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前言

Background Modes我們在程序中總會用到，包括語音、定位更新、后臺任務(wù)以及遠(yuǎn)程通知等，這個模塊我們就一起來學(xué)習(xí)下。

開始

Background Modes是我們常用的模式，比如語音、定位更新、后臺任務(wù)以及遠(yuǎn)程通知等。Xcode里的后臺模式如下所示：

在本教程中，您將創(chuàng)建一個使用音頻播放、位置更新、關(guān)鍵任務(wù)和后臺拉取的應(yīng)用程序，以了解最常見的后臺模式。本文來自翻譯。

2010年，隨著iOS 4的發(fā)布，蘋果開始允許應(yīng)用程序在后臺工作，并從那時起不斷發(fā)展和改進(jìn)后臺模式。iOS限制使用后臺操作來改善用戶體驗和延長電池壽命。你的應(yīng)用可以在后臺運行特定的情況，包括：播放音頻，更新位置和從服務(wù)器獲取最新的內(nèi)容。

如果你的任務(wù)不屬于允許的類別，后臺模式可能不適合你。如果你試圖使用超出其作用范圍的后臺模式來操縱系統(tǒng)，你可能會面臨App Store的拒絕。

在本后臺模式教程中，你將了解你的應(yīng)用程序可以在后臺做的四件事:

• Play audio - 播放音頻：允許應(yīng)用程序在后臺繼續(xù)播放音頻。
• Receive location updates - 接收位置更新：允許應(yīng)用程序在后臺接收位置更改。
• Complete finite-length critical tasks - 完成有限長度的關(guān)鍵任務(wù)：允許應(yīng)用程序在移動到后臺后繼續(xù)完成關(guān)鍵任務(wù)。
• Background Fetch - 后臺獲取：在iOS調(diào)度的時間表上執(zhí)行后臺更新。

在深入研究之前，我們先來快速瀏覽一下iOS的基本后臺模式:

• Audio, AirPlay, and Picture in Picture - 音頻，AirPlay，和圖片中的圖片：當(dāng)應(yīng)用程序在后臺時播放音頻和視頻。
• Location Updates - 位置更新：在后臺時繼續(xù)接收位置更新。
• Voice over IP - IP語音：通過因特網(wǎng)發(fā)送和接收語音。
• External accessory communication - 外部配件通信：通過lightning接口與外部配件通信。
• Using Bluetooth LE accessories - 使用藍(lán)牙LE配件：在后臺與藍(lán)牙LE配件通信。
• Acting as a Bluetooth LE accessory - 充當(dāng)藍(lán)牙LE配件：允許應(yīng)用程序為配件提供藍(lán)牙LE信息。
• Background fetch - 后臺拉取：執(zhí)行數(shù)據(jù)刷新。
• Remote notitifications - 遠(yuǎn)程通知：發(fā)送和接收遠(yuǎn)程通知。
• Background processing - 后臺處理：執(zhí)行較長的關(guān)鍵進(jìn)程。

您將向示例應(yīng)用程序添加上述模式中的四種——音頻、定位、后臺處理和后臺獲取(audio, location, background processing and background fetches)。如果你只對其中的一些模式感興趣，可以隨意跳過，只玩你感興趣的模式。

注意：要獲得完整的效果，您應(yīng)該在真實的設(shè)備上進(jìn)行操作。在模擬器中，當(dāng)你忘記一個步驟時，應(yīng)用程序可能會在后臺運行。然后當(dāng)你切換到真正的設(shè)備時，它可能根本無法工作。

在您可以在物理設(shè)備上運行項目之前，您必須設(shè)置您的development team，如下所示:

構(gòu)建并運行示例項目來感受一下Sleepless，這是一個從不休息的應(yīng)用程序，因為它在后臺做事情。有四個tab —— 每個覆蓋一個模式:

您要添加的第一個capability是background audio。

Playing Audio

在物理設(shè)備上構(gòu)建并運行Sleepless。導(dǎo)航到audio tab，播放音樂，然后通過返回主屏幕把應(yīng)用程序放在后臺。音樂將停止播放。

打開 AudioModel.swift

該應(yīng)用程序利用AVQueuePlayer對歌曲進(jìn)行排隊并按順序播放。模型觀察播放器的currentItem值以提供視圖的更新。

1. Giving Credit Where Credit Is Due

最初的項目包括來自incompetech.com的音頻文件，這是一個流行的免版稅音樂網(wǎng)站。你可以免費使用帶有版權(quán)的音樂。這三首歌都是Kevin MacLeod寫的:

“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/

謝謝你美妙的音樂，Kevin!

注意：在蘋果的UIKit文檔中查看Execution States for Apps，了解更多關(guān)于active state和其他的信息。

2. Testing Audio in the Background

為什么當(dāng)應(yīng)用程序進(jìn)入后臺時音樂停止了？好吧，缺了一個關(guān)鍵的部分!

大多數(shù)后臺模式都不能工作，除非你啟用特定的功能，表明應(yīng)用程序想要在后臺運行代碼。特例是關(guān)鍵任務(wù)完成，任何應(yīng)用程序都可以執(zhí)行。

當(dāng)激活時，音頻后臺模式告訴iOS繼續(xù)播放音頻，即使應(yīng)用程序在后臺。沒錯，音頻后臺模式實際上是自動的。你只需要激活它。

返回Xcode，執(zhí)行以下操作:

接下來，雙擊Background Modes以添加此功能。展開Background Modes功能，然后勾選Audio, AirPlay, and Picture in Picture以啟用background audio。

在物理設(shè)備上構(gòu)建并運行應(yīng)用程序。像以前一樣啟動音樂，然后離開應(yīng)用程序。這一次音頻將繼續(xù)。就這么簡單!

接下來，你將使用Location updates后臺模式繼續(xù)接收位置更新，即使應(yīng)用程序是在后臺。

Receiving Location Updates

首先，構(gòu)建并運行應(yīng)用程序。選擇Location tab并點擊Start。什么也沒有發(fā)生，因為你錯過了一些重要的步驟。你現(xiàn)在要改變了。

1. Enabling Location Updates

打開LocationModel.swift。這是為LocationView提供位置數(shù)據(jù)的代碼。您將對init()做一個簡單的更改。替換以下兩行:

  mgr.requestWhenInUseAuthorization()
  mgr.allowsBackgroundLocationUpdates = false

為

 mgr.requestAlwaysAuthorization()
 mgr.allowsBackgroundLocationUpdates = true

第一行請求位置更新，即使應(yīng)用程序沒有在使用。第二個請求甚至在后臺進(jìn)行更新。

回到Signing & Capabilities界面，勾選Location updates框，讓iOS知道你的應(yīng)用程序想在后臺接收位置更新。

除了勾選這個框，iOS還要求你在Info.plist中設(shè)置一個鍵向用戶解釋為什么你需要后臺更新。如果不包含這一點，位置請求將會無聲地失敗。

打開Info.plist。并添加Privacy — Location Always and When In Use Usage Description和Privacy — Location When In Use Usage Description的鍵。然后輸入The app will show your location on a map作為兩個鍵的value。

現(xiàn)在，構(gòu)建并運行，切換到Location tab，點擊Start。

當(dāng)它第一次加載時，你會看到你寫進(jìn)你的位置隱私原因的消息。

點擊Allow while using app，在外面或大樓周圍散步——盡量不要因為抓口袋妖怪而分心。

位置更新應(yīng)該開始出現(xiàn)。如果沒有，將應(yīng)用再次發(fā)送到后臺，以觸發(fā)Always提示進(jìn)行位置跟蹤。你也可以使用Settings應(yīng)用程序，在Privacy ? Location Services ? Sleepless設(shè)置中啟用Sleepless應(yīng)用程序始終跟蹤。

如果你將應(yīng)用程序發(fā)送到后臺，你仍然會看到控制臺中發(fā)生的位置更新。

一段時間后，你應(yīng)該會看到如下內(nèi)容:

2. Testing Location Mode in the Background

如果你退出應(yīng)用程序，你應(yīng)該看到應(yīng)用程序更新了控制臺日志中的位置。再次打開它，可以看到地圖上所有的大頭針，顯示你在步行過程中去過的地方。

如果你正在使用模擬器，你也可以使用它來模擬移動！點擊Features ? Location菜單:

非常簡單，對吧？打開第三個選項卡和第三個后臺模式!

Completing Critical Tasks Upon Moving to the Background

下一個后臺模式的正式名稱是Extending Your App’s Background Execution Time，任務(wù)完成說起來容易一點!

從技術(shù)上講，這根本不是后臺模式。你不需要在Capabilities中聲明你的應(yīng)用程序使用它。它是一個API，當(dāng)你的應(yīng)用程序在后臺時，允許你在有限的時間內(nèi)運行任意代碼，給你更多的時間來完成關(guān)鍵任務(wù)，如保存數(shù)據(jù)。

1. When to Use Task Completion

Completion后臺模式的一個有效用例是完成一些關(guān)鍵任務(wù)，例如保存用戶的輸入或發(fā)布一個事務(wù)。有很多可能性。

由于代碼是任意的，你可以使用這個API做幾乎任何事情：執(zhí)行冗長的計算，對圖像應(yīng)用過濾器，渲染一個復(fù)雜的3D網(wǎng)格 —— 任何！你的想象力是極限，只要你記住你只有一些時間，而不是無限的時間。稍后，您將設(shè)置一個在后臺運行的冗長計算，因此您可以看到這個API是如何工作的。

iOS決定了你的應(yīng)用程序移到后臺后的時間。你被授予的時間沒有保證，但你總是可以檢查UIApplication.shared.backgroundTimeRemaining。這會告訴你還剩下多少時間。

一般的，基于觀察的共識是你大約有30秒。同樣，沒有保證，API文檔甚至沒有給出一個估計——所以不要依賴這個數(shù)字。你可能有5分鐘或5秒鐘的時間，所以你的應(yīng)用程序需要為中斷做好準(zhǔn)備。當(dāng)你的時間快到的時候，iOS會給你回調(diào)信號。

2. Setting Up a Completion Task

這里有一個每個計算機科學(xué)專業(yè)的學(xué)生都應(yīng)該熟悉的常見任務(wù)：計算 Fibonacci Sequence中的數(shù)字。這里的扭轉(zhuǎn)是，你將應(yīng)用程序移動到后臺后計算這些數(shù)字。

打開CompleteTaskModel.swift，看看已經(jīng)有什么了。按照目前的情況，該視圖將按順序計算斐波那契數(shù)列并顯示結(jié)果。

如果你現(xiàn)在掛起一個實際設(shè)備上的應(yīng)用程序，計算將停止，并在應(yīng)用程序再次激活時恢復(fù)到原來的位置。你的任務(wù)是創(chuàng)建一個后臺任務(wù)，這樣計算就可以一直運行，直到iOS說“時間到！”

你首先需要添加以下內(nèi)容到CompleteTaskModel:

var backgroundTask: UIBackgroundTaskIdentifier = .invalid

此屬性標(biāo)識要在后臺運行的任務(wù)請求。

接下來，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()告訴iOS，當(dāng)應(yīng)用移動到后臺時，你需要更多的時間來完成你正在做的事情。返回的值是這個任務(wù)的標(biāo)識符，這樣你就可以告訴iOS你什么時候完成了。在這個調(diào)用之后，如果你的應(yīng)用程序移動到后臺，它仍然會得到CPU時間，直到你調(diào)用endBackgroundTask(_:)。

好吧，至少有一些CPU時間。

3. Ending the Completion Task

如果你在后臺一段時間后沒有調(diào)用endBackgroundTask(_:)， iOS將調(diào)用當(dāng)你調(diào)用beginBackgroundTask(expirationHandler:)時定義的閉包。這使您有機會停止執(zhí)行代碼。

因此，調(diào)用endBackgroundTask(_:)來告訴系統(tǒng)您已經(jīng)完成是一個好主意。如果你不調(diào)用它并在這個塊運行后繼續(xù)執(zhí)行代碼，iOS將終止你的應(yīng)用程序!

將這個方法添加到registerBackgroundTask()下面:

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

這將結(jié)束后臺任務(wù)，如果它是主動注冊的，并將其ID重置為invalid。

4. Registering and Ending Background Tasks

現(xiàn)在，對于重要的部分：更新onChangeOfScenePhase(_:)來注冊和結(jié)束后臺任務(wù)，這取決于應(yīng)用程序是移動到后臺還是活動狀態(tài)。

用以下語句替換這兩個case語句:

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

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

當(dāng)切換到后臺background狀態(tài)時，這將在任務(wù)正在運行但未注冊時注冊它。當(dāng)切換到活動active狀態(tài)時，它將結(jié)束后臺任務(wù)。

在beginPauseTask()中，在updateTimer = nil之后添加這一行:

endBackgroundTaskIfActive()

現(xiàn)在，當(dāng)用戶停止計算時，你調(diào)用endBackgroundTask(_:)來告訴iOS你不需要任何額外的CPU時間。

注意：每次調(diào)用beginBackgroundTask(expirationHandler:)時調(diào)用endBackgroundTask(_:)是很重要的。如果你調(diào)用beginBackgroundTask(expirationHandler:)兩次，并且只對其中一個任務(wù)調(diào)用endBackgroundTask(_:)，你仍然會得到CPU時間，直到你使用第二個后臺任務(wù)的標(biāo)識符第二次調(diào)用endBackgroundTask(_:)。

構(gòu)建并運行，然后切換到第三個選項卡。

點擊Play并觀看應(yīng)用程序計算這些甜蜜的斐波那契值。將應(yīng)用發(fā)送到后臺，但要觀察Xcode控制臺的輸出。當(dāng)剩下的時間減少時，你的應(yīng)用程序應(yīng)該繼續(xù)更新數(shù)字。

在大多數(shù)情況下，這個時間從30秒開始，一直到5秒。如果你在達(dá)到5秒時等待時間過期——或者你看到的任何值——iOS就會調(diào)用過期block。

你的應(yīng)用程序應(yīng)該很快停止產(chǎn)生輸出。然后，如果你回到應(yīng)用程序，計時器應(yīng)該會再次啟動，斐波那契瘋狂將繼續(xù)。

在前臺和后臺之間切換，看看如何通過每次切換獲得額外的時間塊。

下面是本教程的最后一個主題：background fetch

Background Fetch

Background fetch是在iOS 7中引入的。它可以讓你的應(yīng)用程序顯示最新的同時最小化對電池壽命的影響。從iOS 13開始，蘋果引入了一個新的后臺任務(wù)調(diào)度程序API，提供了顯著的改進(jìn)。

例如，假設(shè)你正在應(yīng)用程序中實現(xiàn)一個新聞feed。在后臺獲取之前，你將在應(yīng)用程序每次啟動時刷新feed。

遺憾的是，當(dāng)刷新時，用戶會看到幾秒鐘的舊標(biāo)題。你知道，有些人會試圖挖掘一個故事，結(jié)果卻發(fā)現(xiàn)它消失了，取而代之的是一個不相關(guān)的故事?？雌饋聿惶谩?/p>

如果當(dāng)用戶打開你的應(yīng)用時，最新的標(biāo)題就會神奇地出現(xiàn)在那里，不是更好嗎？這是后臺獲取給你的能力。

當(dāng)啟用時，系統(tǒng)利用使用模式來確定何時觸發(fā)后臺獲取。例如，如果用戶在上午9點打開你的新聞應(yīng)用，background fetch可能會在上午9點之前發(fā)生。系統(tǒng)決定發(fā)出background fetch的最佳時間，由于這個原因，它不適合進(jìn)行關(guān)鍵更新。

1. Understanding Background Fetch

Background fetch由BGTaskScheduler控制，這是一個復(fù)雜的系統(tǒng)，用于平衡所有影響用戶體驗的因素，如性能、使用模式、電池壽命等。

Background fetch通常涉及從外部來源(如網(wǎng)絡(luò)服務(wù))獲取信息。在本后臺模式教程中，您將獲取當(dāng)前時間，而不使用網(wǎng)絡(luò)。

為了實現(xiàn)background fetch，你需要完成這些任務(wù)——但現(xiàn)在不要做:

• 在你的應(yīng)用程序的Capabilities的Background Modes中勾選Background fetch。
• 為Info.plist添加標(biāo)識符。請為您的刷新任務(wù)。
• 在你的應(yīng)用程序代理中調(diào)用BGTaskScheduler.register(forTaskWithIdentifier:using:launchHandler:)來處理后臺獲取。
• 創(chuàng)建一個BGAppRefreshTaskRequest，為何時執(zhí)行指定一個earliestBeginDate。
• 使用BGTaskScheduler.submit(_:)提交請求。

與后臺完成任務(wù)類似，您有一個很短但不確定的時間框架來執(zhí)行background fetch。共識的數(shù)字是最大30秒，但計劃更少。如果您需要下載大型資源作為獲取的一部分，請使用URLSession的后臺傳輸服務(wù)。

2. Implementing Background Fetch

是時候開始了。首先，簡單的部分：在Signing & Capabilities下選中Background fetch能力。

接下來，打開Info.plist。并點擊+來添加一個新的標(biāo)識符。

向下滾動并選擇Permitted background task scheduler identifiers。展開項目，然后點擊新標(biāo)識符旁邊的+以添加條目。

輸入com.mycompany.myapp.task.refresh獲取標(biāo)識符的值。

注意：在您的實際項目中，您將反向使用您公司的URL作為標(biāo)識符的根，添加您的應(yīng)用程序名稱和描述性元素，如task.refresh。可以定義多種類型的刷新任務(wù)，每種任務(wù)都有自己的標(biāo)識符。

接下來，你需要一個AppDelegate類，因為iOS希望在application(_:didFinishLaunchingWithOptions:)任務(wù)之間注冊你的獲取task。

在App文件夾中，添加一個新的Swift文件AppDelegate.swift。然后將現(xiàn)有代碼替換為:

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
  }
}

這段代碼為刷新時間戳定義了一個日期格式化器。它還包括一個application(_:didFinishLaunchingWithOptions:)空方法，這是您將注冊后臺獲取任務(wù)的地方。

現(xiàn)在向AppDelegate添加以下函數(shù):

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")
}

這個函數(shù)模擬了一次刷新。

在您創(chuàng)建的應(yīng)用程序中，您可能會從網(wǎng)絡(luò)獲取數(shù)據(jù)。對于本教程，您將把一個格式化的時間戳保存到UserDefaults中，以顯示刷新執(zhí)行的時間。

仍然在AppDelegate.swift中，向AppDelegate添加以下函數(shù):

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)")
  }
}

這里你創(chuàng)建了一個BGAppRefreshTaskRequest，然后從當(dāng)前時間開始分配一個earliestBeginDate。然后使用BGTaskScheduler.submit(_:)提交請求。

現(xiàn)在，將application(_:didFinishLaunchingWithOptions:)替換為:

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

scheduleAppRefresh()
return true

當(dāng)iOS完成啟動應(yīng)用程序時，這段代碼向任務(wù)調(diào)度器注冊任務(wù)并調(diào)度第一次刷新。任務(wù)本身，當(dāng)執(zhí)行時，將:

現(xiàn)在需要將AppDelegate連接到AppMain。打開AppMain.swift。在body之前加上這一行:

@UIApplicationDelegateAdaptor(AppDelegate.self) var appDelegate

這就是iOS調(diào)用AppDelegate所需要的一切。

在物理設(shè)備上構(gòu)建并運行應(yīng)用程序。檢查Xcode控制臺的消息，以確認(rèn)后臺刷新是預(yù)定調(diào)度的。

3. Testing Background Fetch

測試background fetch的一種方法是坐等系統(tǒng)決定執(zhí)行它。但你可能要坐很長時間等待這一切發(fā)生。

iOS無法保證何時執(zhí)行刷新。該系統(tǒng)使用多種因素來決定何時執(zhí)行，如應(yīng)用程序使用模式、電池充電等。幸運的是，Xcode提供了一種使用調(diào)試器命令觸發(fā)后臺獲取的方法。

打開RefreshView.swift并在print("moved to background")處設(shè)置斷點。

然后將應(yīng)用發(fā)送到后臺，Xcode應(yīng)該在新的斷點處中斷。在lldb提示符下，輸入以下命令(或者，因為它非常復(fù)雜，復(fù)制和粘貼!)

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

這將指示調(diào)試器立即執(zhí)行后臺刷新。

恢復(fù)應(yīng)用程序的執(zhí)行?？刂婆_應(yīng)該顯示刷新已發(fā)生，然后調(diào)度計劃的后臺刷新。每次刷新都為未來安排另一次刷新。您還可能看到來自后臺任務(wù)調(diào)度器的調(diào)試消息，指示其活動。

接下來，重新打開應(yīng)用程序。 Refresh tab將顯示刷新發(fā)生的時間和日期。

如果你把這款應(yīng)用留在你的設(shè)備上，在接下來的幾天里查看，你會不時看到時間戳的更新。iOS根據(jù)最佳刷新時間的計算調(diào)用刷新。

對于需要很多分鐘才能完成的長時間運行的后臺任務(wù)，了解更多關(guān)于 background processing tasks的信息。后臺處理任務(wù)Background processing類似于后臺獲取(background fetch)，但用于更嚴(yán)格的任務(wù)，如數(shù)據(jù)處理和維護(hù)。

還有兩個與后臺模式(background mode)相關(guān)的很棒的WWDC演講:

• Advances in App Background Execution ： 討論background processing選項的最新改進(jìn)。
• Background Execution Demystified ： 將幫助你對不同的background mode有更深的理解。

最后，您可以在Configuring Background Execution Modes 中了解所有的后臺執(zhí)行模式。

后記

本篇主要講述了Background Modes幾種Mode使用示例，感興趣的給個贊或者關(guān)注~~~