使用无线装置传输数据可能是应用中最重要的耗电来源之一。为了最大限度地减轻与网络活动相关的过度耗电问题，您务必要了解连接模式会如何影响底层无线装置硬件。
本部分介绍了无线装置状态机，并说明了应用的连接模式如何与此状态机进行交互。然后介绍了几种方法，遵循这些方法有助于最大限度地降低应用消耗数据对电池的影响。
无线装置状态机
用户设备上的无线装置内置了节能功能，可帮助最大限度地减少电池电量消耗。处于全面活动状态时，无线装置会消耗大量电量，但在闲置或待机时，无线装置的功耗非常低。
请务必注意一个重要因素，即收音机无法从待机状态立即切换到完全活跃状态。与“开机”相关联的有一个延迟期。因此，电池会从较高能量状态缓慢转换为较低能量状态，以便在不使用时节省电量，同时尝试最大限度地缩短与为无线装置“接通电源”相关的延迟。
典型 3G 网络无线装置的状态机包含 3 种能量状态：
- 满功率：在连接处于活动状态时使用，让设备能够以尽可能高的速度传输数据。
- 低功率：一种中间状态，可将电池电量消耗量减少约 50%。
- 待机：最低功耗状态；处于此状态时，没有网络连接处于活动状态。
虽然低功率和待机状态所消耗的电池电量明显减少，但它们也会导致网络请求严重延迟。从低功率状态返回满功率状态需要大约 1.5 秒，而从待机状态切换到满功率状态需要大约 2 秒。
为了最大限度地缩短延迟时间，状态机使用延迟来推迟向较低能量状态的转换。图 1 使用的是 AT&T 的典型 3G 无线装置的时间设置。
图 1. 典型的 3G 无线装置状态机。
每个设备上的无线装置状态机（特别是相关的转换延迟（“尾时”）和启动延迟）因所采用的无线电技术（3G、LTE、5G 等）而有所不同，并由设备所采用的运营商网络进行定义和配置。
本页根据 AT&T 提供的数据介绍了典型 3G 无线装置的代表性状态机。不过，一般原则和对应的最佳实践适用于所有无线装置实现。
此方法对于典型的移动网络浏览特别有效，因为它可以防止用户浏览网页时出现不受欢迎的延迟。相对较短的尾端时间还可以确保在浏览会话结束后，无线装置可以立即切换到低能量状态。
遗憾的是，这种方法可能会导致在 Android 等现代智能手机操作系统上运行的应用效率低下，因为应用既在前台运行（此时降低延迟很重要），又在后台运行（此时应优先考虑电池续航时间）。
应用会如何影响无线装置状态机
每次您创建新的网络连接时，无线装置都会转换为满功率状态。如果是前面所述的典型 3G 无线装置状态机，它会在传输期间以及额外 5 秒的尾随时间内始终保持满功率状态，并在随后的 12 秒内保持低能量状态。因此，对于典型的 3G 设备，每个数据传输会话都会导致无线装置消耗能量至少 18 秒。
在实践中，如果某个应用每分钟进行三次 1 秒的数据传输，就会导致无线装置在即将进入待机模式时重新切换回高功率状态，进而永久保持活动状态。
图 2. 每分钟运行三次一秒钟传输的无线装置耗电量相对值。该图不包括两次运行之间的“启动”延迟时间。
相比之下，如果同一个应用捆绑其数据传输，每分钟运行一次一次 3 秒的传输，这将使无线装置保持高功率状态，每分钟总共仅 20 秒。这样，无线装置每分钟有 40 秒时间处于待机状态，从而显著减少电池耗电量。
图 3. 每分钟运行一次的 3 秒传输的无线装置耗电量相对值。
优化技巧
现在，您已了解网络访问对电池续航时间有何影响，下面我们来看看您可以采取哪些措施来帮助减少耗电量，同时提供快速流畅的用户体验。
捆绑数据传输
如前所述，整合数据传输以减少传输数据的频率，是提高电池效率的最佳方式之一。
当然，如果您的应用需要立即接收或发送数据以响应用户操作，则不一定能做到这一点。您可以通过预测和预加载数据来缓解此问题。其他场景（例如将日志或分析发送到服务器，以及应用发起的其他非紧急数据传输）非常适合批处理和捆绑。如需有关安排后台网络传输的技巧，请参阅优化应用发起的任务。
预先抓取数据
预取数据是减少应用运行的独立数据传输会话数量的另一种有效方法。预取意味着，当用户在您的应用中执行某项操作时，应用会预测下一系列用户操作最有可能需要哪些数据，并在单个爆发期中通过单个连接满负荷获取这些数据。
通过提前加载传输，您可以减少下载数据所需的无线装置激活次数。因此，您不仅可以延长电池续航时间，还可以缩短延迟时间、降低所需带宽并减少下载时间。
预先抓取还可以最大限度地缩短因在执行某项操作或查看数据之前等待下载完成而导致的应用内延迟，从而改进用户体验。
下面是一个实际示例。
新闻阅读器
许多新闻应用都仅在用户选择某个类别后才下载标题、仅当用户想要阅读时才下载完整报道，并在用户滚动到视图中后立即下载缩略图，试图通过这种方式降低带宽。
如果使用这种方法，无线装置会在用户的新闻阅读会话的大部分时间内保持活动状态，因为用户会滚动浏览标题、更改类别并阅读报道。不仅如此，在各能量状态之间持续切换还会导致在切换类别或阅读报道时出现严重的延迟。
更好的方法是在启动时预加载合理数量的数据，从第一组新闻标题和缩略图开始（确保启动时间短），然后继续预加载其余标题和缩略图，以及至少主标题列表中可用的每篇文章的文章文本。
另一种替代方案是预先抓取每个标题、缩略图、报道正文，甚至可能是完整的报道图片（通常是按照预定的时间表在后台进行）。这种方法可能会花费大量带宽和电池续航时间下载从未使用过的内容，因此应谨慎实施。
其他注意事项
虽然预提取数据有很多好处，但如果使用过于激进，预提取可能会因下载未使用的数据而产生过度耗电问题加剧和带宽使用量增加的风险。此外，还要确保预先抓取不会在应用等待预先抓取完成时导致应用启动出现延迟。实际上，这可能意味着逐步处理数据，或按优先级启动连续传输，以便首先下载和处理应用启动所需的数据。
预取数据的积极程度取决于要下载的数据的大小及其使用的可能性。作为粗略指南，根据前面描述的状态机，对于在当前用户会话中使用概率为 50% 的数据，您通常可以预提取大约 6 秒（大约 1-2 MB），之后下载未使用数据的潜在成本与不下载该数据可能节省的费用相等。
一般来说，建议按照以下形式预先抓取数据：每 2 到 5 分钟启动一次下载、每次下载 1 到 5 兆字节的数据。
遵循这一原则，下载大量内容（如视频文件）时，应定期（每 2 到 5 分钟）分块下载，从而有效地仅预取接下来几分钟内可能观看的视频数据。
一种解决方案是仅在连接到 WNAL 时（并且可能仅在设备充电时）才安排完整下载。WorkManager API 正是支持此用例，可让您限制后台工作，直到设备满足开发者指定的条件（例如充电和连接到 Wi-Fi）为止。
在发出请求之前检查连接情况
搜索手机信号是移动设备上最耗电的操作之一。对于用户发起的请求，最佳实践是先使用 ConnectivityManager 检查连接，如监控连接状态和连接计量中所示。如果没有网络，该应用不会强制移动无线装置进行搜索，因此可以节省电量。然后，在建立连接时，可以将该请求与其他请求一起安排并批量执行。
连接池
除了批处理和预加载之外，另一种有用的策略是将应用的网络连接池化。
重复使用现有网络连接通常比启动新的网络连接更高效。重复使用连接还让网络能够更智能地对拥塞和相关网络数据问题做出反应。
HttpURLConnection 和大多数 HTTP 客户端（例如 OkHttp）默认启用连接池，并重复使用同一连接来处理多个请求。
总结和展望未来
在本部分中，您详细了解了无线射频以及一些可广泛应用的策略，这些策略可让您在提供快速响应的用户体验的同时，减少电池耗电量。
在下一部分中，我们将详细了解大多数应用都常见的三种不同类型的网络交互。您还将了解每种类型的驱动因素，以及高效管理这些互动的新技术和 API。