梳理一下~

以上整理自网络~
如有错误还请大家多多指教啊哈哈

    原文作者：可一fly
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