Android Doze模式分析

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);}} break

Handler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wakeLocknotifyWakeLockReleasedLocked(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。