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在 上一篇 文章里介紹了 iOS APP 的狀態切換，其中一個狀態是 Background， 也就是后臺，在這個狀態，程序只被允許執行非常有限的一點點時間，然后就會隨時被掛起，不再執行任何代碼，但顯然是有應用場景需要不斷地在后臺執行一些任務，比如 音樂播放 APP， 健康記步軟件等。本文就來介紹 iOS 所提供的實現這些場景的技術。

后臺任務分類

首先 Apple 官方為我們界定了 **3
** 類后臺執行任務的場景：

• Background Tasks：APP 在前臺時啟動某項任務，然后在未結束之前突然 切換到了后臺，那么 APP 可以在切換回調里使用某些 API 來繼續向系統請求一些時間來繼續完成這個任務；完成之后通知系統，之后系統會將 APP 掛起；
• Downloading：在后臺啟動從網絡下載文件的任務 – 對于文件下載，iOS 有專門的機制；
• Specific Backgournd Tasks：應用需要在后臺一直執行代碼；

這三種類型的后臺任務，在實現時各有不同，下面來一一介紹。

Background Tasks

Apple 文檔建議，如果要啟動一個后臺任務（異步任務），可以使用 API beginBackgroundTaskWithExpirationHandler來指定，即使啟動任務的時候，程序是處在前臺的，也沒有關系，當位于前臺時，該方法請求得到的時間是DBL_MAX
，也就是 double 數據類型最大值，你可以認為是無限大，當任務執行過程中 APP 被切換到后臺時，任務還沒有完成，這個時間又會自動調整為一個時間片段（具體多少我沒找到文檔說明，都是說可以通過backgroundTimeRemaining屬性得到）。需要注意的是， 這個方法是成對使用的，對于一個固定 task ，每次調用 beginBackgroundTaskWithExpirationHandler，都會產生一個 token 值(UIBackgroundTaskIdentifier實際是個整型)，必須在任務執行結束時，調用 endBackgroundTask并傳遞這個 token，來結束后臺任務。另外，作為最佳實踐，都應該傳遞一個 超時 handler，以防申請到的時間片段內，還是沒能完成任務的話，做最后的清理和標注工作！如果不傳的話，那么結果就是 iOS 直接 kill 掉你的APP，閃退咯，因為它覺得我們騙了它嘛，哈哈。。。下面是一段在進入后臺時啟動異步任務的例子；

// 在某處定義一個 token 變量
UIBackgroundTaskIdentifier _bgTaskToken;

// 進入后臺 委派方法回調 
- (void)applicationDidEnterBackground:(UIApplication *)application
{
    _bgTaskToken = [application beginBackgroundTaskWithName:@"MyTask" expirationHandler:^{
        // 時間到了，任務還沒完成，只能清理
        ...
        // 取消后臺任務
        [application endBackgroundTask:_bgTaskToken];
        _bgTaskToken = UIBackgroundTaskInvalid;
    }];
 
    // 異步啟動任務，這樣不會阻塞 本委派方法回調
    dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
        // 巴拉巴拉，做自己的任務
        ...
        
        // 任務在時間限制內結束啦，取消后臺任務 
        [application endBackgroundTask:_bgTaskToken];
        _bgTaskToken = UIBackgroundTaskInvalid;
    });
}

Background Downloading

這類后臺任務，必須使用 iOS 指定的機制才可以，那就是 NSURLSession。使用 NSURLSession 建立的下載任務，會被系統直接在另外一個獨立的系統進程里進行管理，不會因 APP 進入后臺或掛起等而受到影響，iOS 會統一管理所有的下載任務。并且，即使你的 APP 已經掛掉啦，下載任務還是會繼續，等到下載完成啦，系統會喚起你的 APP 進程，并通知你，但如果是用戶主動殺掉的你的進程，那么系統會自動取消下載任務。具體使用方法：

• 1, 使用 NSURLSessionConfiguration類的 backgroundSessionConfigurationWithIdentifier方法創建一個 NSURLSessionConfiguration 對象，參數為一個字串，作為一個 token ，完成時會用到，不能為空或 nil；
• 2, 設置上一步創建出的對象的 sessionSendsLaunchEvents屬性為 YES；
• 3, 如果開啟下載任務時，是位于前臺的，將 discretionary屬性也設置為 YES；
• 4, 設置你需要的其他屬性值；
• 5，使用配置好的 NSURLSessionConfiguration對象，作為參數，創建 NSURLSession實例對象；
• 6，使用 NSURLSession開始下載task，這個這里不細講啦，需要看 《URL Session Programming Guide》;

如果在下載完成之前，你的APP已經掛起或者死掉啦，那么當系統完成下載之后，系統會喚醒你的 APP，并回調 你的 app 委托方法 application:handleEventsForBackgroundURLSession:completionHandler:，在這其中，參數會傳進來一個 token，這個就是你第一步里 傳入的 字符串，使用這個 字符串，再重新創建一個 NSURLSessionConfiguration，并進行與開始任務之前一樣的配置，那么就可以使用這些對象來獲取已經完成的任務的詳細情況了。

Background Long-Running Tasks

在 iOS 里只有特定的一些應用類型才會被允許可以在后臺一直運行，APP 必須顯式的聲明一些特定權限，才可以在后臺進行長時間運行而不被掛起。一些應用類型有 6 種：

• 需要在后臺播放音頻 – 如 Music Player；
• 需要在后臺錄音；
• 在后臺時也需要不斷通知用戶位置變動的，比如導航；
• 支持 VoIP 電話的 – 如 skype 網絡電話；
• 需要在后臺有規律的下載和處理網絡內容的；
• 在后臺有規律的從其他外設(第三方配件)獲取并更新數據的；

要實現這些類型服務的 APP，需要進行專門的聲明，這樣系統才會采取相應的操作。
先來看看怎么聲明。

聲明后臺服務類型

通過 XCode 的 project setting 里就可以配置類型，選擇之后會自動 在你 工程的 Info.plist 文件里 增加 UIBackgroundModes鍵值對；一個 APP 可以同時聲明多種支持的后臺長期任務類型，在 XCode 里勾選上即可；下表給出了所有 在 XCode 可選的 類型 及 具體含義；

Playing and Recording Background Audio

一些典型的應用例子：

• 音樂播放軟件
• 錄音APP
• 支持 AirPlay 音視頻播放的APP
• 網絡通話軟件

當你在 Info.plist 里聲明了 UIBackgroundModes為 audio的時候，在后臺進行 audio 的相關操作時，系統 audio API 會自動阻止系統將你的 APP 進程掛起，所以不需要 APP 自己再進行其他額外的處理，只需要處理自己的軟件邏輯即可。
【Note】：手機上是有可能會有多個 APP 同時擁有后臺 audio 操作權限的，這時候系統會根據 每個 APP 開始操作音頻時的 audio session 配置來決定如何進行操作，而且你應該非常小心的處理一些中斷事件，如來電，其他系統提示音等，這些都有相關的 API 和機制，可以參考 《Audio Session Programming Guide》

Tracking the User’s Location

有三種方式來實現 位置的訪問：

• The significant-change location service（這也是官方推薦的方式）
• Foreground-only location services
• Background location services

前兩種都不需要在 Info.plist 里聲明 UIBackgroundModes，只有最后一種需要。
The significant-change location service，字面理解，就是只有位置有變化時才會發出通知，有人說這個時機是依據基站，切換了基站時，就會發出一次通知，所以頻率會受基站的密度影響，所以市區更新頻率會比郊區高。但好處是這個服務不管你的 APP 是在前臺還是后臺，不管是否已經被掛起，或已經死掉了，他都會喚醒你的進程進行相應處理，所以應該是最省電的。
后兩種都是標準的定位服務，只不過一個只能工作在前臺，而一個可以在后臺工作；【Note】：官方對于使用后臺定位服務的 APP 審核是非常嚴格的，所以使用時一定要小心，并提供足夠的說明和解釋。
至于如何實現一個定位 APP ，請看 《Location and Maps Programming Guide 》

Implementing a VoIP App

iOS8之前:
網絡通話軟件，skype 就是其中一個。這樣的軟件使用 internet 連接來進行語音通話，為了提供健全的電話功能，這類軟件必須一直保持一個長期的網絡連接，以便監聽到來電。實現類似的功能，APP 自己并非一直在后臺不被掛起，而是交由系統監聽 網絡連接，有數據進來時，系統會喚醒 APP，并將 socket 轉交給 APP 進行處理；大致步驟：
在 Info.plist 里進行UIBackgroundModes配置；

• 配置一個 socket 連接用于 VoIP；
• 在進入后臺時，調用 setKeepAliveTimeout:handler:
• 方法傳遞一個回調，用來處理事件；
• 配置要使用到的 audio session；

【Note】：貌似對于 VoIP 的實現， iOS 8 有變化，改為使用 remote notification 的方式來做啦，誰說 iOS 沒有碎片化的啊，有！具體實現請參考 Tips for Developing a VoIP App 簡單說就是服務器發個特殊的通知,系統喚醒app來處理,連socket都不用保留了.

Downloading Newsstand Content in the Background

雜志應用，居然還有專門的處理。但我看介紹，跟前面講解的 后臺下載文件沒啥區別啊！！另外好像也是用 通知推送 觸發啊。About Newsstand Kit Framework

Communicating with an External Accessory

外設設備有很多，比如一些心率監控器，會在必要的時候向手機推送數據。聲明了UIBackgroundModes為 external-accessory 后，系統就不會主動關閉 APP 與 外設之間的連接，而是替 APP 監視這個連接，但有數據過來時，會喚醒 APP 進行處理，每次喚醒 APP 只有 10 S鐘時間進行數據處理，所以應當越快越好，萬不得已，如果10S不夠，需要使用 beginBackgroundTaskWithExpirationHandler:方法再申請一段時間進行處理；
【Note】：Apple 要求此類應用 需要提供一個 開啟 和 關閉 連接的界面供用戶使用；

Communicating with a Bluetooth Accessory

類似上一節的 配件，如果心率監控器跟 手機之間使用的連接方式是藍牙，那么就一模一樣啦，連 喚醒的時間限制都一樣，都是 10 S
！！！略啦。。。

Fetching Small Amounts of Content Opportunistically

有人依靠這種手段來實現后臺永存，但現在不好使啦，除非你是真的每次都在下載東西，而且每次時間都很短。用戶的流量啊。因為聲明了這個 mode 之后，并不保證 系統一定會給你分配時間來執行后臺任務，因為它自己有一套邏輯，如果你經常性喚醒，但卻每次都耗時很久，又沒有做從網絡下載東西的操作，那么以后你被分配給喚醒的幾率就會越來越小。另外還有審核！！！！
正常情況下，聲明了這個類型之后，系統在你的 APP 進入后臺后，會間隔性的給機會將你的 APP 喚醒，并回調你的 委托方法 application:performFetchWithCompletionHandler:，你需要在這個回調里檢查是否有新內容可用，如果有，就開啟后臺下載，推薦使用 NSURLSession來建立，下載完成后，你必須調用這個方法出入 的 completionHandler并傳入一個 整型值 來表示 你的處理是否正常，UI是否已經更新，讓系統來決定更新 snapshot等；

Using Push Notifications to Initiate a Download

這個方式，是你的應用中包含通知功能時，你在服務端推送的通知內容里加入 鍵值對 content-available= 1，那么 手機收到這個通知后，會自動啟動 APP 到后臺，或 喚醒（依舊保持后臺執行），并回調 委托方法 application:didReceiveRemoteNotification:fetchCompletionHandler:，在這個方法里進行內容下載。
【Note】：需要服務端推送配合

哪些情況系統會喚醒掛起進程

當一些特定事件發生時，系統會喚醒已經被掛起的進程，轉換到后臺運行狀態，這些事件針對不同類型的APP 有所不同：

location apps

• 系統產生了符合 APP 配置的定位要求的位置更新；
• 設備進入或離開了一個網絡注冊的區域，你可以理解為基站；

audio apps

• audio framework 需要 app 處理數據的時候–任何 播放、錄制；

Bluetooth apps

• 當手機扮演中心設備時，收到了其他藍牙設備發來的數據；
• 當手機扮演外圍設備時，收到了藍牙服務端發來的數據；

background download apps

• 本應用的一個包含 content-available= 1的推送通知到達了手機；
  background fetch 類型，系統給予了 APP 喚醒的機會；
• 使用 NSURLSession進行后臺下載的APP，在下載過程完成或出現問題時，系統會主動喚醒對應 APP；
• 雜志應用，下載完成時喚醒 APP；

【Note】：絕大多數情況下，系統不會重啟被用戶手動強制關閉的 APP，但在 iOS 8 之后， location apps 是個例外。其他的所有被用戶手動強制關閉的APP 都不會被系統主動喚起，直到 用戶再次 主動啟動這個 APP，或者手機重啟并在用戶輸入了解鎖密碼之后才會恢復機制。

做一個盡責的后臺APP

• Apple 教育我們，如果你要實現一個后臺 APP，應該做一個有責任的APP，不要亂搞，哈哈。
• 不要在后臺調用任何 OpenGL ES 接口，在進入后臺之前也要保證這些調用都已結束，否則你的 APP 將直接被 kill；
• 取消所有 Bonjour相關的操作，還不清楚這個是啥東西，不過 Apple 說即使你不取消，它在把你掛起之前也會都給你取消；
• 如果有網絡操作，做好容錯處理；
• 保存 APP 狀態，進入后臺前持久化一些數據，以便恢復；
• 盡可能多的釋放內存，尤其是強引用；
• 停止使用共享的系統資源，比如 電話本，日歷等，進入后臺前，release他們；
• 不要在后臺進行 UI 的更新操作；
• 做好對外設配件的 連接 和斷開 事件的響應；這個是 外設編程的機制啦，需要 參考 External Accessory Programming Topics ；
• 關閉彈出窗口和彈出菜單等；
• 移除窗口上的一些敏感信息；
• 在后臺的執行盡可能小的任務；

最后， Apple 建議能不后臺就不后臺，那當然。。。

Reference

[1] App Programming Guide for iOS - Background Execution