【Android FrameWork】延伸阅读: PowerManagerService

Android PowerState

PowerState 是 PowerManagerService（PMS）中描述设备电源状态的核心数据结构，它像一个"状态快照"，集中存储了屏幕、CPU、休眠、亮度等关键电源属性，是 PMS 决策设备电源行为的核心依据。

PowerState 是什么？

PowerState 是 Android Framework 层（Java）定义的不可变数据载体，专门用于封装设备当前或目标的电源状态信息。它并非服务或逻辑类，而是一个纯数据类（POJO），核心作用是：

1. 统一存储电源相关的状态参数（如屏幕是否亮、亮度等级、休眠状态）；
2. 作为 PMS 中 updatePowerStateLocked() 方法的输入/输出，传递状态信息；
3. 简化状态判断逻辑，避免分散的状态变量导致的逻辑混乱。

PowerState 的代码位于 frameworks/base/services/core/java/com/android/server/power/PowerManagerService.java（内部静态类），是 PMS 实现"状态驱动"的基础。

核心代码实现

1. 基础定义（Java 层）

PowerState 作为 PMS 的内部静态类存在，核心字段覆盖了设备电源的关键维度，以下是简化后的核心实现：

// PowerManagerService 内部的 PowerState 核心定义
private static final class PowerState {
    // 1. 屏幕核心状态
    boolean screenOn;          // 屏幕是否点亮（true=亮，false=灭）
    boolean screenBright;      // 屏幕是否处于高亮度模式（区别于低亮/息屏）
    int screenBrightness;      // 屏幕亮度值（0-255，对应系统亮度等级）
    int screenAutoBrightness;  // 自动亮度模式下的计算值（-1 表示未启用自动亮度）
    
    // 2. 休眠/唤醒状态
    boolean deviceIdle;        // 设备是否进入空闲休眠（Doze 模式）
    boolean wakefulness;       // 设备唤醒状态（WAKEFULNESS_AWAKE/ASLEEP/DOZING 等）
    long sleepTimeout;         // 距离自动休眠的剩余时间（ms）
    
    // 3. 功耗模式相关
    boolean lowPowerMode;      // 是否启用低功耗模式（省电模式）
    int batteryLevel;          // 当前电池电量（0-100）
    boolean isCharging;        // 是否处于充电状态
    
    // 4. 唤醒锁相关（简化）
    boolean hasWakeLock;       // 是否有活跃的唤醒锁阻止休眠
    String wakeLockReason;     // 持有唤醒锁的原因（如"前台应用""充电"）

    // 构造方法：初始化默认状态
    public PowerState() {
        // 默认状态：屏幕亮、非空闲、非低功耗、无唤醒锁
        screenOn = true;
        screenBright = true;
        screenBrightness = 255; // 最大亮度
        deviceIdle = false;
        wakefulness = WAKEFULNESS_AWAKE;
        lowPowerMode = false;
        hasWakeLock = false;
    }

    // 拷贝方法：生成新的 PowerState（避免直接修改原对象）
    public PowerState copy() {
        PowerState newState = new PowerState();
        newState.screenOn = this.screenOn;
        newState.screenBright = this.screenBright;
        newState.screenBrightness = this.screenBrightness;
        newState.deviceIdle = this.deviceIdle;
        newState.wakefulness = this.wakefulness;
        newState.lowPowerMode = this.lowPowerMode;
        newState.hasWakeLock = this.hasWakeLock;
        newState.wakeLockReason = this.wakeLockReason;
        return newState;
    }

    // 状态对比：判断两个 PowerState 是否一致（用于检测状态变化）
    public boolean equals(PowerState other) {
        if (other == null) return false;
        return screenOn == other.screenOn
                && screenBrightness == other.screenBrightness
                && wakefulness == other.wakefulness
                && lowPowerMode == other.lowPowerMode;
    }
}

2. 关键字段详解

字段名	类型	核心含义	取值示例
screenOn	boolean	屏幕基础状态	true（亮屏）/false（息屏）
screenBrightness	int	屏幕亮度值	0（最暗）~255（最亮）
wakefulness	int	设备唤醒级别	WAKEFULNESS_AWAKE（唤醒）、WAKEFULNESS_ASLEEP（休眠）、WAKEFULNESS_DOZING（浅休眠/Doze）
deviceIdle	boolean	空闲休眠状态	true（Doze 模式）/false（正常状态）
lowPowerMode	boolean	低功耗模式	true（省电模式开启）/false（正常模式）
hasWakeLock	boolean	唤醒锁状态	true（有应用持有唤醒锁）/false（无唤醒锁）

3. PowerState 的核心方法

PowerState 作为数据载体，核心方法集中在对象拷贝 和状态对比，这是因为 PMS 中需要频繁生成"目标状态"并与"当前状态"对比，避免直接修改原状态导致的逻辑混乱：

• copy()：生成当前状态的深拷贝，用于构建"目标状态"（PMS 会先基于当前状态拷贝出新对象，再修改字段得到目标状态）；
• equals()：对比两个 PowerState 是否一致，用于判断是否需要执行状态变更（如屏幕亮度/开关的实际操作）。

在 PMS 中的核心应用

PowerState 并非孤立存在，而是 PMS 核心方法 updatePowerStateLocked() 的核心交互对象，以下是其完整应用流程：

1. 初始化默认状态

PMS 启动时会创建初始的 PowerState 对象，作为设备的默认电源状态：

// PMS 初始化时创建默认 PowerState
private PowerState mCurrentPowerState; // 当前电源状态
private PowerState mTargetPowerState;  // 目标电源状态

@Override
public void onStart() {
    // 初始化当前状态为默认值（屏幕亮、最大亮度、非休眠）
    mCurrentPowerState = new PowerState();
}

2. 构建目标状态

在 updatePowerStateLocked() 中，PMS 会基于当前状态、唤醒锁、充电状态等，构建目标 PowerState：

// PMS 核心方法：更新电源状态（简化版）
private void updatePowerStateLocked() {
    // 1. 拷贝当前状态，生成目标状态（避免直接修改当前状态）
    mTargetPowerState = mCurrentPowerState.copy();

    // 2. 根据外部条件修改目标状态
    // 2.1 检查唤醒锁：有唤醒锁则保持屏幕亮
    boolean hasActiveWakeLock = checkWakeLocksLocked();
    mTargetPowerState.hasWakeLock = hasActiveWakeLock;
    if (hasActiveWakeLock) {
        mTargetPowerState.screenOn = true;
        mTargetPowerState.wakefulness = WAKEFULNESS_AWAKE;
    }

    // 2.2 检查充电状态：充电时调整亮度
    boolean isCharging = mBatteryService.isCharging();
    mTargetPowerState.isCharging = isCharging;
    if (isCharging) {
        mTargetPowerState.screenBrightness = Math.min(200, mTargetPowerState.screenBrightness);
    }

    // 2.3 检查低功耗模式：省电模式下降低亮度、关闭高亮
    if (mTargetPowerState.lowPowerMode) {
        mTargetPowerState.screenBright = false;
        mTargetPowerState.screenBrightness = 50; // 低亮度值
    }

    // 3. 对比当前状态与目标状态，判断是否需要执行操作
    if (!mCurrentPowerState.equals(mTargetPowerState)) {
        applyPowerStateLocked(mTargetPowerState);
        // 更新当前状态为目标状态
        mCurrentPowerState = mTargetPowerState.copy();
    }
}

3. 应用目标状态

applyPowerStateLocked() 方法会根据 PowerState 中的字段，执行实际的硬件操作（如亮灭屏、调整亮度）：

// 应用 PowerState 到硬件
private void applyPowerStateLocked(PowerState targetState) {
    // 1. 处理屏幕开关
    if (targetState.screenOn != mCurrentPowerState.screenOn) {
        setScreenStateLocked(targetState.screenOn);
    }

    // 2. 处理屏幕亮度
    if (targetState.screenBrightness != mCurrentPowerState.screenBrightness) {
        setScreenBrightnessLocked(targetState.screenBrightness);
    }

    // 3. 处理低功耗模式
    if (targetState.lowPowerMode != mCurrentPowerState.lowPowerMode) {
        setLowPowerModeLocked(targetState.lowPowerMode);
    }

    // 4. 处理休眠状态
    if (targetState.wakefulness != mCurrentPowerState.wakefulness) {
        setWakefulnessLocked(targetState.wakefulness);
    }
}

设计特点

1. 不可变思想（准不可变）

PowerState 虽未声明为 final，但设计上遵循"不可变"原则：

• 没有提供字段的 setter 方法，外部需通过 copy() 生成新对象后修改；
• PMS 中始终通过"拷贝-修改-替换"的方式更新状态，避免多线程下的状态混乱。

2. 状态聚合

将分散的电源状态（屏幕、亮度、休眠、功耗、唤醒锁）聚合到一个类中，解决了以下问题：

• 避免 PMS 中出现大量零散的状态变量（如 mScreenOn、mBrightness、mLowPower 等）；
• 简化状态对比逻辑（只需调用 equals() 即可判断整体状态是否变化）；
• 便于调试：可直接打印整个 PowerState 对象，查看所有电源状态信息。

3. 与 Native 层的衔接

PowerState 仅存在于 Java 层，其字段最终会被转换为 Native 层的参数，通过 JNI 传递到底层：

// 示例：将 PowerState 中的屏幕状态传递到 Native 层
private void setScreenStateLocked(boolean on) {
    if (on) {
        // 传递 wakefulness 状态到 Native 层
        mPowerManager.wakeUp(SystemClock.uptimeMillis(), "screen_on", mCurrentPowerState.wakeLockReason);
    } else {
        mPowerManager.goToSleep(SystemClock.uptimeMillis(), PowerManager.GO_TO_SLEEP_REASON_TIMEOUT, 0);
    }
}

PowerState 与其他电源类的关系

类名	与 PowerState 的关系	核心区别
PowerManagerService	依赖 PowerState 存储/传递状态	PMS 是逻辑类，负责状态计算；PowerState 是数据类，负责状态存储
WakeLock	其状态会更新到 PowerState 的 hasWakeLock 字段	WakeLock 是"状态触发器"，PowerState 是"状态结果"
NativePowerManager	接收 PowerState 中的字段作为参数	NativePowerManager 是"执行层"，PowerState 是"配置层"

总结

1. PowerState 是电源状态的"数据容器"：聚合了屏幕、亮度、休眠、功耗等核心状态字段，是 PMS 中状态传递的核心载体；
2. 核心设计是"拷贝-修改-对比-应用"：PMS 不会直接修改当前 PowerState，而是通过拷贝生成目标状态，对比后再应用，保证状态变更的安全性；
3. 仅存在于 Java 层 ：PowerState 是 Framework 层的抽象状态，其字段最终会被转换为 Native 层的指令，驱动硬件状态变更。