概论

从android6.0开始，android引入了两种省电技术以延长电池的使用寿命，分别是低电耗模式（Doze）和应用待机模式（App standby）模式。当设备屏幕关闭，不充电，Doze模式会通过限制app访问网络，推迟后台作业，同步来减少了对于电池电量的消耗。对于一些不是经常使用的app，Appstandby会禁止app后台的网络活动。

只要App在android6.0或更高版本的系统上运行，都会受到Doze和App Standby 模式的约束。（前提是需要在编译ROM之前通过配置xml文件开启Doze功能）。

根据第三方测试显示，两台同样的Nexus 5，开启的Doze的一台待机能达到533小时。

1 Doze模式要点分析

1.1 Android 6.0 的Doze模式：
假如设备不插电源充电，保持静止，且关闭屏幕一段时间，设备就会进入Doze模式，在Doze模式期间，系统会禁止app访问网络，延迟app的后台作业(JobScheduler)，同步(SyncAdapter )，alarm。

在每一个maintenance 窗口结束后，系统又会重新进入Doze模式，挂起网络连接活动，推迟任务，同步，alarm。随着时间的推移，系统调度maintenance 窗口的频率会越来越少。

1.2 Android 7.0增强Doze模式：

Android N 则通过在设备未插接电源且屏幕关闭状态下、但不一定要处于静止状态，就会进入Doze模式，分为两个阶段，根据对App行为的限制分为浅度doze（light idle）和深度doze（deep idle），相比android6.0，进入doze模式的门槛更低。
Android7.0 进入Doze模式的两个阶段：
screen off on battery stationary not/yes

当设备进入Doze模式后，系统会周期性的唤醒设备以提供简短的维护时间窗口（maintenance）（上图橙色），在此窗口期间，应用程序可以访问网络并执行任何被推迟的作业和同步，然后又进入Doze模式中的IDLE状态（上图绿色），周期性循环，并且从First level到进入Second level的过程中进入maintenance的周期会逐渐变大。总结表格如下：

级别

IDLE程度

进入条件

对App的行为限制

退出条件

设备硬件要求

第一级别限制

浅度IDLE

(Light IDLE)

设备不充电，屏幕关闭

1不能访问网络；

2推迟作业和同步

激活屏幕，设备充电

无

第二级别限制

深度IDLE

(Deep IDLE)

设备不充电，屏幕关闭,设备保持静止一段时间

1 不能访问网络；

2 wake lock失效；

3 禁止GPS/WIFI 扫描；

4  Alarms推迟

5 作业，同步推迟。

激活屏幕，设备充电，有移动动作，Alarm 到时

要求具有SMD（Significant motion Dector），一种用于检测设备是否处于静止状态传感器

注：Notifications的到来不会导致退出doze模式

Significant motion sensor 介绍:
用来检测用户当前的移动状态,例如走路,骑着自行车,正在开车等
传感器选用规则：
Doze 模式启动之前会对当前设备传感器进行检查，以决定doze模式的深度：
步骤1：检查com.android.internal.R.integer.config_autoPowerModeAnyMotionSensor，如果有设置，则获取传感器ID，根据ID获取传感器实例，没有的话跳到步骤2。
步骤2：检查com.android.internal.R.bool.config_autoPowerModePreferWristTilt，如果有设置，则获取传感器ID，根据ID获取传感器实例，没有的话跳到步骤3。
步骤3：获取TYPE_SIGNIFICANT_MOTION传感器，获取成功则有条件可以进入Deep Doze模式，没有则只能进入Light Doze模式。

1.3 设备开启Doze功能
设备开启Doze功能后，根据是否具有SMD传感器决定是否进入深度Doze模式，如果没有SMD传感器，Doze模式下只能进入浅度睡眠Doze模式。
开启Doze功能步骤：
（1） 确定设备已经安装了GCM服务（可选）；
（2） 在源代码将 overlay/frameworks/base/core/res/res/values/config.xml中的config_enableAutoPowerModes 参数值设置为 true，
即bool name="config_enableAutoPowerModes">true</bool>，这个参数在AOSP的源码默认是关闭的。
（3） 确定预装的app和服务在Doze下进行过适配。
（4） 将一些重要的服务加入白名单，如果不能使用GCM服务，app又要求具有即使推送消息功能，那么最好把这类app加入白名单。
Doze控制service在android源码framework里面的路径：
DeviceIdleController.java (frameworks\base\services\core\java\com\android\server)

1.4 Doze模式下的各种状态
Doze模式控制下的7种状态解释：
 ACTIVE: 设备在使用中，或者连接着电源充电。
 INACTIVE: 使用者关闭了屏幕，不充电。
 IDLE_PENDING: 设备已经过了不活动的状态，准备进入第一级别的idle模式，这里就会开始检测设备是否移动。
 SENSING: 正在检测设备是否静止。
 LOCATING: 获取位置信息。
 IDLE: 设备进入了第二级别的idle模式，处于完全doze模式。
 IDLE_MAINTENANCE: 短暂的推出idle，进入常规的处理模式。

1.5 设备进入Doze模式流程分析
ACTIVE 
INACTIVE   （30 min）(First level) 设备保持不活动状态
IDLE_PENDING （30min）判断用户的运动状态：骑自行车，开车，走路
sensing  （4min） 检测设备是否处于静止状态
locating  （30s） 在进入IDLE之前更新位置信息
IDLE  (60min × m)(Second level)进入深度IDLE,m为倍数
IDLE_MAINTENANCE （5min）
设备不充电，关闭屏幕后，会进入了inactive状态，系统会设置一个5min的alarm和30min的alarm， 5min的alarm到时后设备会进入light doze模式，light doze模式会持续60min（假设设备没有被唤醒），接着就进入deep doze模式。
在处于light doze模式期间，idle的持续时间达5min，这个持续时间会随着idle次数的增加而增加（5min<=5min*m<=15min），每一次idle结束后紧接着会有maintenance窗口出现，这个maintenance窗口的时间是60s。以上时间参数都可以进行预先设置，根据实际情况进行调整，更详细流程可参考文档：android 7.0 Doze模式状态图.pdf
总结：设备在不充电，关闭屏幕大约5min后会进入light idle模式，大约经过1h后会进入deep idle模式，进入deep idle后则意味着完全DOZE模式--最大力度省电。

2 在Doze模式下适配App
2.1 Doze模式下对alarm的优化
android6.0 引入了setAndAllowWhileIdle()和 setExactAndAllowWhileIdle()
通过这两个API设置的alarm，即使在Doze模式下alarm也能运行，但根据Google官方文档，使用这两个方法时,每个应用每9分钟只能唤醒一次alarm。
如果App有重要的定时通知功能，例如日历App的代办事项提醒功能，则需要采用最新的api优化app的定时通知功能。
 setAndAllowWhileIdle
设置可在idle模式下执行的alarm
 setExactAndAllowWhileIdle
设置可以在idle模式下执行的精确Alarm

2.2 消息推送
Google建议App使用Google Cloud Messaging(GCM)进行消息推送，因为当系统处于Doze模式，或者App处于standby模式时，GCM GCM high-priority messages会唤醒app并允许其进行网络访问，App 处理完推送消息后又回到待机模式。所以GCM不会影响系统的Doze状态，也不会影响其他处于待机状态的App。
因为国内基本上不能使用GCM，但鉴于针对国内开发的应用基本不会使用GCM，使用为了适配7.0而让app使用GCM服务基本不可行。

2.3 白名单的运用
在国内，android设备基本上不能使用Google服务，但App又需要网络连接来接收实时消息推送，针对这个问题，系统提供了可以配置的白名单让app免于被Doze模式和App standby模式优化。
一个被加入白名单的App 可以在Doze模式期间和App待机模式期间使用网络和持有partial_wake_lock（屏幕处于关闭状态，但CPU依然运作，直到释放锁），但是像作业，同步，alarm这些任务还是会被推迟运行，依然受Doze模式和App待机模式约束，也就是说，并不是加入白名单就完全不受Doze模式和App待机模式约束。
2.3.1 用户动态添加App进入白名单
一个App可以通过调用isIgnoringBatteryOptimizations()函数来检查自己的是否在白名单
列表里面。如果不在，可以通过以下几种方式将自己加入白名单：
 用户可以通过设置>电池>电池优化来手动配置白名单
 App 可以通过发送Intent：ACTION_IGNORE_BATTERY_OPTIMIZATION_SETTINGS 直接导航用户到电池优化界面
 在App加入 REQUEST_IGNORE_BATTERY_OPTIMIZATIONS权限，然后app通过发送Intent：ACTION_REQUEST_IGNORE_BATTERY_OPTIMIZATIONS去触发弹出一个请求加入白名单的对话框，用户在对话框中选择是或否在决定是否加入白名单(推荐这种方式)
 用户通过“设置”app进行设置：设置->电池->电池优化。
最终这些被加入白名单的app都会被保存在：/data/system/deviceidle.xml文件里面。
2.3.2 预先添加System App进入白名单
对于一些系统应用，需要在第一次开机的时候就自动加入白名单，只需在编译ROM之前预先把package包名写入frameworks\base\data\etc\platform.xml
格式为：
<allow-in-power-save package="com.android.providers.downloads" />
系统编译过程中会自动把platform.xml 安装到system镜像的/system/etc/permissions目录下面。
测试案例：
导出platform.xml，将platform.xml配置成如下：
<allow-in-power-save package="com.android.providers.downloads" />
<allow-in-power-save package="com.yulong.android.coolmart" />
<allow-in-power-save package="com.yulong.android.coolyou" />

然后替换platform.xml，恢复工厂设置后“电池优化”界面，选择“未优化”，可以看见对于app被配置成未优化。

2.4 后台优化

Android N 删除了三项隐式广播，以帮助优化内存使用和电量消耗，分别是：
 CONNECTIVITY_ACTION 
 ACTION_NEW_PICTURE
 ACTION_NEW_VIDEO
应用不再接收静态注册的CONNECTIVITY_ACTION广播，但是应用在前台时仍然能够监听到动态注册的CONNECTIVITY_CHANGE广播。
应用程序不能发送或者接收ACTION_NEW_PICTURE 和ACTION_NEW_VIDEO广播,这个优化会影响到所有应用。
应用适配方案1：
将之前静态注册的CONNECTIVITY_ACTION改成成动态注册。
应用适配方案2：

使用JobScheduler API执行网络任务，使用JobInfo.Builder()创建JobInfo对象时,调用setRequiredNetworkType()设置当检测到有网络连接时开始网络任务。

3 App Standby模式

如果用户在一段时间内没有使用某个app，那么系统就会让这个app处于空闲模式，限制app访问网络，推迟app的作业和同步任务。
当设备插上电源时，或者app被用户启动，系统就会让app退出待机模式，恢复app到正常运行状态，让app自由访问网络和执行它们之前延迟的作业和同步。
App处于活动状态下的表现：
1. 一个进程正在前台运行（进程可以是一个activity或者一个前台服务，或者当前进程正在被其他activity或者服务调用），例如通知监听器，可以外界供访问的服务，动画壁纸等；
2. 一个可以被用户看见的通知，例如在锁屏界面的通知，在通知栏托盘里面的通知。
3. 一个app明确的被用户直接启动，例如直接点击app启动。
如果app保持一段时间不处于上述的三种状态中，就会标记为不活动，系统就会调度App进入App 待机模式。

监控

处于standby模式对app的限制

退出standby模式的条件

设备没有充电，

app在一段时间内都没有被启动过（几小时以上），

App会被标记为standby 模式

每天只能使用网络一次，推迟app的同步和作业

1 设备充电

2  App被启动

用户控制界面：

打开设置->开发者选项->未启用的应用，可以手动设置app是否启用。

4 使用GCM与App进行信息交互
Google Cloud Messaging(GCM) 是谷歌提供的一套用于服务端实时推送消息到设备终端的服务，所有需要实时消息推送的app都可以共享使用这个连接。这个服务是可以共享使用的，所有app可以共享使用GCM服务。

当系统处于Doze模式，或者App处于standyby模式时，GCM high-priority messages会唤醒app并允许其进行网络访问，App 处理完推送消息后又回到原先的模式。所以GCM不会影响系统的Doze状态。

5 在Doze模式和App Standby模式测试App状态 
5.1 在Doze模式测试app
通过如下步骤测试你的app：
1. 一台搭载android6.0（或更高版本）的真实设备或虚拟机
2. 开启debug 模式，并安装需要测试的app
3. 运行app，保持app活动状态
4. 关闭设备屏幕
5. 通过如下命令强制系统进入Doze模式：
$ adb shell dumpsys battery unplug
$ adb shell dumpsys deviceidle step
第二条命令需要多跑几次，直至设备状态进入idle状态。可以根据命令返回的信息来判断是否已经完全进入Doze模式：
当命令窗口返回IDLE时，则完全进入了Doze低电耗模式，再运行一次adb shell dumpsys deviceidle step命令，则设备就会进入maintenance 维护窗口状态。
其他常用调试命令：
1. 列出白名单命令：adb shell dumpsys deviceidle whitelist

2. adb shell dumpsys deviceidle –h查看命令帮助：

5.2 在App 待机模式下测试App

步骤如下：
1. 一台搭载android6.0（或更高版本）的真实设备或虚拟机
2. 打开debug 模式，安装app
3. 打开app，保持app 处于活动状态
4. 运行如下命令强制app进入App待机模式:
$ adb shell dumpsys battery unplug
$ adb shell am set-inactive <packageName> true

通过如下命令模仿唤醒app
$ adb shell am set-inactive <packageName> false

$ adb shell am get-inactive <packageName>

6 传统省电VS Doze省电

传统省电：通过调节CPU和联网频率，或者只保留通话，信息重要功能，直接关闭GPS,WIFI,移动数据网络。
Doze省电:更加智能化的省电
1. 智能检测当前用户使用手机场景；
2. 根据用户使用手机场景调节省电深度级别；
3. 不需要手动关闭app，Doze会根据用户使用场景自动限制app行为；
4. 用户不需要手动开启doze省电，doze会自动运转后台，随时随地根据用户使用场景省电。
Google 官方Doze介绍链接：
https://developer.android.com/about/versions/nougat/android-7.0-changes.html#doze
https://developer.android.com/training/monitoring-device-state/doze-standby.html

7 应用开发测试案例
7.1 在Doze模式下使用alarm
案例描述：使用android6.0引入的新API setAndAllowWhileIdle()创建一个alarm，启动alarm后，通过adb命令让设备进入Doze模式，确定Doze模式下alarm是否起作用，确定alarm起作用的时长。
关键代码：
在AlarmService定义一个alarm，设定10s
publicclass AlarmService extends Service {

publicstatic String TAG = "AlarmService-Test";

@Override
public IBinder onBind(Intent arg0) {
// TODO Auto-generated method stub
returnnull;

}

@Override
publicvoid onCreate() {
// TODO Auto-generated method stub
Log.d(TAG, "OnCreat");
super.onCreate();

}

@Override
publicvoid onDestroy() {
// TODO Auto-generated method stub
super.onDestroy();

}

@Override
publicint onStartCommand(Intent intent, int flags, int startId) {
// TODO Auto-generated method stub
AlarmManager alarmManager =(AlarmManager)getSystemService(Context.ALARM_SERVICE);
int offset = 10*1000;
long trigTime = SystemClock.elapsedRealtime()+offset;
Intent alarmIntent = new Intent(this, AlarmReceiver.class);
PendingIntent pendingIntent = PendingIntent.getBroadcast(this, 0, alarmIntent, 0);
Log.d(TAG, "alarm set at "+new Date().toString());
alarmManager.setAndAllowWhileIdle(AlarmManager.ELAPSED_REALTIME_WAKEUP, trigTime, pendingIntent);
returnsuper.onStartCommand(intent, flags, startId);
}
}
10s 到时后AlarmReceiver接收到广播，并重新启动AlarmService，重新设备一个10s 的alarm。
publicclass AlarmReceiver extends BroadcastReceiver {

@Override
publicvoid onReceive(Context arg0, Intent arg1) {
// TODO Auto-generated method stub
Log.d(AlarmService.TAG, "alarm bell at "+new Date().toString());
Intent alarmIntent = new Intent(arg0, AlarmService.class);
arg0.startService(alarmIntent);
}
}
测试步骤：
1 启动app；
2 点击start alarm button，代码设备10s后alarm到时，发出广播
3 关闭屏幕
4 通过adb 命令强制设备进入Doze模式
从日志分析得出结论：
1 在未进入Doze模式下，可以在10s 后处理alarm发出的广播；
2 在进入Doze模式后，则至少需要3分钟后才处理发出的广播，而且下一次处理广播后需要19分钟后才处理。

7.2 App请求加入白名单
案例描述：在一个app中通过ACTION_REQUEST_IGNORE_BATTERY_OPTIMIZATIONS 请求用户将自己加入白名单。
关键代码：
1 在android manifest 文件里面加入权限：
<uses-permission android:name="android.permission.REQUEST_IGNORE_BATTERY_OPTIMIZATIONS"/>
2 请求加入白名单代码：
String packageName = mContext.getPackageName();
mContext.getSystemService(Context.POWER_SERVICE);
Intent intent = new Intent(Settings.ACTION_REQUEST_IGNORE_BATTERY_OPTIMIZATIONS);
intent.setData(Uri.parse("package:"+packageName));
startActivity(intent);

7.3 使用JobScheduler执行后台网络任务
案例描述：使用JobService来执行网络变化监听任务
（1）定义一个MyJobService
publicclass MyJobService extends JobService {

privatestaticfinal String TAG = "MyJobService";

@Override
publicboolean onStartJob(JobParameters arg0) {
// TODO Auto-generated method stub
Log.d(TAG,"onStartJob "+ arg0.getJobId()+" "+new Date().toString());
if(isNetworkConnected()){

Log.d(TAG,"NetworkConnected+++"+ arg0.getJobId());
//do something
returntrue;
}
returnfalse;
}

privateboolean isNetworkConnected(){  
ConnectivityManager connManager=(ConnectivityManager)this.getSystemService(Context.CONNECTIVITY_SERVICE);  
        NetworkInfo networkInfo=connManager.getActiveNetworkInfo();  
return (networkInfo!=null&& networkInfo.isConnected());  
    }
@Override
publicboolean onStopJob(JobParameters arg0) {
// TODO Auto-generated method stub
Log.d(TAG,"onStartJob"+ arg0.getJobId());
returnfalse;
}
}

（2）调度任务方法实现
publicstaticvoidscheduleJob(Context context){

JobScheduler jobScheduler = (JobScheduler) context.getSystemService(Context.JOB_SCHEDULER_SERVICE);
JobInfo jobinfo = new JobInfo.Builder(
252, 
new ComponentName(context, MyJobService.class))
.setRequiredNetworkType(JobInfo.NETWORK_TYPE_ANY)
.build();

jobScheduler.schedule(jobinfo);
Log.d("MyJobService","scheduleJob at "+new Date().toString());

}

setRequiredNetworkType(JobInfo.NETWORK_TYPE_ANY)设置任务运行条件，当运行条件为发现网络连接可用时执行任务。

（3）manifest文件中生命service
<serviceandroid:name="com.example.jobscheduledemo.MyJobService"android:permission="android.permission.BIND_JOB_SERVICE">
</service>

scheduleJob开始后大约经过十几秒后，手动打开wifi网络开关，MyJobService检测到网络可以用，立即运行任务。


7.4 设置App 为Standby模式
UsageStatsManager管理类提供了一个隐藏的直接设置某个app为standby模式的api：
    /**
     * @hide
     */
    public void setAppInactive(String packageName, boolean inactive) {
        try {
            mService.setAppInactive(packageName, inactive, UserHandle.myUserId());
        } catch (RemoteException e) {
            // fall through
        }
    }
（1） 声明权限
<uses-permission android:name="android.permission.CHANGE_APP_IDLE_STATE"/>
（2） 设置app为inactive或active：
setAppInactiveByUser("com.android.calculator2", arg1);

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