iOS 电量测试实践

作者：张锦铭团队：腾讯移动品质中心TMQ

iOS电量相关问题一直是测试人员头疼的事情，电量测试怎么开展、问题怎么复现和跟进定位、用户反馈电量相关的问题我们如果获取更多的信息等等，一直都没有一个好的解决方案，以至于我们面对电量相关的问题时，总是束手无策。整个项目组经常收到这样的一种反馈：你看，你们开发的APP，我还没怎么用呢，耗电量就排第一了。对于这样的反馈，我们能做些什么呢？之前我们是迷茫的，但经过一段时间的尝试和努力之后，事情有了一些改观。

一、电量测试之农业时代

在之前很长一段时间，我们都是用这种可怜的方式进行电量测试的:

1、选定测试场景以及时长；

2、给手机充放电，让手机剩余电量在我们预设的值，比如90%，每个场景测试开始时，保证手机都是这一电量；

3、手机系统设置，一般要关注屏幕亮度、蓝牙、定位、通知消息、音量、后台应用等等，为保证简单，通常是全部关闭或调到最小即可；

4、记录开始时的剩余电量，并执行测试，在测试结束后再记录一次剩余电量，两个电量差，就为该场景在一定时长内的耗电量；剩余电量嘛，直接读手机上展示的值或是通过接口获取（后面会介绍）均可以，几乎没有区别；

真是够简陋，但并非完全没有用，明显的电量消耗问题，还是可以发现，只要选得场景对了就可以。要是发现不了问题也不会一直用这个方法了不是。嘿嘿。

后面我们还将这种方案做了优化，流程不变，但是全自动化，人工只参与数据出来后的整理即可。具体的方法是，在手机和mac之前，加了一块Arduino开发板，通过mac端的指令，可以智得控制开发板通电或是断电，以达到手机充电或是放电的效果。

但不管怎么全自动化都好，终归还是最粗放的方式，没有具体的数据，没法帮助定位，如果还是个偶现的问题，那就更加束手无策，只能作罢。

二、电量测试之工业时代

慢慢得，我们开始去做一些新的尝试，能不能获取到更多更详细的电量数据，是我们的主要目标。

我们想得也比较简单，执着得认为，肯定是有一些我们没有发现的接口，可以获取到一些详细的数据，要不然系统是怎么计算每个APP的耗电量的呢？其实在某一段时间之内，确实如我们所想，但并非一直如此。

最初我们用到的是UIDevice类batteryLevel接口。这个接口只能获取到剩余电量百分比，目前世面上能见到的所有iOS系统版本都可用，如上文所提到的，他和系统界面上展示的值几乎没有区别，唯一不同的是，他是以mAh为单位计的，以这个值计算的剩余电量百分比，就是系统上显示的那个值。这样看来，这个接口也没有什么多大的意义。还得继续尝试。

接着我们使用到的是IOKit中的IOPMPowerSource接口，私有接口，调用方式如下：

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在iOS 10及以上的系统上，能获取到的信息如下：

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看看关键信息：

第三行CurrentCapacity是当前的剩余电量；

第六行FullyCharged是否满电量；

第八行IsCharging是否正在充电；

第九行MaxCapacity最大电池容量；

第十行Voltage当前电压。

信息是多了一些，有当前电压值，有剩余电量。这个有什么用呢？我们先科普一点点小知识。

首先，某一设备的电压，基本是在一定范围之内变动的，相对稳定的一个值。就像iPhone 6P的电压，基本是在4V上下。当电池剩余电量越少时，电压值会变得越小，但波动不大。电压过小时，可能会引起手机直接关机，这也是为什么有时还有20%电量，但手机却开不了机了。新的电池，电压波动会小一些，越是老化，电压波动可能越大。所以电压这个值能用来判断当前电池的健康度。

然后是剩余电量2548，他的单位是mAh。手机电池常用类似1000mAh这样的标识，这不是具体的电量，光看这个值，能解理到的含义是，以1000mA的电流来放电，能放1小时。或者说，以200mA的稳定电流放电，能放5小时。但明显这样意义并不大。因为我们还不知道电池在工作时，会以多少mA的电流工作，所以也就不知道能用多久，我们想知道的是，电池到底还有多少电，这个才是一个具体的值。上面提过，电压是相对固定的，我们可以算出具体剩余多少电，以1000mAh，粗略计电压稳定为4V，根据公式计算得出W=UIt=4v*1000mAh=4000mWh。这个就是当前电池剩余的电量。当计算剩余电量的百分比的时候，用哪个值去算都一样了。

以上是IOPMPowerSource接口在iOS10及以上系统上获取的信息。但事实上，在iOS 9及以前的系统上，能获取到更多更详细的信息，大部分是一些硬件的固定信息，对我们测试没有帮助。但也有一些其他有用的信息，比如说当前的温度，电流，都是很有用的信息，如下图:

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温度能用来直接判断当前的发热情况，电流能直接判断当前的电池发电功率，都可以有效判断当前电池的使用状态。

但是这个接口拿到的数据，仍然是不够具体，全是整机的电池情况，没有具体到某一个应用或是其他维度的电量统计。所以，还得继续摸索。

这一次我们应用到的是BatteryUsageUI.bundle中PLBatteryUsageUIQuery，也是个私有接口。这里卖个关子，实现就不帖了，有心的同学可以根据我的关键字找到具体的东西。这个接口就厉害了，具体得说，他能拿到每一个APP的CPU\GPU\显示\网络\存储等前后台所有详细信息，一个巨大的表。

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当我们探索到这一步时，激动不已，以为光明就在眼前了。可是事实却是，这个接口早在iOS9的第一个版本，就完全被封了，只能在iOS 8上的机子上拿到数据。而且经过多次确认后，我们发现，这个数据是每个小时才会更新一次，并不是实时的。

但尽管如此，还是大大得增强了我们继续探索的信心，我们第一次获取到了每一个App的电量消耗情况，而且我们很确信，苹果iOS的电量排行榜，就是根据这些数据计算出来的。因为，我们在这之前，已经发现在越狱环境下有个工具，叫DetailedBatteryUsage，这个插件只做了一件事情，就是把系统设置里，电池的显示方式设置成了“2”，而默认的显示方式是“0”。设置为“2”以后，就可以在电池设置里看到很详细的信息，如下图：

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跟我们用接口拿到的数据是一致的，所以我们确认电量排行榜数据来至于这个接口，而且，系统一直在调用这个接口在统计电量相关的信息，只是对用户而言不可见，而且接口也不可见。在越狱环境下能拿到这些数据，对我们定位问题已经有很大的帮助了，但是一方面这些数据是系统显示出来的，我们处理很不方便，效率也低，另一方面，这些数据只能在越狱的机器上拿到，而目前主流的系统都还是不能越狱的。我们不得不再进一步。

三、电量测试之大数据时代

经过长时间的探索，我们的目标越来越清晰，但是路却越来越窄，因为能用的接口都被官方给屏蔽了，很长一段时间内，我们都没有任何进展。直到无意中发现了官方的工具sysdiagnose。这是苹果日志系统的统称，苹果经常会询问是否要官方帮忙诊断和定位问题时，上传的就是sysdiagnose的各种日志。

Sysdiagnose很庞大，每天上几百M的日志，记录电池、第三方APP、各种系统功能和应用的所有运行情况。

Sysdiagnose怎么使用呢？简单得说，就是需要一个开发者账号，然后到苹果开发者网下载对应的证书。不需要越狱，没有系统限制，这个特别关键。关于怎么使用，有明确的说明：

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当然每一类不同的日志，都对应不同的证书，以上说明是针对电池电量的。

电量日志是sysdiagnose系统中最庞大的一块。电量日志每天有几十到一百M，他是一个庞大的数据库，里面有267张表，记录了电池电量的各维度信息。看来要弄懂电量的数据来源，必须要弄明白这些表之前的联系以及各自的意思。

经过几周的折腾，我们弄明白了几个关键的顶部的表格，下面列出来分享给大家：

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通过这些表格数据，我们能明白，系统记录了哪一些数据，他们之前的关系，哪些是对我们有用的。数据非常全面，我只能说苹果威武。

有了这样全面的官方数据，我们的测试怎么做呢？

1、首先，上线前的电量测试，只要装上对应的证书，便可开始执行测试，只要记下哪个时间段对应的是哪个场景，然后测试完后，取下系统的数据库，便可以对当次的电量做较全面的评价，例如，某个APP在某场景下，20分钟运行时间，显示耗电100mWh，CPU耗电20mWh，运行温度是32度，平均电流是110mA，是不是很酷？这样的数据，一旦异常，对于问题的定位帮助也比较大，点个赞。

2、用户反馈的问题，不再没有头绪，只需要装证书发送给他，让他装上，半小时后便可以获取到最近几天的所有电量信息，用于跟进和定位问题。酷不酷?想不想学？

不仅如此，这些关键数据，还让我们弄清了两个关键问题，一个是剩余电量是怎么计算的，另一个是电量排行榜是怎么计算的，我一一列举。

四、剩余电量是怎么计算的

iOS系统每20秒会读取一次系统电量相关数据记录入整机电量数据库，主要内容有当前电流，电压，剩余电量，最大电量，温度，是否在充电，充放电次数。

1、电流以mA计，直接通过硬件测得，是计算其他数据的基础，iPhone工作时，电流一般在1mA到700mA之间。超过500mA电池很容易发热。

2、电压以mV计，通过硬件测得，是计算其他数据的基础，iPhone工作时，电压几乎一直恒定在4V左右。测试过程中出现过的最高电压是4.3V。

3、剩余电量是以mAh计，他和最大电量是相对值，我们看到的电量百分比是这两个值的比值。电量最大值是一个理论值，1000mAh的意义是，以1000mA的恒定电流放电时，能放1小时。他最大值并不固定，他会随着电压而发生一些波动。

4、温度也通过硬件接口获得，可以作为一个参考值，测试过程中出现的最高温度是37度，能明显感觉到发热了。

5、是否在充电，如果是在充电过程中，使用的任何应用，具体电量都不作统计，不入数据库，而只统计整机的电量。

6、充放电次数，以充放一次最大电池容量记为一次，充放电次数可以作为电池老化程度的一个根据。

下面再来说说到底是怎么计算的。

假如充满电是1000mAh，系统会每20秒读一次电流值，以及判断是在充电还是放电，记算这段时间的功耗，逐步累加。如半小时后还有800mAh，剩余电量就是80%。

五、电量排行榜是怎么计算出来的

1、首先要说明的是，电量排行榜显示的不是实时的数据，他有1小时内的延迟。同时他与系统显示的剩余电量百分比也不是同一套计算体系。

2、iPhone用来记录电量相关数据的数据库极为庞大，有在概265张表，每天超10M的数据。

3、每一个安装到iPhone的应用，在系统级都会有一个ID标注，称作结点ID。

4、系统电量的消耗分为主要以下大类，每一种都作为电量消耗的根结点。isp\apsocbase \display\wifi data\GPU venc\venc\CPU\restofsoc\GPS\DRAM。

5、系统中每个应用都有几种状态，分别是不运行、前台活跃、前台不活跃（一般应用间切换时出现）、后台、暂停（在后台但没有运行，程序还在内存中）。

6、系统每小时记录了每一个根结点被哪些应用占用，应用的状态是怎么样的，每应用消耗了多少能量，总共消耗了多少，比如某一小时内，某个APPCPU\GPU\GPS\DRAM\显示各耗电20mAh,共100mAh，这小时内所有APP耗电200mAh，那么该APP耗电占比50%。

六、总结

总结一下，电量测试从农业时代，到工业时代，再进大数据时代，是量变到质量的过程。我们做了长时间的探索，最终还是站在巨人的肩膀上，实现了最初预想的目标，走了很多弯路，由于研究的人很少，经常一些关键词，google出来的信息就两三条，很容易走进死胡同里，但也正因为这样，也没有在一条错的路上一直走，总算是有点收获，很是感慨。

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