电源

Android开发笔记（一百一十七）app省电方略

2019-07-14 01:51发布生成海报

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电源管理PowerManager

PowerManager是Android的电源管理类，用于管理电源操作如睡眠、唤醒、重启以及调节屏幕亮度等等。
PowerManager的对象从系统服务POWER_SERVICE中获取，它的主要方法如下：
goToSleep : 睡眠，即锁屏。
wakeUp : 唤醒，即解锁。
reboot : 重启。
另有下列几个隐藏的方法：
getMinimumScreenBrightnessSetting : 获取屏幕亮度的最小值。
getMaximumScreenBrightnessSetting : 获取屏幕亮度的最大值。
getDefaultScreenBrightnessSetting : 获取屏幕亮度的默认值。
setBacklightBrightness : 设置屏幕亮度。

但对多数开发者来说，PowerManager在实际开发中毫无用处，因为一旦调用该类的方法，你的app运行时就会崩溃，查看日志报错“java.lang.SecurityException: Neither user 10150 nor current process has android.permission.DEVICE_POWER.”这个错误信息倒是容易看懂，好吧，那我便在AndroidManifest.xml中加上DEVICE_POWER的权限。可是加了权限之后，ADT又提示错误“Permission is only granted to system apps”。这下傻眼了，怎么会说“权限只授予系统应用程序”呢？不过这难不倒我，咱把app工程clean一下，错误提示就不见了，然后重新Run之，结果Console栏出现红 {MOD}文字“Installation error: INSTALL_FAILED_SHARED_USER_INCOMPATIBLE”，还是不行呀。
找了大量的资料，才发现这是因为电源管理的权限，只有系统程序（打了系统签名）才可以获得，用户程序无法获取这个权限。大伙对该问题基本是束手无策，只有Stack Overflow上的大神给了个解决方案，主要做三方面的修改：
1、在AndroidManifest.xml中加上DEVICE_POWER、REBOOT、SHUTDOWN的权限。
2、在AndroidManifest.xml的manifest节点中增加属性说明“android:sharedUserId="android.uid.system"”，这表示使用系统用户的uid。
3、为了能够共享系统用户的uid，你的app得采用系统签名打包，即先找到目标Android系统的platform.pk8和platform.x509.pem密钥文件，然后使用signapk.jar将apk签名到指定密钥。
这个解决方案理论上可行，但就真机来说，每个品牌每个型号的手机，其系统签名都是不一样的。因此，就算你真的搞出来一个系统应用，那也仅适用于该签名版本的Android系统，而不能用于其他签名的Android系统，所以PowerManager只能是手机厂商内部使用了。

下面是PowerManager几个用途的示例代码(一般用不到，仅供参考)：

import java.lang.reflect.Field;
import java.lang.reflect.Method;

import android.annotation.TargetApi;
import android.content.Context;
import android.content.Intent;
import android.os.Build;
import android.os.IBinder;
import android.os.PowerManager;
import android.os.SystemClock;
import android.util.Log;

//注意，PowerManager只有系统应用才能操作，普通应用不能操作，所以下面代码仅供参考
public class PowerUtil {
	
	private final static String TAG = "PowerUtil";
	
	private static int getValue(Context ctx, String methodName, int defValue) {
		int value = defValue;
		PowerManager pm = (PowerManager) ctx.getSystemService(Context.POWER_SERVICE);
		try {
			Class pmClass = Class.forName(pm.getClass().getName());
			Field field = pmClass.getDeclaredField("mService");
			field.setAccessible(true);
			Object iPM = field.get(pm);
			Class iPMClass = Class.forName(iPM.getClass().getName());
			Method method = iPMClass.getDeclaredMethod(methodName);
			method.setAccessible(true);
			value = (Integer) method.invoke(iPM);
		} catch (Exception e) {
			e.printStackTrace();
		}
		Log.d(TAG, "methodName="+methodName+", value="+value);
		return value;
	}

	public static int getMinLight(Context ctx) {
		return getValue(ctx, "getMinimumScreenBrightnessSetting", 0);
	}

	public static int getMaxLight(Context ctx) {
		return getValue(ctx, "getMaximumScreenBrightnessSetting", 255);
	}

	public static int getDefLight(Context ctx) {
		return getValue(ctx, "getDefaultScreenBrightnessSetting", 100);
	}
	
    //设置屏幕亮度。light取值0-255
    public static void setLight(Context ctx, int light) {
		PowerManager pm = (PowerManager) ctx.getSystemService(Context.POWER_SERVICE);
        try {
            Class pmClass = Class.forName(pm.getClass().getName());
            // 得到PowerManager类中的成员mService（mService为PowerManagerService类型）
            Field field = pmClass.getDeclaredField("mService");
            field.setAccessible(true);
            // 实例化mService
            Object iPM = field.get(pm);
            // 得到PowerManagerService对应的Class对象
            Class iPMClass = Class.forName(iPM.getClass().getName());
            /*
             * 得到PowerManagerService的函数setBacklightBrightness对应的Method对象，
             * PowerManager的函数setBacklightBrightness实现在PowerManagerService中
             */
            Method method = iPMClass.getDeclaredMethod("setBacklightBrightness", int.class);
            method.setAccessible(true);
            // 调用实现PowerManagerService的setBacklightBrightness
            method.invoke(iPM, light);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
    
    public static void resetLight(Context ctx, int light) {
        try {
            Object power;
            Class  ServiceManager = Class.forName("android.os.ServiceManager");
            Class  Stub = Class.forName("android.os.IPowerManager$Stub");

            Method getService = ServiceManager.getMethod("getService", new Class[] {String.class});
            //Method asInterface = GetStub.getMethod("asInterface", new Class[] {IBinder.class});//of this class?
            Method asInterface = Stub.getMethod("asInterface", new Class[] {IBinder.class});    //of this class?
            IBinder iBinder = (IBinder) getService.invoke(null, new Object[] {Context.POWER_SERVICE});//
            power = asInterface.invoke(null,iBinder);//or call constructor Stub?//

            Method setBacklightBrightness = power.getClass().getMethod("setBacklightBrightness", new Class[]{int.class}); 
            setBacklightBrightness.invoke(power, new Object[]{light});
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
    
    //锁屏
    public static void lockScreen(Context ctx) {
		PowerManager pm = (PowerManager) ctx.getSystemService(Context.POWER_SERVICE);
        pm.goToSleep(SystemClock.uptimeMillis());
    }

    //解锁
    @TargetApi(Build.VERSION_CODES.JELLY_BEAN_MR1)
	public static void unLockScreen(Context ctx) {
		PowerManager pm = (PowerManager) ctx.getSystemService(Context.POWER_SERVICE);
        pm.wakeUp(SystemClock.uptimeMillis());
    }

    //重启
    public static void reboot(Context ctx) {
		PowerManager pm = (PowerManager) ctx.getSystemService(Context.POWER_SERVICE);
        pm.reboot(null);
    }

    //关机
    public static void shutDown(Context ctx) {
        Intent intent = new Intent("android.intent.action.ACTION_REQUEST_SHUTDOWN");
        intent.putExtra("android.intent.extra.KEY_CONFIRM", false);
        intent.setFlags(Intent.FLAG_ACTIVITY_NEW_TASK);
        // 弹出系统内置的对话框，选择确定关机或取消关机
        ctx.startActivity(intent);
    }
    
}

电池管理BatteryManager

BatteryManager名为电池管理，然而查看该类的源代码，里面只有一些常量定义，并非真正意义上的电池管理。事实上，开发者并不能直接管理电池，要想获取电池的相关信息，得通过监听电量改变事件来得知。

电池的电量改变事件，其动作名称是Intent.ACTION_BATTERY_CHANGED，因为接受该事件要求app必须处于活动状态，所以用来监听的广播接收器不能在AndroidManifest.xml中静态注册，而只能在app代码中通过registerReceiver方法来动态注册。下面是电量改变事件中携带的参数信息：
BatteryManager.EXTRA_SCALE : 电量刻度，通过getIntExtra获取。通常是100
BatteryManager.EXTRA_LEVEL : 当前电量，通过getIntExtra获取。
BatteryManager.EXTRA_STATUS : 当前状态，通过getIntExtra获取。
--BATTERY_STATUS_UNKNOWN = 1; 表示未知
--BATTERY_STATUS_CHARGING = 2; 表示正在充电
--BATTERY_STATUS_DISCHARGING = 3; 表示正在断电
--BATTERY_STATUS_NOT_CHARGING = 4; 表示不在充电
--BATTERY_STATUS_FULL = 5; 表示充满
BatteryManager.EXTRA_HEALTH : 健康程度，通过getIntExtra获取。
--BATTERY_HEALTH_UNKNOWN = 1; 表示未知
--BATTERY_HEALTH_GOOD = 2; 表示良好
--BATTERY_HEALTH_OVERHEAT = 3; 表示过热
--BATTERY_HEALTH_DEAD = 4; 表示坏了
--BATTERY_HEALTH_OVER_VOLTAGE = 5; 表示短路
--BATTERY_HEALTH_UNSPECIFIED_FAILURE = 6; 表示未知错误
--BATTERY_HEALTH_COLD = 7; 表示冷却
BatteryManager.EXTRA_VOLTAGE : 当前电压，通过getIntExtra获取。
BatteryManager.EXTRA_PLUGGED : 当前电源，通过getIntExtra获取。
--0 表示电池
--BATTERY_PLUGGED_AC = 1; 表示充电器
--BATTERY_PLUGGED_USB = 2; 表示USB
--BATTERY_PLUGGED_WIRELESS = 4; 表示无线
BatteryManager.EXTRA_TECHNOLOGY : 当前技术，通过getStringExtra获取。比如返回Li-ion表示锂电池。
BatteryManager.EXTRA_TEMPERATURE : 当前温度，通过getIntExtra获取。
BatteryManager.EXTRA_PRESENT : 是否提供电池，通过getBooleanExtra获取。

除了电量改变事件，还有几个事件与电池有关，如下所示
Intent.ACTION_BATTERY_LOW : 电池电量过低，静态注册时使用android.intent.action.BATTERY_LOW
Intent.ACTION_BATTERY_OKAY : 电池电量恢复，静态注册时使用android.intent.action.BATTERY_OKAY
Intent.ACTION_POWER_CONNECTED : 连上外部电源，静态注册时使用android.intent.action.ACTION_POWER_CONNECTED
Intent.ACTION_POWER_DISCONNECTED : 断开外部电源，静态注册时使用android.intent.action.ACTION_POWER_DISCONNECTED

下面是电池事件的监听截图：

下面是监听电池事件的代码示例：

import com.example.exmbattery.util.DateUtils;

import android.app.Activity;
import android.content.BroadcastReceiver;
import android.content.Context;
import android.content.Intent;
import android.content.IntentFilter;
import android.os.BatteryManager;
import android.os.Bundle;
import android.widget.TextView;

public class BatteryActivity extends Activity {

	private TextView tv_battery_change;
	private static TextView tv_power_status;
	
	@Override
	protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
		super.onCreate(savedInstanceState);
		setContentView(R.layout.activity_battery);

		tv_battery_change = (TextView) findViewById(R.id.tv_battery_change);
		tv_power_status = (TextView) findViewById(R.id.tv_power_status);
	}
	
	@Override
	protected void onStart() {
		super.onStart();
		batteryChangeReceiver = new BatteryChangeReceiver();
		IntentFilter filter = new IntentFilter(Intent.ACTION_BATTERY_CHANGED);
		registerReceiver(batteryChangeReceiver, filter);
	}
	
	@Override
	protected void onStop() {
		super.onStop();
		unregisterReceiver(batteryChangeReceiver);
	}

    private BatteryChangeReceiver batteryChangeReceiver;
    private class BatteryChangeReceiver extends BroadcastReceiver {

        @Override
        public void onReceive(Context context, Intent intent) {
            if (intent != null) {
            	int scale = intent.getIntExtra(BatteryManager.EXTRA_SCALE, -1);
            	int level = intent.getIntExtra(BatteryManager.EXTRA_LEVEL, -1);
            	int status = intent.getIntExtra(BatteryManager.EXTRA_STATUS, 0);
            	int healthy = intent.getIntExtra(BatteryManager.EXTRA_HEALTH, 0);
            	int voltage = intent.getIntExtra(BatteryManager.EXTRA_VOLTAGE, 0);
            	int plugged = intent.getIntExtra(BatteryManager.EXTRA_PLUGGED, 3);
            	String technology = intent.getStringExtra(BatteryManager.EXTRA_TECHNOLOGY);
            	int temperature = intent.getIntExtra(BatteryManager.EXTRA_TEMPERATURE, 0);
            	boolean present = intent.getBooleanExtra(BatteryManager.EXTRA_PRESENT, false);

            	String desc = String.format("%s : 收到广播：%s",
            			DateUtils.getNowDateTime(), intent.getAction());
            	desc = String.format("%s
电量刻度=%d", desc, scale);
            	desc = String.format("%s
当前电量=%d", desc, level);
            	desc = String.format("%s
当前状态=%s", desc, mStatus[status]);
            	desc = String.format("%s
健康程度=%s", desc, mHealthy[healthy]);
            	desc = String.format("%s
当前电压=%d", desc, voltage);
            	desc = String.format("%s
当前电源=%s", desc, mPlugged[plugged]);
            	desc = String.format("%s
当前技术=%s", desc, technology);
            	desc = String.format("%s
当前温度=%d", desc, temperature/10);
            	desc = String.format("%s
是否提供电池=%s", desc, present?"是":"否");
            	tv_battery_change.setText(desc);
            }
        }
    }
    
    private static String[] mStatus = {"不存在", "未知", "正在充电", "正在断电", "不在充电", "充满"};
    private static String[] mHealthy = {"不存在", "未知", "良好", "过热", "坏了", "短路", "未知错误", "冷却"};
    private static String[] mPlugged = {"电池", "充电器", "USB", "不存在", "无线"};

    private static String mChange = ""; 
    public static class PowerChangeReceiver extends BroadcastReceiver {

        @Override
        public void onReceive(Context context, Intent intent) {
            if (intent != null) {
            	mChange = String.format("%s
%s : 收到广播：%s", 
            			mChange, DateUtils.getNowDateTime(), intent.getAction());
            	tv_power_status.setText(mChange);
            }
        }
    }
}

省电方法/屏幕开关事件

前面说了许多废话，赶快回到本文的主题——省电。app开发与服务器程序开发不同，app所在的移动设备是很缺电的，几天就要充一次电，所以如果你的app特别耗电，一天甚至半天就把用户手机搞没电了，那么通常逃脱不了被卸载的悲惨命运。因此，为人为己，开发者还是尽可能让app运行的时候省电些，绿 {MOD}环保的低碳生活，从开发app做起。

然而目前尚无法检测每个应用的耗电程度，一般是靠经验判断，基本原则就是：越消耗资源的，耗电就越大。具体到代码编写，主要有以下省电措施：
1、能用整型数计算，就不用浮点数计算。
2、能用json解析，就不用xml解析。
3、能用网络定位，就不用GPS定位。
4、尽量减少大文件的下载（如先压缩再下载，或者缓存已下载的文件）。
5、用完系统资源，要及时回收。占着茅坑不拉屎，用户手机会很蛋疼。相关例子参见《Android开发笔记（七十五）内存泄漏的处理》
6、能用线程处理，就不用进程处理。
7、多用缓存复用对象资源。如屏幕尺寸只需获取一次，其后可到缓存中读取，全局变量技术参见《Android开发笔记（二十八）利用Application实现内存读写》。相关例子还可参见《Android开发笔记（七十六）线程池管理》、《Android开发笔记（七十七）图片缓存算法》
8、能用定时器广播，就不用后台常驻服务。
9、能用内存存储，就不用文件存储。

省电措施虽多，那要如何得知省电效果呢？在实际开发中，耗电大户其实是在后台默默运行的Service服务，想想看，手机待机的时候，屏幕都不亮了，可是手机里面还有一些不知疲倦的Service在愚公移山，愚公也是要吃饭的呀。我做过实验，一个app在系统待机时仍然满血Service运行，一小时后手机电量消耗4%；同一个app改造后在系统待机时不运行任何Service，一小时后手机电量消耗2%；一小时相差2%，十小时便相差20%啊，原来我们手机的电量就是这样被一点一点耗光的。

既然如此，我们若想避免app在手机待机时仍在做无用功，就要在屏幕关闭时结束指定任务，在屏幕点亮时再开始指定任务。这里用到了下面三个屏幕开关事件：
Intent.ACTION_SCREEN_ON : 屏幕点亮事件
Intent.ACTION_SCREEN_OFF : 屏幕关闭事件
Intent.ACTION_USER_PRESENT : 用户解锁事件，静态注册时使用android.intent.action.USER_PRESENT
使用上述三个事件要注意几点：
1、屏幕点亮事件和屏幕关闭事件必须在代码中动态注册。如果在AndroidManifest.xml中静态注册，则不起任何作用。
2、在关闭屏幕时，系统先暂停所有活动页面，然后才关闭屏幕；同样的，在点亮屏幕时，系统点亮屏幕，然后才恢复活动页面。所以这几个事件不能在Activity中注册/注销，只能在自定义Application的onCreate方法中注册，在onTerminate方法中注销。
3、Activity要想获取屏幕开关事件，得通过自定义的Application类去间接获取。

下面是屏幕开关事件的捕捉截图：

下面是屏幕开关事件的代码：

import com.example.exmbattery.util.DateUtils;

import android.content.BroadcastReceiver;
import android.content.Context;
import android.content.Intent;
import android.util.Log;

public class LockScreenReceiver extends BroadcastReceiver {

	private static final String TAG = "LockScreenReceiver";

	@Override
	public void onReceive(Context context, Intent intent) {
		if (intent != null) {
			String mChange = "";
			mChange = String.format("%s
%s : 收到广播：%s", mChange,
					DateUtils.getNowDateTime(), intent.getAction());
			if (intent.getAction().equals(Intent.ACTION_SCREEN_ON)) {
				mChange = String.format("%s
这是屏幕点亮事件", mChange);
			} else if (intent.getAction().equals(Intent.ACTION_SCREEN_OFF)) {
				mChange = String.format("%s
这是屏幕关闭事件", mChange);
			} else if (intent.getAction().equals(Intent.ACTION_USER_PRESENT)) {
				mChange = String.format("%s
这是用户解锁事件", mChange);
			}
			Log.d(TAG, mChange);
			MainApplication.getInstance().setChangeDesc(mChange);
		}
	}

}

下面是自定义Application的代码：

import android.app.Application;
import android.content.Intent;
import android.content.IntentFilter;

public class MainApplication extends Application {

	private static MainApplication mApp;
	private LockScreenReceiver mReceiver;
	private String mChange = "";

	public static MainApplication getInstance() {
		return mApp;
	}

	public String getChangeDesc() {
		return mApp.mChange;
	}

	public void setChangeDesc(String change) {
		mApp.mChange = mApp.mChange + change;
	}

	@Override
	public void onCreate() {
		super.onCreate();
		mApp = this;
		mReceiver = new LockScreenReceiver();
		IntentFilter filter = new IntentFilter();
		filter.addAction(Intent.ACTION_SCREEN_ON);
		filter.addAction(Intent.ACTION_SCREEN_OFF);
		filter.addAction(Intent.ACTION_USER_PRESENT);
		registerReceiver(mReceiver, filter);
	}
	
	@Override
	public void onTerminate() {
		unregisterReceiver(mReceiver);
		super.onTerminate();
	}
	
}

下面是显示屏幕开关事件的页面代码

import android.app.Activity;
import android.os.Bundle;
import android.widget.TextView;

public class ScreenActivity extends Activity {

	private static TextView tv_screen;
	
	@Override
	protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
		super.onCreate(savedInstanceState);
		setContentView(R.layout.activity_screen);
		tv_screen = (TextView) findViewById(R.id.tv_screen);
	}

	@Override
	protected void onStart() {
		super.onStart();
		tv_screen.setText(MainApplication.getInstance().getChangeDesc());
	}

}

点击下载本文用到的省电处理的工程代码

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