Android(安卓)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 allowPowerExceptIdle = sysConfig.getAllowInPowerSaveExceptIdle(); for (int i=0; i allowPower = sysConfig.getAllowInPowerSave(); for (int i=0; i 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。
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