本文主要内容来自WWDC 2019: Advances in App Background Execution

Apple 中很多后台执行都是用户从前台进入后台之后，依然保持了一段时间的活跃，最常见的比如使用UIApplication.shared.beginBackgroundTask() 来申请更长的代码执行时间，同时不同的线程后台申请执行任务的时间也不同，这一点在我的另一篇文章中亦有深入的探索。

在iOS 13.0之后，Apple出了新的框架 BackgroundTasks ，这个和前者是有很大的不同的，那就是它并不会从前台到后台之后立马执行，而是会规划后台任务执行的时间，系统自动选择合适的时间来执行该任务，比如手机充电或者闲置的时候。

它一共提供了两个Task来执行，分别是 BGProcessingTask 和 BGAppRefreshTask 。

纵观iOS的后台任务的机制，基本可以分为两类，一类是立即执行的后台任务，比如从前台到后台申请后台执行时间完成前台任务、收到后台推送处理内容等等，这一类是立即执行后台任务的类型，还有一类就是延时执行的后台任务，由系统选择合适的时间来执行任务。

立即执行的后台任务

App如何进入立即执行后台任务的状态呢？也就是立即进入 Background 状态，一般是两种方式：

App请求：App想完成某些任务比如下载等等，所以向系统申请后台执行时间
事件触发：App需要执行后台任务来响应某些事件，比如消息推送等等

下面以Message App为例，它涉及到诸多场景都是这种立即执行后台任务的情况。

Send Messages

当服务器响应很慢的时候，用户可能发送了消息之后就将手机锁屏了，这种情况需要去确保消息在后台状态下也可以成功发送。这种在后台完成前台的任务还有一些场景，比如保存文件到磁盘中、完成用户请求等等。

这种在前台进入后台后需要额外的时间来执行任务的场景需要使用 beginBackgroundTask(expirationHandler:) 方法，如果app是在Extension中运行的话，那就需要使用 ProcessInfo.performExpiringActivity(withReason:using:) 方法，代码实例如下：

```swift func send(_ message: Message) { let sendOperation = SendOperation(message: message) var identifier: UIBackgroundTaskIdentifier!

identifier = UIApplication.shared.beginBackgroundTask(expirationHandler: {
    sendOperation.cancel()
    postUserNotification("Message not sent, please resend")
 // Background task will be ended in the operation's completion block below
 })

sendOperation.completionBlock = {
    UIApplication.shared.endBackgroundTask(identifier)
}
operationQueue.addOperation(sendOperation)

} ```

注意 beginBackgroundTask 和 endBackgroundTask 需要成对使用。也有可能在系统分配到时间内依然无法完成改任务，那么这个时候就会执行 expirationHandler ，在这里将做失败处理，在样例代码中发送了一条本地通知，提醒用户消息并未成功发送！

Phone Calls

当有人给你打电话的时候需要向用户呈现来电提醒，这个场景使用了 VoIP push notifications

这个API，这是一种特殊的推送可以启动App，来让用户接听电话，需要在PK推送注册中注册VoIP类型:

swift func registerForVoIPPushs() { self.voipRegistry = PKPushRegistry(queue: nil) self.voipRegistry.delegate = self self.voipRegistry.desiredPushTypes = [.voIP] }

但是在2019年有一个新的改进，那就是在 didReceiveIncomingPush 回调中必须使用 CallKit 框架来报告来电，不然系统将停止杀死App。如果一直无法处理该通知，那么系统可能在接收到 VoIP 推送之后再也不会启动App了。那么新的改变如下：

```swift let provider = CXProvider(configuration: providerConfiguration)

func pushRegistry(_ registry: PKPushRegistry, didReceiveIncomingPushWith payload: PKPushPayload, for type: PKPushType, completion: @escaping () -> Void) { if type == .voIP { if let handle = payload.dictionaryPayload["handle"] as? String { let callUpdate = CXCallUpdate() callUpdate.remoteHandle = CXHandle(type: .phoneNumber, value: handle)

        let callUUID = UUID()
        provider.reportNewIncomingCall(with: callUUID,
                                       update: callUpdate) { _ in
            completion()
        }
        establishConnection(for: callUUID)
    }
}

} ```

有几点需要注意的细节：

推送中带有足够的来电人的信息，可以用来展示UI界面。
将 apns-expiration 推送设置为0或者很小的值，这样来电之后的通知也会是相关通话的通知，而不是几分钟甚至更久之后，来电结束了才收到通知。
使用标准推送（standard push），不用全屏推送，无需在呼叫UI中全屏展现通知。
还可以使用 Notification Service Extension 来修改内容。

Muted Threads (静音群组)

像微信一样，有多个联系人，以及群聊的时候，有时用户不想让某些群聊的消息有提醒，但是进入App中之后又想要立即查看信息，只是不想每次都震动设备并收到通知。为了达到这一点，我们需要 Background Pushes 后台推送机制。这个机制可以告诉设备有新数据可用而无需提醒用户。

这就需要设置推送 content-available: 1，而不是 alert, sound, 或者 badge ，从而实现静默推送的目的，系统收到通知之后会选择一个合适的时间来启动app来下载相关内容，时间线如下：

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同时后台推送功能增加了一些新的机制：

apns-priority = 5 ，必须优先级设置为5，不然系统无法后台启动app。
比如设置 apns-push-type = background ，这对 watchOS 是必须的，但是Apple建议所有平台对于后台静默推送都采用这种方式。

Download Past Attachments(下载之前的附件)

如果用户在一台新的设备上登录了它的账户，需要立即下载回话列表以及最近的消息记录，但是对玉一些很老的内容，如果可以在设备充电或者闲置时下载的话，何必在前台下载呢？所以这就需要推迟后台执行下载的时间，实现方式是 Discretionary Background URL Session 。

```swift let config = URLSessionConfiguration.background(withIdentifier: "com.app.attachments") let session = URLSession(configuration: config, delegate: ..., delegateQueue: ...)

// 设置系统自主性：依据性能来决定开始时间 config.discretionary = true

// 设置时间间隔 config.timeoutIntervalForResource = 24 * 60 * 60 config.timeoutIntervalForRequest = 60

// 创建请求 var request = URLRequest(url: url) request.addValue("...", forHTTPHeaderField: "...") let task = session.downloadTask(with: request)

// 设置请求安排的最早时间，这里是两小时后 task.earliestBeginDate = Date(timeIntervalSinceNow: 2 * 60 * 60)

// 设置预计的工作量 task.countOfBytesClientExpectsToSend = 160 task.countOfBytesClientExpectsToReceive = 4096 task.resume() ```

延时的后台任务

以上都是一些立即执行的后台任务，接下来要介绍的不是马上就执行的后台任务，而是延迟执行的后台任务，会在设备闲置或者充电的时候统一来进行任务的处理：

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Background Processing Task的特点

注意，这里是的数据来自Apple的WWDC视频，所以应该要相信它的准确性。

系统会在合适的时候分配几分钟的运行时间

执行可推迟的可维护性工作：同步数据、备份、本地数据库清理等等

Core ML的训练等等

对于计算密集型的操作，可以关掉 CPU 的监控使后台任务充分利用硬件性能

其实这就是为了后台进行模型训练来特意整出来的！！！

在前台申请过，那么在后台就可以执行

在使用 BGProcessingTaskRequest 时有几个属性需要注意：

requiresNetworkConnectivity

如果在执行后台任务的时候需要使用网络，而不仅仅是本地的操作，那属性就要设置为 true 。
requiresExternalPower

后台任务执行计算密集型的操作的时候，想要取消 CPU 的监控，可以设置改属性为 true 来实现这一点。

Background App Refresh Task的特点

新的API，后台刷新任务。

该任务提供30秒的运行时间
用于获取新内容使App保持最新的数据状态
后台刷新任务执行的时机取决于用户使用App的方式

如果用户在早中晚使用App，那么它可以在使用之前启动该App的后台任务来获取最新数据。

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使用频率不高的情况：会在启动之前，调用后台刷新任务

还有一点要注意的是使用新的API之后，不要使用旧的API了，旧的API已经被废弃了：

swift UIApplication.setMinimumBackgroundFetchInterval(_:) UIApplicationDelegate.application(_:performFetchWithCompletionHandler:)

使用BackgroundTasks的原理

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App以及它的Extension都可以创建 BGTask ，并将其提交给 BGTaskScheduler ，它是一个全局的管理后台任务的进程，它会在合适的时候选择执行相应的Task，唤醒App并在后台启动它执行对应的任务，完成任务之后，需要调用 setTaskCompleted 方法，将任务标记为完成并挂起App。

同时Extension提交的任务只会唤醒主App，也就是说 BackgroundTask 永远由主App来执行。系统也可能选择后台启动App来同时执行多个任务，但是系统只会按照每次启动来分配一定的时间来同时执行任务，并不会按照任务来单独分配时间。

使用Background Task的流程

这个在Apple的文档中讲述的非常得清楚：**Using background tasks to update your app。主要是有几个重点的步骤：

在项目的 capabilities 中开启想要的后台任务： BGAppRefreshTask 以及 BGProcessingTask

在Target的Info中添加[BGTaskSchedulerPermittedIdentifiers](http://developer.apple.com/documentation/bundleresources/information_property_list/bgtaskschedulerpermittedidentifiers) 中相应的identifier字符串来标识task，后续需要在代码中注册

Untitled 1.png

使用设置好的Identifier注册BGTaskScheduler

```swift func application(_ application: UIApplication, didFinishLaunchingWithOptions launchOptions: [UIApplication.LaunchOptionsKey: Any]?) -> Bool { let feedVC = (window?.rootViewController as? UINavigationController)?.viewControllers.first as? FeedTableViewController feedVC?.server = server

PersistentContainer.shared.loadInitialData()

// MARK: Registering Launch Handlers for Tasks
BGTaskScheduler.shared.register(forTaskWithIdentifier: "com.example.apple-samplecode.ColorFeed.refresh", using: nil) { task in
    // Downcast the parameter to an app refresh task as this identifier is used for a refresh request.
    self.handleAppRefresh(task: task as! BGAppRefreshTask)
}

BGTaskScheduler.shared.register(forTaskWithIdentifier: "com.example.apple-samplecode.ColorFeed.db_cleaning", using: nil) { task in
    // Downcast the parameter to a processing task as this identifier is used for a processing request.
    self.handleDatabaseCleaning(task: task as! BGProcessingTask)
}

return true

} ```

在合适的时机提交相应的Request

```swift func applicationDidEnterBackground(_ application: UIApplication) { scheduleAppRefresh() }

// MARK: - Scheduling Tasks

func scheduleAppRefresh() { let request = BGAppRefreshTaskRequest(identifier: "com.example.apple-samplecode.ColorFeed.refresh") request.earliestBeginDate = Date(timeIntervalSinceNow: 15 * 60) // Fetch no earlier than 15 minutes from now

do {
    try BGTaskScheduler.shared.submit(request)
} catch {
    print("Could not schedule app refresh: \(error)")
}

} ```

另外还有一些额外需要注意的点：

不要设置 earliestBeginDate 太远，最好在一周之内
确保在设备被锁住的时候，依然可以访问文件

swift FileProectionType.completeUntilFirstUserAuthentication
UIScene apps较为特殊，需要用到UIApplication.requestSceneSessionRefresh(_:) API
BGTaskScheduler.submit 为了使用的简洁是设置为一个阻塞的同步调用，所以如果要在启动的时候提交，那么应该在 background queue 中使用, 而非 main queue。

总结：后台任务如何选择？

既然上面已经描述了这么多的后台任务，那么究竟该如何选择呢？以及是几种常见的场景下的选择，具体Case来自Apple的官方文档：Choosing Background Strategies for Your App。

1、在后台继续前台任务

使用[beginBackgroundTask(withName:expirationHandler:)] 申请时间继续执行前台的任务。

2、延迟执行计算密集型工作

使用 [BGProcessingTask] ，由系统来决定最佳的任务执行时间点。

3、更新App中的内容

如果App是周期性的从服务器拉取数据，那就可以使用 [BGAppRefreshTask] ，由系统选择最佳的任务执行时间点，并且这种方式可以提供最多30秒的后台执行时间。

4、使用后台推送唤醒App

使用后台推送在后台静默唤醒App，不涉及 alert、sound 以及 badge。这个上述已经介绍过了，就不赘述了。

5、使用后台推送通知用户

如果app需要在后台执行任务，并且还要向用户展示通知，那么可以使用 Notification Serverce Extension 。在收到推送通知之后，这个 service extension 会被唤醒，并且通过 [didReceive(_:withContentHandler:)] 来申请后台执行时间。

当 extension 完成任务之后，它必须调用 content handler 闭包来处理给用户的内容。extension 的执行时间也是有限的。

问题：App想长时间在后台运行怎么办？

在Apple官方文档中Preparing your UI to run in the background中总结了App在进入后台之后还可以执行任务的几种情况：

Audio communication using AirPlay, or Picture in Picture video.
Location-sensitive services for users.
Voice over IP.
Communication with an external accessory.
Communication with Bluetooth LE accessories, or conversion of the device into a Bluetooth LE accessory.
Regular updates from a server.
Support for Apple Push Notification service (APNs).

而如果想一直在后台运行，那就需要持续的在后台执行任务，占据系统资源，一般来说有以下三种情况：

播放音频或者视频
后台持续定位
连接Bluetooth LE accessories

要注意的是，这三种情况都需要在开发的时候设置 Background Modes。

引用

[1] Apple 文档 Preparing your UI to run in the background

[2] Apple 文档 Choosing Background Strategies for Your App

[3] Apple 文档 Using background tasks to update your app

[4] WWDC 2019: Advances in App Background Execution

了解iOS的后台任务执行的各种方式

立即执行的后台任务

Send Messages

Phone Calls

Muted Threads (静音群组)

Download Past Attachments(下载之前的附件)

延时的后台任务

Background Processing Task的特点

Background App Refresh Task的特点

使用BackgroundTasks的原理

使用Background Task的流程

总结：后台任务如何选择？

1、在后台继续前台任务

2、延迟执行计算密集型工作

3、更新App中的内容

4、使用后台推送唤醒App

5、使用后台推送通知用户

问题：App想长时间在后台运行怎么办？

引用