Background Modes详细解析（一） —— 几种Mod

作者: 刀客传奇 | 来源:发表于2022-11-05 18:04 被阅读0次

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V1.0	2022.11.06 星期日

前言

Background Modes我们在程序中总会用到，包括语音、定位更新、后台任务以及远程通知等，这个模块我们就一起来学习下。

开始

Background Modes是我们常用的模式，比如语音、定位更新、后台任务以及远程通知等。Xcode里的后台模式如下所示：

在本教程中，您将创建一个使用音频播放、位置更新、关键任务和后台拉取的应用程序，以了解最常见的后台模式。本文来自翻译。

2010年，随着iOS 4的发布，苹果开始允许应用程序在后台工作，并从那时起不断发展和改进后台模式。iOS限制使用后台操作来改善用户体验和延长电池寿命。你的应用可以在后台运行特定的情况，包括：播放音频，更新位置和从服务器获取最新的内容。

如果你的任务不属于允许的类别，后台模式可能不适合你。如果你试图使用超出其作用范围的后台模式来操纵系统，你可能会面临App Store的拒绝。

在本后台模式教程中，你将了解你的应用程序可以在后台做的四件事:

Play audio - 播放音频：允许应用程序在后台继续播放音频。
Receive location updates - 接收位置更新：允许应用程序在后台接收位置更改。
Complete finite-length critical tasks - 完成有限长度的关键任务：允许应用程序在移动到后台后继续完成关键任务。
Background Fetch - 后台获取：在iOS调度的时间表上执行后台更新。

在深入研究之前，我们先来快速浏览一下iOS的基本后台模式:

Audio, AirPlay, and Picture in Picture - 音频，AirPlay，和图片中的图片：当应用程序在后台时播放音频和视频。
Location Updates - 位置更新：在后台时继续接收位置更新。
Voice over IP - IP语音：通过因特网发送和接收语音。
External accessory communication - 外部配件通信：通过lightning接口与外部配件通信。
Using Bluetooth LE accessories - 使用蓝牙LE配件：在后台与蓝牙LE配件通信。
Acting as a Bluetooth LE accessory - 充当蓝牙LE配件：允许应用程序为配件提供蓝牙LE信息。
Background fetch - 后台拉取：执行数据刷新。
Remote notitifications - 远程通知：发送和接收远程通知。
Background processing - 后台处理：执行较长的关键进程。

您将向示例应用程序添加上述模式中的四种——音频、定位、后台处理和后台获取(audio, location, background processing and background fetches)。如果你只对其中的一些模式感兴趣，可以随意跳过，只玩你感兴趣的模式。

注意：要获得完整的效果，您应该在真实的设备上进行操作。在模拟器中，当你忘记一个步骤时，应用程序可能会在后台运行。然后当你切换到真正的设备时，它可能根本无法工作。

在您可以在物理设备上运行项目之前，您必须设置您的development team，如下所示:

构建并运行示例项目来感受一下Sleepless，这是一个从不休息的应用程序，因为它在后台做事情。有四个tab —— 每个覆盖一个模式:

您要添加的第一个capability是background audio。

Playing Audio

在物理设备上构建并运行Sleepless。导航到audio tab，播放音乐，然后通过返回主屏幕把应用程序放在后台。音乐将停止播放。

打开 AudioModel.swift

该应用程序利用AVQueuePlayer对歌曲进行排队并按顺序播放。模型观察播放器的currentItem值以提供视图的更新。

1. Giving Credit Where Credit Is Due

最初的项目包括来自incompetech.com的音频文件，这是一个流行的免版税音乐网站。你可以免费使用带有版权的音乐。这三首歌都是Kevin MacLeod写的:

“Feelin Good” Kevin MacLeod (incompetech.com)
Licensed under Creative Commons: By Attribution 3.0 License
http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/

“Iron Bacon” Kevin MacLeod (incompetech.com)
Licensed under Creative Commons: By Attribution 3.0 License
http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/

“What You Want” Kevin MacLeod (incompetech.com)
Licensed under Creative Commons: By Attribution 3.0 License
http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/

谢谢你美妙的音乐，Kevin!

注意：在苹果的UIKit文档中查看Execution States for Apps，了解更多关于active state和其他的信息。

2. Testing Audio in the Background

为什么当应用程序进入后台时音乐停止了？好吧，缺了一个关键的部分!

大多数后台模式都不能工作，除非你启用特定的功能，表明应用程序想要在后台运行代码。特例是关键任务完成，任何应用程序都可以执行。

当激活时，音频后台模式告诉iOS继续播放音频，即使应用程序在后台。没错，音频后台模式实际上是自动的。你只需要激活它。

返回Xcode，执行以下操作:

接下来，双击Background Modes以添加此功能。展开Background Modes功能，然后勾选Audio, AirPlay, and Picture in Picture以启用background audio。

在物理设备上构建并运行应用程序。像以前一样启动音乐，然后离开应用程序。这一次音频将继续。就这么简单!

接下来，你将使用Location updates后台模式继续接收位置更新，即使应用程序是在后台。

Receiving Location Updates

首先，构建并运行应用程序。选择Location tab并点击Start。什么也没有发生，因为你错过了一些重要的步骤。你现在要改变了。

1. Enabling Location Updates

打开LocationModel.swift。这是为LocationView提供位置数据的代码。您将对init()做一个简单的更改。替换以下两行:

  mgr.requestWhenInUseAuthorization()
  mgr.allowsBackgroundLocationUpdates = false

为

 mgr.requestAlwaysAuthorization()
 mgr.allowsBackgroundLocationUpdates = true

第一行请求位置更新，即使应用程序没有在使用。第二个请求甚至在后台进行更新。

回到Signing & Capabilities界面，勾选Location updates框，让iOS知道你的应用程序想在后台接收位置更新。

除了勾选这个框，iOS还要求你在Info.plist中设置一个键向用户解释为什么你需要后台更新。如果不包含这一点，位置请求将会无声地失败。

打开Info.plist。并添加Privacy — Location Always and When In Use Usage Description和Privacy — Location When In Use Usage Description的键。然后输入The app will show your location on a map作为两个键的value。

现在，构建并运行，切换到Location tab，点击Start。

当它第一次加载时，你会看到你写进你的位置隐私原因的消息。

点击Allow while using app，在外面或大楼周围散步——尽量不要因为抓口袋妖怪而分心。

位置更新应该开始出现。如果没有，将应用再次发送到后台，以触发Always提示进行位置跟踪。你也可以使用Settings应用程序，在Privacy ▸ Location Services ▸ Sleepless设置中启用Sleepless应用程序始终跟踪。

如果你将应用程序发送到后台，你仍然会看到控制台中发生的位置更新。

一段时间后，你应该会看到如下内容:

2. Testing Location Mode in the Background

如果你退出应用程序，你应该看到应用程序更新了控制台日志中的位置。再次打开它，可以看到地图上所有的大头针，显示你在步行过程中去过的地方。

如果你正在使用模拟器，你也可以使用它来模拟移动！点击Features ▸ Location菜单:

非常简单，对吧？打开第三个选项卡和第三个后台模式!

Completing Critical Tasks Upon Moving to the Background

下一个后台模式的正式名称是Extending Your App’s Background Execution Time，任务完成说起来容易一点!

从技术上讲，这根本不是后台模式。你不需要在Capabilities中声明你的应用程序使用它。它是一个API，当你的应用程序在后台时，允许你在有限的时间内运行任意代码，给你更多的时间来完成关键任务，如保存数据。

1. When to Use Task Completion

Completion后台模式的一个有效用例是完成一些关键任务，例如保存用户的输入或发布一个事务。有很多可能性。

由于代码是任意的，你可以使用这个API做几乎任何事情：执行冗长的计算，对图像应用过滤器，渲染一个复杂的3D网格 —— 任何！你的想象力是极限，只要你记住你只有一些时间，而不是无限的时间。稍后，您将设置一个在后台运行的冗长计算，因此您可以看到这个API是如何工作的。

iOS决定了你的应用程序移到后台后的时间。你被授予的时间没有保证，但你总是可以检查UIApplication.shared.backgroundTimeRemaining。这会告诉你还剩下多少时间。

一般的，基于观察的共识是你大约有30秒。同样，没有保证，API文档甚至没有给出一个估计——所以不要依赖这个数字。你可能有5分钟或5秒钟的时间，所以你的应用程序需要为中断做好准备。当你的时间快到的时候，iOS会给你回调信号。

2. Setting Up a Completion Task

这里有一个每个计算机科学专业的学生都应该熟悉的常见任务：计算 Fibonacci Sequence中的数字。这里的扭转是，你将应用程序移动到后台后计算这些数字。

打开CompleteTaskModel.swift，看看已经有什么了。按照目前的情况，该视图将按顺序计算斐波那契数列并显示结果。

如果你现在挂起一个实际设备上的应用程序，计算将停止，并在应用程序再次激活时恢复到原来的位置。你的任务是创建一个后台任务，这样计算就可以一直运行，直到iOS说“时间到！”

你首先需要添加以下内容到CompleteTaskModel:

var backgroundTask: UIBackgroundTaskIdentifier = .invalid

此属性标识要在后台运行的任务请求。

接下来，在resetcalculation()之前向CompleteTaskModel添加以下方法:

func registerBackgroundTask() {
  backgroundTask = UIApplication.shared.beginBackgroundTask { [weak self] in
    print("iOS has signaled time has expired")
    self?.endBackgroundTaskIfActive()
  }
}

registerBackgroundTask()告诉iOS，当应用移动到后台时，你需要更多的时间来完成你正在做的事情。返回的值是这个任务的标识符，这样你就可以告诉iOS你什么时候完成了。在这个调用之后，如果你的应用程序移动到后台，它仍然会得到CPU时间，直到你调用endBackgroundTask(_:)。

好吧，至少有一些CPU时间。

3. Ending the Completion Task

如果你在后台一段时间后没有调用endBackgroundTask(_:)， iOS将调用当你调用beginBackgroundTask(expirationHandler:)时定义的闭包。这使您有机会停止执行代码。

因此，调用endBackgroundTask(_:)来告诉系统您已经完成是一个好主意。如果你不调用它并在这个块运行后继续执行代码，iOS将终止你的应用程序!

将这个方法添加到registerBackgroundTask()下面:

func endBackgroundTaskIfActive() {
  let isBackgroundTaskActive = backgroundTask != .invalid
  if isBackgroundTaskActive {
    print("Background task ended.")
    UIApplication.shared.endBackgroundTask(backgroundTask)
    backgroundTask = .invalid
  }
}

这将结束后台任务，如果它是主动注册的，并将其ID重置为invalid。

4. Registering and Ending Background Tasks

现在，对于重要的部分：更新onChangeOfScenePhase(_:)来注册和结束后台任务，这取决于应用程序是移动到后台还是活动状态。

用以下语句替换这两个case语句:

case .background:
  let isTimerRunning = updateTimer != nil
  let isTaskUnregistered = backgroundTask == .invalid

  if isTimerRunning && isTaskUnregistered {
    registerBackgroundTask()
  }
case .active:
  endBackgroundTaskIfActive()

当切换到后台background状态时，这将在任务正在运行但未注册时注册它。当切换到活动active状态时，它将结束后台任务。

在beginPauseTask()中，在updateTimer = nil之后添加这一行:

endBackgroundTaskIfActive()

现在，当用户停止计算时，你调用endBackgroundTask(_:)来告诉iOS你不需要任何额外的CPU时间。

注意：每次调用beginBackgroundTask(expirationHandler:)时调用endBackgroundTask(_:)是很重要的。如果你调用beginBackgroundTask(expirationHandler:)两次，并且只对其中一个任务调用endBackgroundTask(_:)，你仍然会得到CPU时间，直到你使用第二个后台任务的标识符第二次调用endBackgroundTask(_:)。

构建并运行，然后切换到第三个选项卡。

点击Play并观看应用程序计算这些甜蜜的斐波那契值。将应用发送到后台，但要观察Xcode控制台的输出。当剩下的时间减少时，你的应用程序应该继续更新数字。

在大多数情况下，这个时间从30秒开始，一直到5秒。如果你在达到5秒时等待时间过期——或者你看到的任何值——iOS就会调用过期block。

你的应用程序应该很快停止产生输出。然后，如果你回到应用程序，计时器应该会再次启动，斐波那契疯狂将继续。

在前台和后台之间切换，看看如何通过每次切换获得额外的时间块。

下面是本教程的最后一个主题：background fetch

Background Fetch

Background fetch是在iOS 7中引入的。它可以让你的应用程序显示最新的同时最小化对电池寿命的影响。从iOS 13开始，苹果引入了一个新的后台任务调度程序API，提供了显著的改进。

例如，假设你正在应用程序中实现一个新闻feed。在后台获取之前，你将在应用程序每次启动时刷新feed。

遗憾的是，当刷新时，用户会看到几秒钟的旧标题。你知道，有些人会试图挖掘一个故事，结果却发现它消失了，取而代之的是一个不相关的故事。看起来不太好。

如果当用户打开你的应用时，最新的标题就会神奇地出现在那里，不是更好吗？这是后台获取给你的能力。

当启用时，系统利用使用模式来确定何时触发后台获取。例如，如果用户在上午9点打开你的新闻应用，background fetch可能会在上午9点之前发生。系统决定发出background fetch的最佳时间，由于这个原因，它不适合进行关键更新。

1. Understanding Background Fetch

Background fetch由BGTaskScheduler控制，这是一个复杂的系统，用于平衡所有影响用户体验的因素，如性能、使用模式、电池寿命等。

Background fetch通常涉及从外部来源(如网络服务)获取信息。在本后台模式教程中，您将获取当前时间，而不使用网络。

为了实现background fetch，你需要完成这些任务——但现在不要做:

在你的应用程序的Capabilities的Background Modes中勾选Background fetch。
为Info.plist添加标识符。请为您的刷新任务。
在你的应用程序代理中调用BGTaskScheduler.register(forTaskWithIdentifier:using:launchHandler:)来处理后台获取。
创建一个BGAppRefreshTaskRequest，为何时执行指定一个earliestBeginDate。
使用BGTaskScheduler.submit(_:)提交请求。

与后台完成任务类似，您有一个很短但不确定的时间框架来执行background fetch。共识的数字是最大30秒，但计划更少。如果您需要下载大型资源作为获取的一部分，请使用URLSession的后台传输服务。

2. Implementing Background Fetch

是时候开始了。首先，简单的部分：在Signing & Capabilities下选中Background fetch能力。

接下来，打开Info.plist。并点击+来添加一个新的标识符。

向下滚动并选择Permitted background task scheduler identifiers。展开项目，然后点击新标识符旁边的+以添加条目。

输入com.mycompany.myapp.task.refresh获取标识符的值。

注意：在您的实际项目中，您将反向使用您公司的URL作为标识符的根，添加您的应用程序名称和描述性元素，如task.refresh。可以定义多种类型的刷新任务，每种任务都有自己的标识符。

接下来，你需要一个AppDelegate类，因为iOS希望在application(_:didFinishLaunchingWithOptions:)任务之间注册你的获取task。

在App文件夹中，添加一个新的Swift文件AppDelegate.swift。然后将现有代码替换为:

import UIKit
import BackgroundTasks

class AppDelegate: UIResponder, UIApplicationDelegate {
  static var dateFormatter: DateFormatter = {
    let formatter = DateFormatter()
    formatter.dateStyle = .short
    formatter.timeStyle = .long
    return formatter
  }()

  var window: UIWindow?

  func application(
    _ application: UIApplication,
    didFinishLaunchingWithOptions launchOptions: [UIApplication.LaunchOptionsKey: Any]? = nil
  ) -> Bool {
    return true
  }
}

这段代码为刷新时间戳定义了一个日期格式化器。它还包括一个application(_:didFinishLaunchingWithOptions:)空方法，这是您将注册后台获取任务的地方。

现在向AppDelegate添加以下函数:

func refresh() {
  // to simulate a refresh, just update the last refresh date
  // to current date/time
  let formattedDate = Self.dateFormatter.string(from: Date())
  UserDefaults.standard.set(
    formattedDate,
    forKey: UserDefaultsKeys.lastRefreshDateKey)
  print("refresh occurred")
}

这个函数模拟了一次刷新。

在您创建的应用程序中，您可能会从网络获取数据。对于本教程，您将把一个格式化的时间戳保存到UserDefaults中，以显示刷新执行的时间。

仍然在AppDelegate.swift中，向AppDelegate添加以下函数:

func scheduleAppRefresh() {
  let request = BGAppRefreshTaskRequest(
    identifier: AppConstants.backgroundTaskIdentifier)
  request.earliestBeginDate = Date(timeIntervalSinceNow: 1 * 60)
  do {
    try BGTaskScheduler.shared.submit(request)
    print("background refresh scheduled")
  } catch {
    print("Couldn't schedule app refresh \(error.localizedDescription)")
  }
}

这里你创建了一个BGAppRefreshTaskRequest，然后从当前时间开始分配一个earliestBeginDate。然后使用BGTaskScheduler.submit(_:)提交请求。

现在，将application(_:didFinishLaunchingWithOptions:)替换为:

BGTaskScheduler.shared.register(
  forTaskWithIdentifier: AppConstants.backgroundTaskIdentifier,
  using: nil) { task in
    self.refresh() // 1
    task.setTaskCompleted(success: true) // 2
    self.scheduleAppRefresh() // 3
}

scheduleAppRefresh()
return true

当iOS完成启动应用程序时，这段代码向任务调度器注册任务并调度第一次刷新。任务本身，当执行时，将:

现在需要将AppDelegate连接到AppMain。打开AppMain.swift。在body之前加上这一行:

@UIApplicationDelegateAdaptor(AppDelegate.self) var appDelegate

这就是iOS调用AppDelegate所需要的一切。

在物理设备上构建并运行应用程序。检查Xcode控制台的消息，以确认后台刷新是预定调度的。

3. Testing Background Fetch

测试background fetch的一种方法是坐等系统决定执行它。但你可能要坐很长时间等待这一切发生。

iOS无法保证何时执行刷新。该系统使用多种因素来决定何时执行，如应用程序使用模式、电池充电等。幸运的是，Xcode提供了一种使用调试器命令触发后台获取的方法。

打开RefreshView.swift并在print("moved to background")处设置断点。

然后将应用发送到后台，Xcode应该在新的断点处中断。在lldb提示符下，输入以下命令(或者，因为它非常复杂，复制和粘贴!)

e -l objc -- (void)[[BGTaskScheduler sharedScheduler] _simulateLaunchForTaskWithIdentifier:@"com.mycompany.myapp.task.refresh"]

这将指示调试器立即执行后台刷新。

恢复应用程序的执行。控制台应该显示刷新已发生，然后调度计划的后台刷新。每次刷新都为未来安排另一次刷新。您还可能看到来自后台任务调度器的调试消息，指示其活动。

接下来，重新打开应用程序。 Refresh tab将显示刷新发生的时间和日期。

如果你把这款应用留在你的设备上，在接下来的几天里查看，你会不时看到时间戳的更新。iOS根据最佳刷新时间的计算调用刷新。

对于需要很多分钟才能完成的长时间运行的后台任务，了解更多关于 background processing tasks的信息。后台处理任务Background processing类似于后台获取(background fetch)，但用于更严格的任务，如数据处理和维护。

还有两个与后台模式(background mode)相关的很棒的WWDC演讲:

Advances in App Background Execution ：讨论background processing选项的最新改进。
Background Execution Demystified ：将帮助你对不同的background mode有更深的理解。

最后，您可以在Configuring Background Execution Modes 中了解所有的后台执行模式。

后记

本篇主要讲述了Background Modes几种Mode使用示例，感兴趣的给个赞或者关注~~~