WeTest —— 手游耗电量测试

与传统的APP相比，手游的耗电量那可不是盖的，手机还有10%的电，玩局游戏吧，正玩着HIGH呢，马上就要破记录了，无情的手机提示电量耗尽30秒后强制关机，欲哭无泪~，这电到底去哪儿了呢？

工具准备

要想省电先得搞明白电耗哪儿了？准备一个靠谱点的定量分析工具是必不可少的，下面是本人焊的一个吊丝版电量测试工具：



手机电源是一个大容量的充电宝，电压相对恒定的情况下，手机的耗电量是与流过手机的电流成正比的，但单独看手机的电流值是没有意义的，还需与相关的参照物对比才有意义。

耗电因素分析

工具准备好了，那么手游的耗电因素都有哪些呢？CPU、Screen、GPU、Network、LBS、Audio、File/Memory，这些因素是与手游关系比较密切的（好像全了）。下面采用隔离法来逐个分析上面的因素对耗电量的贡献到底有多大？下面所有实验是基于小米2S，测试时关闭无关的功能，删除无关应用，重要配置如下：





由不同手机的硬件不同，不同硬件的功耗也不一样，所以下面基于小米2S的实验只是一些参考，并不能代表所有手机。

CPU

在手机上玩游戏的过程中，CPU通常是比较忙的，在被测机上安装几个游戏，用TOP命令在玩游戏过程中粗略观察一下他们的CPU使用率：

游戏	游戏过程中CPU占用率
雷霆战机	17%
天天酷跑	11%
天天飞车	14%
全民飞机大战	11%
我叫MT Online	12%

可见这几个游戏的CPU平均使用率大约分布在11%~17%上下（小米2S是4核手机，25%为其中一核满负载）。下面写一个普通的APP执行斐波那契数学计算，并控制CPU占用率在特定值，比较一下电量的消耗情况，统计结果如下：



依据上面的结果，可以看到CPU占用率较在非全速运行下，耗电量贡献并不是很高，大约20-40mA。但是当CPU占用率达到较高的状态后，CPU的功耗骤然升高，这是因为现代CPU使用动态调整频率和电压来节省电力和减少发热，称为DVFS技术（动态电压和频率调整），所以应控制CPU的使用，尽量让CPU处于非全速状态。

Screen

目前主要有两种屏幕，IPS屏和三星主推的AMOLED屏，屏幕的亮度对整机耗电影响较大，这个众所周知的，现在很多手机的屏幕亮度是通过光传感器自动调节的，但对手游来说屏幕亮度是其无法控制的，所以这里不作讨论。但是手游的色彩明暗是游戏可控制的，有些游戏色彩偏暗，有些游戏色彩偏明亮，那么游戏的色彩对耗电有没有影响呢？

我制作了5张纯色图片，分别是：黑、红、绿、蓝、白，然后从全民飞机大战和雷霆战机上分别截取了排行榜的屏幕截图：



然后，分别在三星S3（AMOLED屏）和小米2S（IPS）上显示，做屏幕耗电实验，结果如下：



AMOED屏幕的耗电量是与显示色彩是有关系的，而且在两个极端的情况下差距还不小，纯黑和纯白相差了150mA，但是实际游戏中不可能有这种极端情况，全民飞机大战的色彩偏亮，而雷霆战机色彩偏暗，显示两个截图屏幕耗电量相差大约25mA，因为三星手机用户量还是比较多，AMOLED是三星主推的屏幕材质，所以色彩也是耗电要需要考虑的一个因素。

GPU

这里所说的GPU泛指手机上的显卡，玩PC游戏的同学都知道显卡对游戏的重要性，PC机上一个好的显卡往往要配一个大功率的电源，好的显卡还要配2-3个风扇散热。



那么在手机上玩游戏时GPU对耗电量的贡献多少呢？带着这个问题，使用cocos2dx引擎做几组实验，实验前测得不启动游戏，保持屏幕正常点亮，手机的耗电量为180mA，下面开始实验。

实验一：



结论：相同条件下，在屏幕上渲染的面积越大，所消耗的电量越高，结合本次试验看，渲染的面积对耗电量贡献很大。

实验二：



结论：在其他条件不变的前提下，降低FPS，可以有效的降低耗电量。

实验三：



结论：渲染内容不变的前提下，合并渲染，减少渲染批次可以减轻CPU和GPU的负担，降低耗电量。

未启动游戏，手机背景耗电180mA，该游戏Demo，不包含网络等其他额外功能，从各个测试项可见GPU的耗电量相比其他因素还是“恐怖”的。

实例：

分别收集两款比较火的手游雷霆战机和全民飞机大战的耗电数据，雷霆战机玩无尽模式，全民大飞机玩，那就打飞机吧，数据如下：



总的来说，雷霆战机耗电量要比全民飞机大战要高，耗电量波形图：



雷霆战机耗电波动较大，多数时候耗电量都在600-700mA，低的时候在400mA上下，高峰时候甚至接近800mA；而全民飞机大战耗电相对平稳，集中在500mA~600mA。

雷霆战机的CPU比全民飞机大战的CPU要高，这是耗电原因的一部分，另外，看一下GPU渲染情况：



全民飞机大战中使用了较多的合并渲染，相比雷霆战机渲染批次减少不少，降低了GPU的负担，也起到了节省功耗的作用，可能也还有其他因素，目前还没有研究到。

Network：

下面分别用WIFI和3G持续收发一定量的数据，观察耗电变化。



可见，WIFI下面收发数据的耗电量要远小于3G模式下，不过本实验中的数据收发比较大，而且比较密集，实际游戏中应该不会出现长时间如此密集的收发数据，但是3G模式下来还是应该控制数据传输的量和次数。

Audio：

音频也是游戏的一个重要部分，游戏中除了背景声还有各种音效，下面就针这种情况分析来测试一下音频对游戏的影响：



上面的声音是直接用手机的扬声器播放的，音量调整到75%，可见声音对耗电量的贡献大约在40mA左右。

File/Memory：

下面是模拟手游的内存读写和文件读写操作，游戏中内存操作是比较频繁的，但是文件读写相比内存是要少的，特别是写文件，下面分别设计了两个模拟场景，并记录耗电情况。



从这个模拟结果看，内存读写对耗电的影响很小，文件读写对耗电的贡献也很有限。

LBS：

虽然不少游戏中有LBS功能，一般用于查找附近的玩家，实际玩游戏过程中使用的并不频繁，甚至是比较少的，所以LBS这一块对手游的整体耗电影响很有限。

耗电因素影响度：

因素	影响度	说明
GPU	高	GPU是耗电主要原因，而且是手游可以优化的。
CPU	中	观察CPU是否在正常范围，如果游戏使用CPU经常处于全速运行模式，也是非常耗电的。
Network	中	3G模式下，持续发送数据耗电还是挺高的，所以要注意观察游戏的流量大小和发包频率。
Audio	低	注意观察打开和关闭背景音乐及音效的耗电差。
Screen	低	屏幕虽然是手机耗电主要原因，但对游戏来说无法控制，在测试过程注意将亮度设为固定即可，AMOLD屏可以关注游戏色彩明暗。
File/Memory	低	目前来看对耗电影响不大。
LBS	低	游戏中虽然有LBS，但是使用的频度较低。

手游如何省电：

套用前段时间比较火的一个句式：用电容易，充电不易，且用且珍惜，上面各个因素都对耗电有或多或少的影响，那么如何做才可以让手游省电呢？这是一个比较深的命题，也不是三两天可以研究透的，这里只是抛砖引玉。

[align=left]合并渲染，减少渲染批次，将多个显示对象合并到一张纹理上，一次性渲染。比如全民飞机大战中的子弹和雷霆战机中满屏的子弹，这些子弹实际上长像差不多，只是位置或角度不太一样。另外，由多个图像合成的一个图案在某些场景中比较固定，那么在这个场景中可以事先直接生成这个纹理，每一帧直接渲染一次即可，而不必每次都重新组合，比如，卡牌类游戏中卡牌，卡牌有角色，有装饰物等组成，但是在某一个场景中可能相对比较固定，这时可以事先绘制一张纹理，后面直接使用，也可以减少渲染批次。[/align]

[align=left]减少渲染的面积，从前面的GPU-实验1中可以看出，在屏幕上绘制的面积越大，消耗越高，这个是美术设计需要注意的。[/align]

[align=left]如果没有开启深度测试，过度绘制（Overdraw）也需要引起注意，所谓过度绘制是指在一个像素点上绘制多次，这会会使用更多的计算资源和内存带宽，但最终只有最顶层绘制是可见的，其他的绘制就浪费了，所以降低过度绘制也可以降低消耗。[/align]

[align=left]有策略的降低FPS，降低FPS可以减少单位时间内的渲染次数。可以考虑在游戏准备界面，排行榜等界面降低FPS，比如天天酷跑，在开始游戏前，FPS被限制为30，游戏开始之后FPS才为60。天天飞车的FPS为30，但是当用户一段时间不点击界面后，FPS自动降低。[/align]

[align=left]控制CPU的使用率，较高的CPU使用率会让CPU进入全速模式，耗电量大增，可以采用多线程分担计算任务，在小米2S（4核）上实验，两个线程，每个线程CPU使用率12%的耗电量远小于一个线程CPU使用率24%。[/align]

[align=left]在3G模式下，应避免频繁收发数据包，一方面精简数据包，减少了收发数据的总量；另一方面可以将多个数据包合并一次发送，也减少了收发数据的次数。[/align]

[align=left]后台省电，当游戏切到后台后，Android系统将不再调用界面的Renderer，也就意味着游戏的渲染线程暂停了，不再消耗电量，这是系统自动暂停的，其他的一些工作线程则需要在代码中做相应的处理，暂停或是减少工作的频度，可以达到后台节能的效果。[/align]

[align=left]考虑到AMOLED屏幕在纯白色的情况下，耗电还是比较厉害的，游戏的色彩上也可以加以关注。[/align]

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