objc系列译文(5.5):iOS7的多任务处理

在iOS7之前,当程序退出后,开发者对程序几乎做不了什么。除了VOIP和基于位置的特性,唯一能够在后台运行代码的途径只有使用后台任务(background tasks),但后台任务只会执行几分钟。如果你想要下载一部很大的视频以便离线观看,或者将用户图片备份到服务器,你只能完成部分的任务。

ios7新添加了两个可以在后台更新应用程序界面和内容的APIs。第一个API是后台获取(Background Fetch),允许你在定期间隔内从网络获取新内容。第二个API是远程通知 (Remote Notification),它是一个新特性,它在当新事件发生时利用推送通知(Push Notifications)去告知程序。这两个新的机制,帮助你保持程序界面最新,还可以在新的后台传输服务(Background Transfer Service)中安排任务,这允许你在进程外执行网络传输(下载和上传)。

后台获取(Background Fetch)和远程通知(Remote Notification)基于简单的应用程序委托钩子,在应用程序挂起之前的30秒时钟时间开始执行工作。它们不是用于CPU频繁工作或者长时间运行任务,而是用来处理长时间运行的网络请求队列,例如下载一部很大的电影,或者执行快速的内容更新。

在用户看来,多任务处理唯一明显的变化就是新的程序切换器(app switcher),它会显示当程序退出前台时每一个程序的界面快照。显示这些快照是有原因的:当完成后台工作时,开发者可以更新程序快照,显示新内容的预览。社交网络,新闻,或者天气的应用程序,可以在用户不打开应用程序的情况下显示最新的内容。接下来我们会展示怎么样更新快照。

后台获取(Background Fetch)

后台获取(Background Fetch)是一种智能的轮询机制,它很适合需要经常更新内容的程序,像社交网络,新闻或天气的程序。为了在用户启动程序前提前触发后台获取,系统会根据用户行为唤醒应用程序。举个例子,如果用户经常在下午1点使用某个应用程序,系统会学习,适应并在使用周期前执行后台获取。为了减少电池使用,后台获取(Background Fetch)会跨应用程序被设备的无线电合并,如果你向系统报告新数据无法获取,iOS会适应并使用此信息避免会继续获取。

开启后台获取的第一步是在info plist文件中的UIBackgroundModes健值指定使用的特性。最简单的途径是在Xcode5的project editor中新的性能标签页中(Capabilities tab)设置,这个标签页包含了后台模式部分,可以方便配置多任务选项。

capabilities-on-bgfetch-1

或者,你可以手动编辑这个健值:

下一步,告诉iOS你希望多久进行一次后台获取:

iOS默认不进行后台获取,所以你需要设置一个时间间隔,否则,你的应用程序永远不行在后台进行获取数据。UIApplicationBackgroundFetchIntervalMinimum这个值要求系统尽可能经常去管理应用程序什么时候会被唤醒,但如果不需要这个值,你应该指定你的时间间隔。例如,一个天气的应用程序,可能只需要几个小时才更新一次,iOS将会在后台获取之间至少等待你指定的时间间隔。

如果你的应用允许用户退出登录,那么就没有获取新数据的需要了,你应该把minimumBackgroundFetchInterval设置为UIApplicationBackgroundFetchIntervalNever,这样可以节省资源。

最后一步是在应用程序委托中实现下列方法:

系统唤醒应用程序后将会执行这个委托方法。需要注意的是,你只有30秒的时间来确定获取的新内容是否可用,然后处理新内容并更新界面。30秒时间应该足够去从网络获取数据和获取界面的缩略图,最多只有30秒。当完成了网络请求和更新界面后,你应该调用完成的处理代码。

完成的处理代码有两个目的。首先,系统会估量你的进程消耗的电量,并根据你传递的UIBackgroundFetchResult 参数记录新数据是否可用。其次,当你调用完成的处理代码时,应用的界面缩略图会被采用,并更新应用程序切换器。当用户在应用间切换时,用户将会看到新内容。这种快照行为的完成代码,在新的多任务处理APIs中,很很常见的。

在实际应用中,你应该将completionHandler 传递到应用程序的子组件,然后在处理完数据和更新界面后调用。

在这里,你可能想知道iOS是如何在应用程序后台运行时获得界面快照的,并且想知道应用程序的生命周期与后台获取之间有什么关系。如果应用程序处于挂起状态,系统会先唤醒应用,然后再调用application: performFetchWithCompletionHandler:。如果应用程序还没有启动,系统将会启动它,然后调用常见的委托方法,包括application: didFinishLaunchingWithOptions:。你可以把这种应用程序运行的方式想像为用户从Springboard启动这个程序,区别仅仅在于界面是看不见的,在屏幕外渲染的。

大多数情况下,无论应用在后台启动或者在前台,你会执行相同的工作,但你可以通过查看UIApplication的applicationState属性来判断应用是不是从后台启动。

测试后台获取(Testing Background Fetch)

有两种可以模拟后台获取的途径。最简单是从Xcode运行你的应用,当应用运行时,在Xcode的Debug菜单选择Simulate Background Fetch.

第二种方法,使用scheme更改Xcode运行程序的方式。在Xcode菜单的Product选项,选择Scheme然后选择Manage Schemes.在这里,你可以编辑或者添加一个新的scheme,然后选中Launch due to a background fetch event。如下图:

edit-scheme-simulate-background-fetch

远程通知(Remote Notifications)

远程通知允许你在重要事件发生时,告知你的应用。你可能需要发送新的即时信息,突发新闻的提醒,或者用户喜爱电视的最新剧集已经可以下载以便离线观看的消息。远程通知很适合偶尔出现,但当前很重要的内容,这在后台获取之间出现的延迟是不允许的。远程通知会比后台获取更有效率,因为应用程序只有在需要的时候才会启动。

一条远程通知实际上只是一条普通的带有content-available标志的推送通知。当你在后台更新界面时,你可以发送一条带有提醒信息的推送去告诉用户。但远程通知可以做到在安静地,没有提醒消息或者任何声音的情况下,只去更新应用界面或者触发后台工作。然后你可以在完成下载或者处理完新内容后,发送一条本地通知。

静默的推送通知有速度限制,所以你可以勇敢地根据应用程序的需要发送通知。iOS和苹果推送服务会控制推送通知多久被递送,发送很多推送通知是没有问题的。如果你的推送通知被禁止,推送通知可能会被延迟,直到设备下次发送保持活动状态的数据包,或者收到另外一个通知。

发送远程通知(Sending Remote Notifications)

要发送一条远程通知,需要在推送通知的有效负载(payload)设置content-available标志。content-available标志和用来通知Newsstand应用的健值是一样的,因此,大多数推送脚本和库都已经支持远程通知。当你发送一条远程通知时,你可能还想要包含一些通知有效负载(payload)中的数据,让你应用程序可以引用时间。这可以为你节省一些网络请求,并提高应用程序的响应度。

我建议在开发的时候,使用Nomad CLI’s Houston工具发送推送消息,你也可以使用你喜欢的库或脚本。

你可以通过nomad-cli ruby gem安装Houston:

然后通过包含在Nomad的apn实用工具发送一条通知:

在这里,-n标志指定应该包含content-available健值,-d标志允许添加我们自定义的数据健值到有效负荷(payload)。

通知的有效负荷(payload)结果和下面类似:

iOS7添加了一个新的应用程序委托方法,当接收到一条带有content-available的推送通知时,这个方法被调用:

然后,应用程序进入后台启动,有30秒的时间去获取新内容并更新界面,最后调用完成的处理代码。我们可以像后台获取那样,执行快速的网络请求,但我们可以使用新的强大的后台传输服务,处理任务队列,下面看看我们如何在任务完成后更新界面。

NSURLSession and Background Transfer Service

NSURLSession是iOS7添加的一个新类,它也是Foundation networking中的新技术。作为NSURLConnection的替代品,一些熟悉的概念和类都保留下来了,例如NSURL,NSURLRequest和NSURLRespond。所以,你可以使用NSURLConnection的替代品——NSURLSessionTask,处理网络请求及响应。一共有3中会话任务:数据,下载和上传。每一种都向NSURLSessionTask添加了语法糖(syntactic sugar),根据你的需要,适当选择一种。

一个NSURLSession对象协调一个或多个NSURLSessionTask对象,并根据NSURLSessionTask创建的NSURLSessionConfiguration实现不同的功能。使用相同的配置,你也可以创建多组具有相关任务的NSURLSession对象。要利用后台传输服务,你将会使用[NSURLSessionConfiguration backgroundSessionConfiguration]来创建一个会话配置。添加到后台会话的任务在外部进程运行,即使应用程序被挂起,崩溃,或者被杀死,依然会运行。

NSURLSessionConfiguration允许你设置默认的HTTP头部,配置缓存策略,限制使用蜂窝数据等等。其中一个选项是discretionary标志,这个标志允许系统为分配任务进行性能优化。这意味着只有当设备有足够电量时,设备才通过Wifi进行数据传输。如果电量低,或者只仅有一个蜂窝连接,传输任务是不会运行的。后台传输总是在discretionary模式下运行。

目前为止,我们大概了解了NSURLSession,以及一个后台会话如何进行,接下来,让我们回到远程通知的例子,添加一些代码来处理后台传输服务的下载队列。当下载完成后,我们会通知用户该文件已经可以使用了。

NSURLSessionDownloadTask

首先,我们先处理一条远程通知,并把一个NSURLSessionDownloadTask添加到后台传输服务的队列。在backgroundURLSession方法中,我们根据后台会话配置,创建一个NSURLSession对象,并把应用程序委托对象(application delegate)作为会话的委托对象。文档反对对于相同的标识符(identifier)创建多个会话对象,所以我们使用dispatch_once来避免潜在的问题。

我们使用NSURLSession类方法创建一个下载任务,配置请求,并提供说明供以后使用。因为所有会话任务一开始处于挂起状态,你必须谨记要调用[task resume]保证开始了任务。

现在,我们需要实现NSURLSessionDownloadDelegate的委托方法,当下载完成时,调用回调函数。如果你需要处理认证或会话生命周期的其他事件,你可能还需要实现NSURLSessionDelegate或NSURLSessionTaskDelegate的方法。你应该阅读Apple的Life Cycle of a URL Session with Custom Delegates文档,它讲解了所有类型的会话任务的完整生命周期。

NSURLSessionDownloadDelegate中的委托方法全部是必须实现的,尽管在这个例子中我们只需要用到[NSURLSession downloadTask:didFinishDownloadingToURL:]。任务完成下载时,你会得到一个磁盘上该文件的临时URL。你必须把这个文件移动或复制你的应用程序空间,因为当你从这个委托方法返回时,该文件将从临时存储中删除。

当后台会话任务完成时,如果你的应用程序仍然在前台运行,上面的代码已经足够了。然而,在大多数情况下,你的应用程序没有运行,或者在后台被挂起。在这些情况下,你必须实现应用程序委托的两个方法,这样系统就可以唤醒你的应用程序。不同于以往的委托回调,该应用程序委托会被调用两次,因为您的会话和任务委托可能会收到一系列消息。应用程序委托的:handleEventsForBackgroundURLSession:方法,在这些NSURLSession委托的消息发送前被调用,然后,URLSessionDidFinishEventsForBackgroundURLSession被调用。在前面的方法中,储存了一个后台完成处理代码(completionHandler),并在后面的方法中调用该代码更新界面。

如果当后台传输完成时,应用程序不再在前台,那么,对于更新程序界面来说,这两步是必要的。此外,如果当后台传输完成时,应用程序根本没有在运行,iOS将会在后台启动该应用程序,然后前面的应用程序和会话的委托方法会在application:didFinishLaunchingWithOptions:.方法被调用之后被调用。

配置和限制(Configuration and Limitation)

我们简单地体验了后台传输的强大之处,但你应该深入文档,阅读NSURLSessionConfiguration部分,以便最好地满足你的情况。例如,NSURLSessionTasks通过NSURLSessionConfiguration的timeoutIntervalForResource属性,支持资源超时特性。你可以使用这个特性指定你允许完成一个传输所需的最长时间。内容只在有限的时间可用,或者在用户只有有限Wifi带宽的时间内无法下载或上传资源的情况下,你也可以使用这个特性。

除了下载任务,NSURLSession也全面支持上传任务,因此,你可能会在后台将视频上传到服务器,这保证用户不需要再像iOS6那样离开正在运行的应用程序。如果当传输完成时你的应用程序不需要在后台运行,一个比较好的做法是,把NSURLSessionConfiguration的sessionSendsLaunchEvents属性设置为NO。高效利用系统资源,是一件让iOS和用户都高兴的事。

最后,我们来说一说使用后台会话的几个限制。作为一个必须实现的委托,您不能对NSURLSession使用简单的基于块的回调方法。后台启动应用程序,是相对耗费较多资源的,所以总是采用HTTP重定向。后台传输服务只支持HTTP和HTTPS,你不能使用自定义的协议。系统会根据可用的资源进行优化,在任何时候你都不能强制传输任务在后台进行。

另外,要注意,在后台会话中,NSURLSessionDataTasks 是完全不支持的,你应该只出于短期的,小请求为目的使用这些任务,而不是用来下载或上传。

总结

iOS7中新添加的多任务处理和网络的APIs十分强大,它们为现有和新的应用程序开辟了一系列可能。如果你的应用程序可以从进程外的网络传输和数据中获益,那么尽情地使用这些美妙的APIs!一般情况下,实现后台传输,可以假装你的应用程序正在前台运行,并进行适当的界面更新,而这大部分的工作已经为你完成了。

  • 使用适当的新API,为你的应用程序提供内容服务。
  • 尽可能早地有效率调用完成处理代码。
  • 让完成的处理代码为应用程序更新界面快照。

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