本文主要內容來自WWDC 2019: Advances in App Background Execution

Apple 中很多後台執行都是用户從前台進入後台之後，依然保持了一段時間的活躍，最常見的比如使用UIApplication.shared.beginBackgroundTask() 來申請更長的代碼執行時間，同時不同的線程後台申請執行任務的時間也不同，這一點在我的另一篇文章中亦有深入的探索。

在iOS 13.0之後，Apple出了新的框架 BackgroundTasks ，這個和前者是有很大的不同的，那就是它並不會從前台到後台之後立馬執行，而是會規劃後台任務執行的時間，系統自動選擇合適的時間來執行該任務，比如手機充電或者閒置的時候。

它一共提供了兩個Task來執行，分別是 BGProcessingTask 和 BGAppRefreshTask 。

縱觀iOS的後台任務的機制，基本可以分為兩類，一類是立即執行的後台任務，比如從前台到後台申請後台執行時間完成前台任務、收到後台推送處理內容等等，這一類是立即執行後台任務的類型，還有一類就是延時執行的後台任務，由系統選擇合適的時間來執行任務。

立即執行的後台任務

App如何進入立即執行後台任務的狀態呢？也就是立即進入 Background 狀態，一般是兩種方式：

App請求：App想完成某些任務比如下載等等，所以向系統申請後台執行時間
事件觸發：App需要執行後台任務來響應某些事件，比如消息推送等等

下面以Message App為例，它涉及到諸多場景都是這種立即執行後台任務的情況。

Send Messages

當服務器響應很慢的時候，用户可能發送了消息之後就將手機鎖屏了，這種情況需要去確保消息在後台狀態下也可以成功發送。這種在後台完成前台的任務還有一些場景，比如保存文件到磁盤中、完成用户請求等等。

這種在前台進入後台後需要額外的時間來執行任務的場景需要使用 beginBackgroundTask(expirationHandler:) 方法，如果app是在Extension中運行的話，那就需要使用 ProcessInfo.performExpiringActivity(withReason:using:) 方法，代碼實例如下：

```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 需要成對使用。也有可能在系統分配到時間內依然無法完成改任務，那麼這個時候就會執行 expirationHandler ，在這裏將做失敗處理，在樣例代碼中發送了一條本地通知，提醒用户消息並未成功發送！

Phone Calls

當有人給你打電話的時候需要向用户呈現來電提醒，這個場景使用了 VoIP push notifications

這個API，這是一種特殊的推送可以啟動App，來讓用户接聽電話，需要在PK推送註冊中註冊VoIP類型:

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

但是在2019年有一個新的改進，那就是在 didReceiveIncomingPush 回調中必須使用 CallKit 框架來報告來電，不然系統將停止殺死App。如果一直無法處理該通知，那麼系統可能在接收到 VoIP 推送之後再也不會啟動App了。那麼新的改變如下：

```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)
    }
}

} ```

有幾點需要注意的細節：

推送中帶有足夠的來電人的信息，可以用來展示UI界面。
將 apns-expiration 推送設置為0或者很小的值，這樣來電之後的通知也會是相關通話的通知，而不是幾分鐘甚至更久之後，來電結束了才收到通知。
使用標準推送（standard push），不用全屏推送，無需在呼叫UI中全屏展現通知。
還可以使用 Notification Service Extension 來修改內容。

Muted Threads (靜音羣組)

像微信一樣，有多個聯繫人，以及羣聊的時候，有時用户不想讓某些羣聊的消息有提醒，但是進入App中之後又想要立即查看信息，只是不想每次都震動設備並收到通知。為了達到這一點，我們需要 Background Pushes 後台推送機制。這個機制可以告訴設備有新數據可用而無需提醒用户。

這就需要設置推送 content-available: 1，而不是 alert, sound, 或者 badge ，從而實現靜默推送的目的，系統收到通知之後會選擇一個合適的時間來啟動app來下載相關內容，時間線如下：

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同時後台推送功能增加了一些新的機制：

apns-priority = 5 ，必須優先級設置為5，不然系統無法後台啟動app。
比如設置 apns-push-type = background ，這對 watchOS 是必須的，但是Apple建議所有平台對於後台靜默推送都採用這種方式。

Download Past Attachments(下載之前的附件)

如果用户在一台新的設備上登錄了它的賬户，需要立即下載回話列表以及最近的消息記錄，但是對玉一些很老的內容，如果可以在設備充電或者閒置時下載的話，何必在前台下載呢？所以這就需要推遲後台執行下載的時間，實現方式是 Discretionary Background URL Session 。

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

// 設置系統自主性：依據性能來決定開始時間 config.discretionary = true

// 設置時間間隔 config.timeoutIntervalForResource = 24 * 60 * 60 config.timeoutIntervalForRequest = 60

// 創建請求 var request = URLRequest(url: url) request.addValue("...", forHTTPHeaderField: "...") let task = session.downloadTask(with: request)

// 設置請求安排的最早時間，這裏是兩小時後 task.earliestBeginDate = Date(timeIntervalSinceNow: 2 * 60 * 60)

// 設置預計的工作量 task.countOfBytesClientExpectsToSend = 160 task.countOfBytesClientExpectsToReceive = 4096 task.resume() ```

延時的後台任務

以上都是一些立即執行的後台任務，接下來要介紹的不是馬上就執行的後台任務，而是延遲執行的後台任務，會在設備閒置或者充電的時候統一來進行任務的處理：

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Background Processing Task的特點

注意，這裏是的數據來自Apple的WWDC視頻，所以應該要相信它的準確性。

系統會在合適的時候分配幾分鐘的運行時間

執行可推遲的可維護性工作：同步數據、備份、本地數據庫清理等等

Core ML的訓練等等

對於計算密集型的操作，可以關掉 CPU 的監控使後台任務充分利用硬件性能

其實這就是為了後台進行模型訓練來特意整出來的！！！

在前台申請過，那麼在後台就可以執行

在使用 BGProcessingTaskRequest 時有幾個屬性需要注意：

requiresNetworkConnectivity

如果在執行後台任務的時候需要使用網絡，而不僅僅是本地的操作，那屬性就要設置為 true 。
requiresExternalPower

後台任務執行計算密集型的操作的時候，想要取消 CPU 的監控，可以設置改屬性為 true 來實現這一點。

Background App Refresh Task的特點

新的API，後台刷新任務。

該任務提供30秒的運行時間
用於獲取新內容使App保持最新的數據狀態
後台刷新任務執行的時機取決於用户使用App的方式

如果用户在早中晚使用App，那麼它可以在使用之前啟動該App的後台任務來獲取最新數據。

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使用頻率不高的情況：會在啟動之前，調用後台刷新任務

還有一點要注意的是使用新的API之後，不要使用舊的API了，舊的API已經被廢棄了：

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

使用BackgroundTasks的原理

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App以及它的Extension都可以創建 BGTask ，並將其提交給 BGTaskScheduler ，它是一個全局的管理後台任務的進程，它會在合適的時候選擇執行相應的Task，喚醒App並在後台啟動它執行對應的任務，完成任務之後，需要調用 setTaskCompleted 方法，將任務標記為完成並掛起App。

同時Extension提交的任務只會喚醒主App，也就是説 BackgroundTask 永遠由主App來執行。系統也可能選擇後台啟動App來同時執行多個任務，但是系統只會按照每次啟動來分配一定的時間來同時執行任務，並不會按照任務來單獨分配時間。

使用Background Task的流程

這個在Apple的文檔中講述的非常得清楚：**Using background tasks to update your app。主要是有幾個重點的步驟：

在項目的 capabilities 中開啟想要的後台任務： BGAppRefreshTask 以及 BGProcessingTask

在Target的Info中添加[BGTaskSchedulerPermittedIdentifiers](http://developer.apple.com/documentation/bundleresources/information_property_list/bgtaskschedulerpermittedidentifiers) 中相應的identifier字符串來標識task，後續需要在代碼中註冊

Untitled 1.png

使用設置好的Identifier註冊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

} ```

在合適的時機提交相應的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)")
}

} ```

另外還有一些額外需要注意的點：

不要設置 earliestBeginDate 太遠，最好在一週之內
確保在設備被鎖住的時候，依然可以訪問文件

swift FileProectionType.completeUntilFirstUserAuthentication
UIScene apps較為特殊，需要用到UIApplication.requestSceneSessionRefresh(_:) API
BGTaskScheduler.submit 為了使用的簡潔是設置為一個阻塞的同步調用，所以如果要在啟動的時候提交，那麼應該在 background queue 中使用, 而非 main queue。

總結：後台任務如何選擇？

既然上面已經描述了這麼多的後台任務，那麼究竟該如何選擇呢？以及是幾種常見的場景下的選擇，具體Case來自Apple的官方文檔：Choosing Background Strategies for Your App。

1、在後台繼續前台任務

使用[beginBackgroundTask(withName:expirationHandler:)] 申請時間繼續執行前台的任務。

2、延遲執行計算密集型工作

使用 [BGProcessingTask] ，由系統來決定最佳的任務執行時間點。

3、更新App中的內容

如果App是週期性的從服務器拉取數據，那就可以使用 [BGAppRefreshTask] ，由系統選擇最佳的任務執行時間點，並且這種方式可以提供最多30秒的後台執行時間。

4、使用後台推送喚醒App

使用後台推送在後台靜默喚醒App，不涉及 alert、sound 以及 badge。這個上述已經介紹過了，就不贅述了。

5、使用後台推送通知用户

如果app需要在後台執行任務，並且還要向用户展示通知，那麼可以使用 Notification Serverce Extension 。在收到推送通知之後，這個 service extension 會被喚醒，並且通過 [didReceive(_:withContentHandler:)] 來申請後台執行時間。

當 extension 完成任務之後，它必須調用 content handler 閉包來處理給用户的內容。extension 的執行時間也是有限的。

問題：App想長時間在後台運行怎麼辦？

在Apple官方文檔中Preparing your UI to run in the background中總結了App在進入後台之後還可以執行任務的幾種情況：

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).

而如果想一直在後台運行，那就需要持續的在後台執行任務，佔據系統資源，一般來説有以下三種情況：

播放音頻或者視頻
後台持續定位
連接Bluetooth LE accessories

要注意的是，這三種情況都需要在開發的時候設置 Background Modes。

引用

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

[2] Apple 文檔 Choosing Background Strategies for Your App

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

[4] WWDC 2019: Advances in App Background Execution

瞭解iOS的後台任務執行的各種方式

立即執行的後台任務

Send Messages

Phone Calls

Muted Threads (靜音羣組)

Download Past Attachments(下載之前的附件)

延時的後台任務

Background Processing Task的特點

Background App Refresh Task的特點

使用BackgroundTasks的原理

使用Background Task的流程

總結：後台任務如何選擇？

1、在後台繼續前台任務

2、延遲執行計算密集型工作

3、更新App中的內容

4、使用後台推送喚醒App

5、使用後台推送通知用户

問題：App想長時間在後台運行怎麼辦？

引用