Android 6.0 Doze模式分析
Doze模式是Android6.0上新出的一种模式，是一种全新的、低能耗的状态，在后台只有部分任务允许运行，其他都被强制停止。当用户一段时间没有使用手机的时候，Doze模式通过延缓app后台的CPU和网络活动减少电量的消耗。PowerManagerService中也有Doze模式，和此处的Doze模式不一样，其实此处叫Device Idle模式更容易区分
如果一个用户断开了充电连接，关屏不动手机一段时间之后，设备进入Doze模式。在Doze模式中，系统尝试去通过减少应用的网络访问和CPU敏感的服务来保护电池。它也阻止应用通过访问网络，并且延缓应用的任务、同步和标准alarms。
系统定期退出Doze模式（maintenance window）去让app完成他们被延缓的动作。在maintenance window期间，系统运行所有挂起的同步、任务和alarms，同时也能访问网络
Doze模式的限制。
1. 网络接入被暂停
2. 系统忽略wake locks
3. 标准的AlarmManager alarms被延缓到下一个maintenance window
4. 如果你需要在Doze状态下启动设置的alarms，使用setAndAllowWhileIdle()或者setExactAndAllowWhileIdle()。
5. 当有setAlarmClock()的alarms启动时，系统会短暂退出Doze模式
6. 系统不会扫描Wi-Fi
7. 系统不允许sync adapters运行
8. 系统不允许JobScheduler运行
Doze模式在系统中主要有DeviceIdleController来驱动。下面我们来分析下DeviceIdleController
DeviceIdleController 的启动和初始化
DeviceIdleController和PowerManagerService一样都继承自SystemService类，同样是在SystemServer服务中启动。
mSystemServiceManager.startService(DeviceIdleController.class);同样，在SystemServiceManager中的startService方法中利用反射的方法构造DeviceIdleController对象，然后调用DeviceIdleController的onStart方法来初始化。
DeviceIdleController的构造方法
public DeviceIdleController(Context context) {
super(context);
mConfigFile = new AtomicFile(new File(getSystemDir(), "deviceidle.xml"));
mHandler = new MyHandler(BackgroundThread.getHandler().getLooper());
}构造方法很简单，只有两步
1. 创建一个deviceidle.xml文件，该文件位于data/system/目录下。
2. 创建了一个Handler用来处理消息
onStart方法
public void onStart() {
……
synchronized (this) {
//第1步，获取Doze模式是否默认开启
mEnabled = getContext().getResources().getBoolean(
com.android.internal.R.bool.config_enableAutoPowerModes);
//第2步，从systemConfig中读取默认的系统应用的白名单
SystemConfig sysConfig = SystemConfig.getInstance();
ArraySet<String> allowPowerExceptIdle = sysConfig.getAllowInPowerSaveExceptIdle();
for (int i=0; i<allowPowerExceptIdle.size(); i++) {
String pkg = allowPowerExceptIdle.valueAt(i);
try {
ApplicationInfo ai = pm.getApplicationInfo(pkg, 0);
if ((ai.flags&ApplicationInfo.FLAG_SYSTEM) != 0) {
int appid = UserHandle.getAppId(ai.uid);
mPowerSaveWhitelistAppsExceptIdle.put(ai.packageName, appid);
mPowerSaveWhitelistSystemAppIdsExceptIdle.put(appid, true);
}
} catch (PackageManager.NameNotFoundException e) {
}
}
//第3步
ArraySet<String> allowPower = sysConfig.getAllowInPowerSave();
for (int i=0; i<allowPower.size(); i++) {
String pkg = allowPower.valueAt(i);
try {
ApplicationInfo ai = pm.getApplicationInfo(pkg, 0);
if ((ai.flags&ApplicationInfo.FLAG_SYSTEM) != 0) {
int appid = UserHandle.getAppId(ai.uid);
mPowerSaveWhitelistAppsExceptIdle.put(ai.packageName, appid);
mPowerSaveWhitelistSystemAppIdsExceptIdle.put(appid, true);
mPowerSaveWhitelistApps.put(ai.packageName, appid);
mPowerSaveWhitelistSystemAppIds.put(appid, true);
}
} catch (PackageManager.NameNotFoundException e) {
}
}
mConstants = new Constants(mHandler, getContext().getContentResolver());
//第4步
readConfigFileLocked();
//第5步
updateWhitelistAppIdsLocked();
//第6步
mScreenOn = true;
mCharging = true;
mState = STATE_ACTIVE;
mInactiveTimeout = mConstants.INACTIVE_TIMEOUT;
}
//第7步
publishBinderService(Context.DEVICE_IDLE_CONTROLLER, new BinderService());
publishLocalService(LocalService.class, new LocalService());
}这个方法中大致可以分为6部分
第1步：从配置文件中获取Doze模式的开关值，默认为false
第2步：从SystemConfig中读取Doze模式系统应用的白名单，这个白名单是已经在系统配置文件中配置好的，位于手机目录system/ect/sysconfig中。
收集了配置的除了Idle模式都可以运行的白名单
第3步：从SystemConfig中读取Doze模式的白名单
第2步和第3步主要用于读取Doze模式下系统应用的白名单。
第4步：读取deviceidle.xml文件，解析xml文件并将用户应用的白名单读入内存
第5步：设置Doze模式的白名单，通过updateWhitelistAppIdsLocked()方法将系统应用白名单和用户应用的白名单合并，然后将白名单设置到PowerManagerService中
mLocalPowerManager.setDeviceIdleTempWhitelist(mTempWhitelistAppIdArray);第6步：初始化一些变量，默认系统的屏幕为开启，Doze模式默认为ACTIVE，默认为充电模式等
第7步：和PowerManagerService类似，将DeviceIdleController注册到ServiceManager和LocalService中。
OnStart一共大致有以上7个步骤，主要作用是读取系统白名单和应用白名单，并设置到PowerManagerService中。
下一步同样和PowerManangerService一样，当SystemSerivce Ready之后回调 onBootPhase方法，这个方法也比较简单，主要是也是做一些初始化的功能。
OnBootPhase方法
public void onBootPhase(int phase) {
if (phase == PHASE_SYSTEM_SERVICES_READY) {
synchronized (this) {
……
//初始化部分传感器服务
mSensorManager = (SensorManager) getContext().getSystemService(Context.SENSOR_SERVICE);
mSigMotionSensor = mSensorManager.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_SIGNIFICANT_MOTION);
mLocationManager = (LocationManager) getContext().getSystemService(
Context.LOCATION_SERVICE);
……
mAnyMotionDetector = new AnyMotionDetector(
(PowerManager) getContext().getSystemService(Context.POWER_SERVICE),
mHandler, mSensorManager, this);
……
//注册电池变化等广播
IntentFilter filter = new IntentFilter();
filter.addAction(Intent.ACTION_BATTERY_CHANGED);
filter.addAction(ACTION_STEP_IDLE_STATE);
getContext().registerReceiver(mReceiver, filter);
……
//更新白名单mLocalPowerManager.setDeviceIdleWhitelist(mPowerSaveWhitelistAllAppIdArray);
//注册屏幕显示的回调方法
mDisplayManager.registerDisplayListener(mDisplayListener, null);
updateDisplayLocked();
}
}
}可以看出onBootPhase方法主要是初始化一些传感器，注册了电池改变的广播接收器，注册了屏幕显示变化的回调方法，最后调用updateDisplayLocked方法。
由于DeviceIdleController刚启动，初始化的时候，screenOn默认为true且屏幕状态未发生变化，最后直接调用becomeActiveLocked()方法，将Doze状态设置为ACTIVE,并初始化一些值。
至此，DeviceIdleController就基本启动和初始化完成了。逻辑比较简单，下面我们将讨论Doze模式的几种状态及切换逻辑
DeviceIdleController在onBootPhase方法中，注册了一个ACTION_BATTERY_CHANGED广播接收器，当电池状态发生变化的时候触发该广播接收器的onReceive方法。
if (Intent.ACTION_BATTERY_CHANGED.equals(intent.getAction())) {
int plugged = intent.getIntExtra("plugged", 0);
updateChargingLocked(plugged != 0);
}当Battery状态发生变化的时候，首先先根据Intent的参数判断是否是充电状态，然后调updateChargingLocked 方法
void updateChargingLocked(boolean charging) {
if (DEBUG) Slog.i(TAG, "updateChargingLocked: charging=" + charging);
if (!charging && mCharging) {
mCharging = false;
if (!mForceIdle) {
becomeInactiveIfAppropriateLocked();
}
} else if (charging) {
mCharging = charging;
if (!mForceIdle) {
becomeActiveLocked("charging", Process.myUid());
}
}
}该方法中，根据当前的充电状态，如果是由充电状态变为未充电状态的时候，调用becomeInactiveIfAppropriateLocked()方法，修改Doze模式的状态为InActive状态，如果是充电状态则直接调用becomeActiveLocked方法修改Doze模式的状态为Active状态。
同时在onBootPhase方法中我们还设置了displayListener的监听方法，当屏幕显示状态发生变化的时候，回调该接口。
public void onDisplayChanged(int displayId) {
if (displayId == Display.DEFAULT_DISPLAY) {
synchronized (DeviceIdleController.this) {
updateDisplayLocked();
}
}当Display发生变化的时候，最终调用updateDisplayLocked来更新状态
void updateDisplayLocked() {
mCurDisplay = mDisplayManager.getDisplay(Display.DEFAULT_DISPLAY);
boolean screenOn = mCurDisplay.getState() == Display.STATE_ON;
if (!screenOn && mScreenOn) {
mScreenOn = false;
if (!mForceIdle) {
becomeInactiveIfAppropriateLocked();
}
} else if (screenOn) {
mScreenOn = true;
if (!mForceIdle) {
becomeActiveLocked("screen", Process.myUid());
}
}
}逻辑也比较简单，首先获得当前显示状态，如果显示状态是由亮屏到灭屏，那么调用becomeInactiveIfAppropriateLocked()方法，将Doze模式的状态设置为InActive，如果当前状态是亮屏状态，这直接调用becomeActiveLocked将Doze模式的状态设置为Active。
Doze模式状态转换分析
becomeInactiveIfAppropriateLocked方法分析：
void becomeInactiveIfAppropriateLocked() {
if (((!mScreenOn && !mCharging) || mForceIdle) && mEnabled && mState == STATE_ACTIVE) {
mState = STATE_INACTIVE;
resetIdleManagementLocked();
scheduleAlarmLocked(mInactiveTimeout, false);
}
}首先屏幕灭屏并且不是充电状态，Doze状态为Active的时候，
1. 将状态修改为InActice
2. 重置一些变量及状态
3. 设置一个定时器，在一段时间mInactiveTimeout后触发。时间mInactiveTimeout = 30min
void resetIdleManagementLocked() {
//重置Idle和maintance状态中的时间间隔
mNextIdlePendingDelay = 0;
mNextIdleDelay = 0;
//取消定时器
cancelAlarmLocked();
//取消传感器和定位监测
cancelSensingAlarmLocked();
cancelLocatingLocked();
stopMonitoringSignificantMotion();
mAnyMotionDetector.stop();
}将mNextIdlePendingDelay和mNextIdleDelay两个时间变量重置，取消定时器，停止定位和运动，位置检测。
becomeActiveLocked方法分析：
void becomeActiveLocked(String activeReason, int activeUid) {
if (mState != STATE_ACTIVE) {
scheduleReportActiveLocked(activeReason, activeUid);
mState = STATE_ACTIVE;
mInactiveTimeout = mConstants.INACTIVE_TIMEOUT;
resetIdleManagementLocked();
}
}主要是将Doze的状态设置为ACTIVE状态，并重置相关的变量。执行scheduleReportActiveLocked方法，该方法发送了一个MESSAGE_REPORT_ACTIVE的消息给Handler。
case MSG_REPORT_ACTIVE: {
String activeReason = (String)msg.obj;
int activeUid = msg.arg1;
boolean needBroadcast = msg.arg2 != 0;
mLocalPowerManager.setDeviceIdleMode(false);
try {
mNetworkPolicyManager.setDeviceIdleMode(false);
mBatteryStats.noteDeviceIdleMode(false, activeReason, activeUid);
} catch (RemoteException e) {
}
if (needBroadcast) {
getContext().sendBroadcastAsUser(mIdleIntent, UserHandle.ALL);
}
} breakHandler处理逻辑，主要告诉PowerManagerService退出Doze模式，网络和电量统计退出Doze模式。
该方法主要作用是修改Doze模式为Active,并通知相应的服务退出Doze模式。
下一步我们接着分析InActive状态。当拔掉充电电源的时候或者屏幕灭屏的时候，调用becomeInactiveIfAppropriateLocked进入InActive状态，当30min后，定时器触发后，广播接收器接收到ACTION_STEP_IDLE_STATE定时器触发，并调用了setIdleStateLocked方法。
setIdleStateLocked方法关键代码：
switch (mState) {
case STATE_INACTIVE:
startMonitoringSignificantMotion();
scheduleAlarmLocked(mConstants.IDLE_AFTER_INACTIVE_TIMEOUT, false);.
mNextIdlePendingDelay = mConstants.IDLE_PENDING_TIMEOUT;
mNextIdleDelay = mConstants.IDLE_TIMEOUT;
mState = STATE_IDLE_PENDING;
break;
……1. 调用startMonitoringSignificantNotion()方法，注册SigMotion传感器，监测重要的运动事件。
2. 重新设置一个定时器，同样在30min后触发。
3. 设置mNextIdlePendingDelay的时间为5min, mNextIdleDelay的时间为60min
4. 修改当前的Doze状态为IDLE_PENDING状态
startMonitoringSignificantNotion()方法注册了运动监测的传感器，当传感器触发的时候，回调SigMotionListener接口，最终调用significantMotionLocked()方法来处理
void significantMotionLocked() {
mSigMotionActive = false;
handleMotionDetectedLocked(mConstants.MOTION_INACTIVE_TIMEOUT, "motion");
}
void handleMotionDetectedLocked(long timeout, String type) {
if (mState != STATE_ACTIVE) {
scheduleReportActiveLocked(type, Process.myUid());
mState = STATE_ACTIVE;
mInactiveTimeout = timeout;
cancelSensingAlarmLocked();
becomeInactiveIfAppropriateLocked();
}
}处理逻辑，当前的状态为Idle_pending，所以调用scheduleReportActiveLocked方法通知相关的服务退出Doze模式，将当前状态修改为Active,最终调用becomeInactiveIfAppropriateLocked重新进入InActive状态。根据此处逻辑可知，如果传感器监测到有特殊的运动就随时返回到InActive状态。
如果没有运动30min后触发定时器，再次进入setIdleStateLocked方法
case STATE_IDLE_PENDING:
mState = STATE_SENSING;
scheduleSensingAlarmLocked(mConstants.SENSING_TIMEOUT);
cancelLocatingLocked();
mAnyMotionDetector.checkForAnyMotion();
mNotMoving = false;
mLocated = false;
mLastGenericLocation = null;
mLastGpsLocation = null;
break;此时将当前的Doze状态设置为STATE_SENSING,同时设置了定时器，4min后触发。同时开启运动检测，mAnyMotionDetector.checkForAnyMotion()，该方法利用传感器，检测手机是否移动，我们来看下关键代码实现。
if (!mMeasurementInProgress && mAccelSensor != null) {
if (mSensorManager.registerListener(mListener, mAccelSensor,
SAMPLING_INTERVAL_MILLIS * 1000)) {
mWakeLock.acquire();
mMeasurementInProgress = true;
mRunningStats.reset();
}
Message msg = Message.obtain(mHandler, mMeasurementTimeout);
msg.setAsynchronous(true);
mHandler.sendMessageDelayed(msg, ACCELEROMETER_DATA_TIMEOUT_MILLIS);
}此处注册了个传感器，然后接受传感器的数据，然后延迟3s执行方法。
首先，接收数据接口，数据接口会判断当前的数据信息是否足够，若足够则调用status = stopOrientationMeasurementLocked()，根据当前传感器的数据计算出当前手机的状态，回调.onAnyMotionResult(status)方法。
或者，延迟3s再收集数据，调用status = stopOrientationMeasurementLocked()，根据当前传感器的数据计算出当前手机的状态，回调.onAnyMotionResult(status)方法。
public void onAnyMotionResult(int result) {
if (result == AnyMotionDetector.RESULT_MOVED) {
synchronized (this) {
handleMotionDetectedLocked(mConstants.INACTIVE_TIMEOUT, "sense_motion");
}
} else if (result == AnyMotionDetector.RESULT_STATIONARY) {
if (mState == STATE_SENSING) {
synchronized (this) {
mNotMoving = true;
stepIdleStateLocked();
}
}
……
}当检测到手机的状态后，根据状态处理不同的逻辑
1. 当手机处于MOVE状态的时候，执行handleMotionDetectedLocked方法，将状态重置为INACTIVE状态，通知各个服务退出IDLE模式。
2. 当手机固定不动的时候，讲notMoveing变量置为true,同时执行
setIdleStateLocked方法，进入下一个状态。
case STATE_SENSING:
mState = STATE_LOCATING;
scheduleSensingAlarmLocked(mConstants.LOCATING_TIMEOUT);
mLocating = true;
mLocationManager.requestLocationUpdates(mLocationRequest, mGenericLocationListener,
mHandler.getLooper());
if (mLocationManager.getProvider(LocationManager.GPS_PROVIDER) != null) {
mHaveGps = true;
mLocationManager.requestLocationUpdates(LocationManager.GPS_PROVIDER, 1000, 5,
mGpsLocationListener, mHandler.getLooper());
} else {
mHaveGps = false;
}
break;当移动监测完成，或者4min后定时器触发，当前状态为STATE_LOCATION状态。在设置30s的定时器，同时调用系统定位，当定位完成回调定位完成接口
void receivedGenericLocationLocked(Location location) {
……
mLocated = true;
if (mNotMoving) {
stepIdleStateLocked();
}
}
void receivedGpsLocationLocked(Location location) {
……
mLocated = true;
if (mNotMoving) {
stepIdleStateLocked();
}
}当接收到定位信息且当前手机位置没有移动，就进入IDLE状态。
case STATE_LOCATING:
cancelSensingAlarmLocked();
cancelLocatingLocked();
mAnyMotionDetector.stop();
case STATE_IDLE_MAINTENANCE:
scheduleAlarmLocked(mNextIdleDelay, true);
mNextIdleDelay = (long)(mNextIdleDelay * mConstants.IDLE_FACTOR);
mNextIdleDelay = Math.min(mNextIdleDelay, mConstants.MAX_IDLE_TIMEOUT);
mState = STATE_IDLE;
mHandler.sendEmptyMessage(MSG_REPORT_IDLE_ON);
break;先取消上个状态的没有完成的定时器和定位，取消运动监测。设置下一个定时器mNextIdleDelay = 60min后触发。修改mNextIdleDelay的值为当前的2倍。最大值为6h,将状态设置为IDLE状态，发送IDLE的handler消息，接收到消息通知相关的服务进入IDLE状态。
当60min过后，定时器触发，进入IDLE_MAINTENANCE状态。设置定时器5min后触发，修改下次时间为2倍，最大时间为10min,发送MSG_REPORT_IDLE_OFF消息，在Handler中处理，通知各个服务退出IDLE状态。
case STATE_IDLE:
scheduleAlarmLocked(mNextIdlePendingDelay, false);
mNextIdlePendingDelay = Math.min(mConstants.MAX_IDLE_PENDING_TIMEOUT,
(long)(mNextIdlePendingDelay * mConstants.IDLE_PENDING_FACTOR));
mState = STATE_IDLE_MAINTENANCE;
mHandler.sendEmptyMessage(MSG_REPORT_IDLE_OFF);
break;下次触发再次进入IDLE状态。
Doze模式的几个状态转换基本分析完成，下面是各个状态转换的流程图
Doze模式总共有7中状态，手机被操作的时候为Active状态，当手机关闭屏幕或者拔掉电源的时候，手机开始进入Doze模式，经过一系列的状态后最终进入IDLE状态，此时属于深度休眠状态，系统中的网络，Wakelock等服务都会停止运行，当60min过后，系统进入IDLE_MAINTENANCE状态，此时集中处理相关的任务，5min后再次进入IDLE状态，每次进入IDLE状态，时间都会是上次的2倍，最大时间限制为6h.
在这7中状态中，随时都会返回ACTIVE或者INACTIVE状态。当手机运动，或者点亮屏幕，插上电源等，系统会返回到ACTIVIE和INACTIVE状态。
PowerManagerService中Doze状态的处理
以上分析完了Doze几个状态之间的转换，下面我们分析下PowerManagerService中关于Doze的处理逻辑。
我们知道，当Doze模式转换到Idle状态之后，就会通知相关的服务进入IDLE状态，其中PowerManangerService处理的方法为localPowerManager.setDeviceIdle(true)
void setDeviceIdleModeInternal(boolean enabled) {
synchronized (mLock) {
if (mDeviceIdleMode != enabled) {
mDeviceIdleMode = enabled;
updateWakeLockDisabledStatesLocked();
}
}
}将PowerManagerService中mDeviceIdleMode的值设置为true，然后调用updateWakeLockDisableStatesLocked()方法更新wakeLock的状态。
private void updateWakeLockDisabledStatesLocked() {
boolean changed = false;
final int numWakeLocks = mWakeLocks.size();
for (int i = 0; i < numWakeLocks; i++) {
final WakeLock wakeLock = mWakeLocks.get(i);
if ((wakeLock.mFlags & PowerManager.WAKE_LOCK_LEVEL_MASK)
== PowerManager.PARTIAL_WAKE_LOCK) {
if (setWakeLockDisabledStateLocked(wakeLock)) {
changed = true;
if (wakeLock.mDisabled) {
//当前wakeLock的mDisabled变量为true，释放掉该wakeLock
notifyWakeLockReleasedLocked(wakeLock);
} else {
notifyWakeLockAcquiredLocked(wakeLock);
}
}
}
}
if (changed) {
mDirty |= DIRTY_WAKE_LOCKS;
updatePowerStateLocked();
}
}在更新WakeLock的信息时，遍历所有的wakeLock,只处理wakeLock的类型为PARTIAL_WAKE_LOCK的wakeLock。调用setWakeLockDisabledStateLocked(wakeLock)方法更新wakeLock的disable的状态值。在该方法中根据当前wakelock所有应用程序的appid来判断该程序在IDLE状态是是否可以正常运行，如果该appid合法且该appid不在设置的白名单中，该应用程序在IDLE状态时是不能运行的，将该wakeLock的disabled的值置为true
如果该appid在白名单中，那么该程序在IDLE状态允许运行，将该wakeLock的disable状态置为false.
private boolean setWakeLockDisabledStateLocked(WakeLock wakeLock) {
if ((wakeLock.mFlags & PowerManager.WAKE_LOCK_LEVEL_MASK)
== PowerManager.PARTIAL_WAKE_LOCK) {
boolean disabled = false;
if (mDeviceIdleMode) {
final int appid = UserHandle.getAppId(wakeLock.mOwnerUid);
if (appid >= Process.FIRST_APPLICATION_UID &&
Arrays.binarySearch(mDeviceIdleWhitelist, appid) < 0 &&
Arrays.binarySearch(mDeviceIdleTempWhitelist, appid) < 0 &&
mUidState.get(wakeLock.mOwnerUid,
ActivityManager.PROCESS_STATE_CACHED_EMPTY)
> ActivityManager.PROCESS_STATE_FOREGROUND_SERVICE) {
disabled = true;
}
}
if (wakeLock.mDisabled != disabled) {
wakeLock.mDisabled = disabled;
return true;
}
}
return false;
}如果该wakeLock的disabled变量更新成功，当wakeLock的disabled的值为true，表示IDLE状态次wakeLock不可用，调用notifyWakeLockReleasedLocked(wakelock)通知释放该wakeLock。
当wakeLock的disabled的值为false，表示IDLE状态此wakeLock可用，调用notifyWakeLockAcquiredLocked(wakeLock)通知获取该wakeLock。