Android 功耗与内存优化

主要内容

• 功耗优化：关于一些对功耗的检测及优化
• 内存优化：关于一些对内存的常见优化手段及检测工具

功耗优化

耗电原因

• CPU：wakelocks
• 网络、无线、蓝牙等
• 屏幕

CPU 与网络等是属于 Background Process，若要优化，需要设法减少、延迟、合并 Background Process。

Doze 与 App Standby

从 API 23 开始， Android 提供了这两种模式以延长电池寿命，是 Android 系统的大方针。Doze 就是将一些 Wakelocks、网络、Jobs/Syncs、Alarms、GPS/Wifi 禁止/延迟，仅在需要唤醒这些东西时即到维护窗口时才唤醒。App Standby 是应用级别的，细分到每一个应用中的，应用未使用一段时间后(即没有 foreground process 时)就会进入 App Standby，进入此状态后 App 就不能访问网络并且 Jobs/Syncs 都会受到延迟。

当然，启用 Foreground Service 就不会受到 Doze 和 App Standby 的影响。同时，在 AOSP 中这两个模式是关闭的，具体需要看看手机厂商有没有开启，提起这个只是给到大家一个官方的方案来引导我们做自己的方案。

developer.android.google.cn/training/mo…

常见优化方案

若要进行功耗优化，则需要设法减少、延迟、合并 Background Process。通过 Doze 则是对 Background Process 进行合并，即合并到维护窗口时；通过 App Standby 则是对 Backgroud Process 进行延迟，即延迟到"使用"状态下或充电状态下。这些是系统级别的优化，而应用级别的优化则是在平时的积累中进行的，比如对耗电功能进行优化，原则上与上面一致，即减少、延迟、合并这些功耗大的功能：

• 屏幕：屏幕亮度对功耗影响是比较大的，在一些场景(如二维码展示、视频播放、游戏)中会对屏幕亮度进行调整或是保持屏幕常亮，在这种情况下是比较耗电的，注意对此方面的控制能够对功耗做到一定的优化。
• 充电状态下进行耗电操作：通过监听电量广播(Intent.ACTION_BATTERY_CHANGED)即可获取当前充电状态，在充电状态下进行耗电操作(比如自动备份等高网络请求的功能)。获取充电状态的代码如下：

/**
 * This method checks for power by comparing the current battery state against all possible
 * plugged in states. In this case, a device may be considered plugged in either by USB, AC, or
 * wireless charge. (Wireless charge was introduced in API Level 17.)
 */
private boolean checkForPower() {
    // It is very easy to subscribe to changes to the battery state, but you can get the current
    // state by simply passing null in as your receiver.  Nifty, isn't that?
    IntentFilter filter = new IntentFilter(Intent.ACTION_BATTERY_CHANGED);
    Intent batteryStatus = this.registerReceiver(null, filter);

    // There are currently three ways a device can be plugged in. We should check them all.
    int chargePlug = batteryStatus.getIntExtra(BatteryManager.EXTRA_PLUGGED, -1);
    boolean usbCharge = (chargePlug == BatteryManager.BATTERY_PLUGGED_USB);
    boolean acCharge = (chargePlug == BatteryManager.BATTERY_PLUGGED_AC);
    boolean wirelessCharge = false;
    if (Build.VERSION.SDK_INT >= Build.VERSION_CODES.JELLY_BEAN_MR1) {
        wirelessCharge = (chargePlug == BatteryManager.BATTERY_PLUGGED_WIRELESS);
    }
    return (usbCharge || acCharge || wirelessCharge);
}
复制代码

• 延迟、合并高功耗操作：在网络请求中，频繁请求会比集中请求功耗大，蜂窝数据请求会比无线网络请求功耗大。这种情况下可通过 JobScheduler 将一些操作延迟、合并在一些合适的情况下进行。
• 传感器、GPS：尽量复用、及时注销、选择正确的参数
• 及时释放 WakeLock

检测工具 Battery Historian

Battery Historian 是 Android 5.0 之后引入的一个获取设备电量消耗信息的图形化工具，能够直观展示手机电量消耗。

Battery_Historian_Tool使用说明

推荐使用 API

JobScheduler：系统利用这些触发的设置，合并相同的 background process，从而优化内存和电池性能。

内存优化

内存优化原因

• 内存泄漏 -> 内存占用高 -> OOM

ART GC 原因

• Concurrent： 并发GC，不会使App的线程暂停，该GC是在后台线程运行的，并不会阻止内存分配。
• Alloc：当堆内存已满时，App尝试分配内存而引起的GC，这个GC会发生在正在分配内存的线程。
• Explicit：App显示的请求垃圾收集，例如调用System.gc()。与DVM一样，最佳做法是应该信任GC并避免显示的请求GC，显示的请求GC会阻止分配线程并不必要的浪费 CPU 周期。如果显式的请求GC导致其他线程被抢占，那么有可能会导致 jank（App同一帧画了多次)。
• NativeAlloc：Native内存分配时，比如为Bitmaps或者RenderScript分配对象， 这会导致Native内存压力，从而触发GC。
• CollectorTransition：由堆转换引起的回收，这是运行时切换GC而引起的。收集器转换包括将所有对象从空闲列表空间复制到碰撞指针空间（反之亦然）。当前，收集器转换仅在以下情况下出现：在内存较小的设备上，App将进程状态从可察觉的暂停状态变更为可察觉的非暂停状态（反之亦然）。
• HomogeneousSpaceCompact：齐性空间压缩是指空闲列表到压缩的空闲列表空间，通常发生在当App已经移动到可察觉的暂停进程状态。这样做的主要原因是减少了内存使用并对堆内存进行碎片整理。
• DisableMovingGc：不是真正的触发GC原因，发生并发堆压缩时，由于使用了 GetPrimitiveArrayCritical，收集会被阻塞。一般情况下，强烈建议不要使用 GetPrimitiveArrayCritical，因为它在移动收集器方面具有限制。
• HeapTrim：不是触发GC原因，但是请注意，收集会一直被阻塞，直到堆内存整理完毕。

检测工具

• LeakCanary：github.com/square/leak…
• Memory Profiler：Android Studio 自带工具https://developer.android.com/studio/profile/memory-profiler.html?hl=zh-cn

常见的内存泄漏场景

• 非静态内部类的静态实例：非静态内部类会持有外部类的引用。
• 匿名内部类的静态实例：匿名内部类会持有外部类的引用。
• Handler：直接 new Handler(){} 是匿名内部类，也会持有外部类引用，同时 Message Queue 中的部分消息不会及时消费掉，因此：1、在销毁 Activity 时及时清除 MessageQueue 中的 Message；2、使用静态的 Handler 内部类；3、持有弱引用的 Activity。
• Context：避免在非必要的情况下使用 Activity Context，使用 Application Context 替代。
• 对有可能持有 Activity 引用的静态类(如静态 View)需要在销毁时置空。
• 未关闭资源对象(File、Cursor、MediaPlayer等)。
• Bitmap：Bitmap 的管理是非常麻烦的，使用其都需非常小心，临时创建需及时回收，避免静态变量持有 Bitmap 对象。
• 监听器及时 remove/unregister（传感器、定位等）。

其他内存优化手段

除避免内存泄漏外还有其他内存优化手段：

• 用 JobScheduler 替代 Service。若必须使用 Service，最好用 IntentService 限制服务寿命，所有请求完成后会自动停止。

• 使用 SparseArray、SparseBooleanArray、LongSparseArray 代替 HashMap 等数据结构。

• 必要时释放内存：

  import android.content.ComponentCallbacks2;
  
  public class MainActivity extends AppCompatActivity
      implements ComponentCallbacks2 {
      
      /**
       * 当UI不可见时或系统资源不足时释放内存
       * @param level 引发的与内存相关的事件
       */
      public void onTrimMemory(int level) {
  
          // 确定引发了哪个生命周期或系统事件
          switch (level) {
              case ComponentCallbacks2.TRIM_MEMORY_UI_HIDDEN:
                  /*
                     释放一些没必要的内存资源。现在用户界面已移至后台
                  */
                  break;
              case ComponentCallbacks2.TRIM_MEMORY_RUNNING_MODERATE:
              case ComponentCallbacks2.TRIM_MEMORY_RUNNING_LOW:
              case ComponentCallbacks2.TRIM_MEMORY_RUNNING_CRITICAL:
                  /*
                     释放应用不需要的内存。
                     应用程序运行时，设备内存不足。 
                     引发的事件表示与内存相关的事件的严重性。 
                     如果事件是TRIM_MEMORY_RUNNING_CRITICAL，那么系统将开始杀死后台进程。
                  */
                  break;
              case ComponentCallbacks2.TRIM_MEMORY_BACKGROUND:
              case ComponentCallbacks2.TRIM_MEMORY_MODERATE:
              case ComponentCallbacks2.TRIM_MEMORY_COMPLETE:
                  /*
                     释放尽可能多的内存。
                     该应用程序位于LRU列表中并且系统内存不足。
                     引发的事件表明应用程序位于LRU列表中的位置。
                     如果引发的事件是 TRIM_MEMORY_COMPLETE, 
                     这一进程将是最先终止的进程之一。
                  */
                  break;
              default:
                  /*
                    释放任何非关键数据结构。
                    应用程序从系统接收到一个无法识别的内存级别值。
                    将其视为一般的低内存消息。
                  */
                  break;
          }
      }
  }
  复制代码

• 检查当前使用了多少内存，做好保护去释放一些次要资源以防 OOM：

  public void doSomethingMemoryIntensive() {
      // 在做一些需要大量内存的事情之前检查设备是否处于低内存状态
      ActivityManager.MemoryInfo memoryInfo = getAvailableMemory();
      if (!memoryInfo.lowMemory) {
          // 当前处于低内存状态 ...
      }
  }
  
  // 获取 MemoryInfo
  private ActivityManager.MemoryInfo getAvailableMemory() {
      ActivityManager activityManager = (ActivityManager) this.getSystemService(ACTIVITY_SERVICE);
      ActivityManager.MemoryInfo memoryInfo = new ActivityManager.MemoryInfo();
      activityManager.getMemoryInfo(memoryInfo);
      return memoryInfo;
  }
  复制代码

• 优化布局层次、避免自定义组件中 onDraw 创建大量临时对象。