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iOS App后台保活

级别:★☆☆☆☆
标签:「iOS App 后台保活」「BackgroundTasks」「后台下载资源」
作者: WYW
审校: QiShare团队


前段时间,笔者和GY哥一起吃饭聊天的时候,GY哥问了笔者一个问题,iOS App 可以后台保活吗?是如何做到后台保活的?当时笔者只想到了可以在后台播放静音的音乐,对于唤醒App,可以考虑使用推送的方式。GY哥提到播放静音文件会影响上线吗?这我就不大知道了…...由于没有相关实践,笔者后来在网上查了相关资料,总结了本文。

笔者查询了相关资料后发现,iOS App可以实现后台保活。

短时间保活的方式有beginBackgroundTaskWithName;

App长时间保活的方式有:播放无声音乐、后台持续定位、后台下载资源、BGTaskScheduler等;

唤醒App的方式有:推送、VoIP等;

本文分为如下几部分:

  • App 运行状态、及状态变化

  • App 后台保活方式简介

  • 短时间App后台保活

  • Background Modes AVAudio,AirPlay,and Picture in Picture

  • Background Modes Location updates

  • BGTaskScheduler (iOS13.0+)

App 运行状态、及状态变化

不低于iOS13.0的设备端App 运行状态

不低于iOS13.0设备端App 运行状态

iOS13.0+的设备,支持多场景,共有上图中的Unattached、Foreground Inactive、Foreground Active、Forground Inactive、Background、Suspended 6种状态。

Unattached:多个场景的情况,如果创建的场景不是当前显示的场景,那么场景处于Unattached状态;

Foreground Inactive:应用启动后,显示启动图的过程中,处于Foreground Inactive状态;

Forground Active:应用启动后,显示出来我们设置的rootViewController之后,场景处于Forground Active;

Foreground Inactive:应用启动后,场景处于显示状态,数据加载完毕,且用户和App没有交互过程中,处于Forground Inactive状态;

Background:用户点击Home键、或者是切换App后、锁屏后,应用进入Background状态;

Suspended:进入Background后,应用的代码不执行后,应用进入Suspended状态;(代码是否在运行,可以在应用中写定时器,定时输出内容,从Xcode控制台,或Mac端控制台查看是否有输出内容来判断)

低于iOS13.0的设备端App 运行状态

低于iOS13.0设备端App 运行状态

上图是低于iOS13.0的设备端App的运行状态,分别是Not Running、Foreground Inactive、Foreground Active、Forground Inactive、Background、Suspended 6种状态。

Not Running:指用户没有启动App,或用户Terminate App 后,App处于的状态;其他的五种状态和不低于iOS13.0的设备端App的运行状态意义相同。

App 进入后台状态变化

笔者写了个定时器,定时输出“普通定时器进行中”,可以看到,应用进入后台后,基本上立刻,就没有内容输出了。笔者认为可以认为此时App 已经进入Suspended的状态。

App 进入后台

下边笔者介绍下,尝试的App后台保活方式。

iOS App 后台保活方式简介

短时间App后台保活

beginBackgroundTaskWithNameendBackgroundTask

笔者尝试过使用相关API,测试过2款手机。

对于系统版本低于iOS13(iOS 12.3)的设备(iPhone6 Plus)后台运行时间约3分钟(175秒);

对于系统版本不低于iOS13(iOS 13.0)的设备(iPhone6 Plus)后台运行时间约31秒;

播放无声音乐

App 进入后台后,播放无声音乐,适用于音视频类App。

笔者对逆向不了解,从iOS项目技术还债之路《一》后台下载趟坑中得知,腾讯视频、爱奇艺采用了播放无声音乐保活的方式。

后台持续定位

对于定位类App,持续定位App,可以实现App后台保活。定位类App需要后台保活,像系统的地图应用,在导航的时候切换App的时候,就需要后台保活。

后台下载资源

对于需要下载资源的App,需要后台下载资源,如我们在某App下载资源的时候,我们希望在切换App时候,或者App退出后台后,资源仍然继续下载,这样当我们打开App的时候,资源已经下载好了。

BackgroundTasks

BackgroundTasks.framework 是iOS13新增的framework,笔者认为此framework中的API可以在信息流类的App中发挥作用。

短时间App后台保活

系统版本低于iOS13.0的设备

系统版本低于iOS13.0的设备,在应用进入后台的时候,开始后台任务([[UIApplication sharedApplication] beginBackgroundTaskWithName:)。在应用进入前台时或后台任务快过期的回调中,终止后台任务([[UIApplication sharedApplication] endBackgroundTask:)。

示例代码如下:

- (void)applicationDidEnterBackground:(UIApplication *)application {
    
    self.backgroundTaskIdentifier = [[UIApplication sharedApplication] beginBackgroundTaskWithName:kBgTaskName expirationHandler:^{
       if (self.backgroundTaskIdentifier != UIBackgroundTaskInvalid) {
           [[UIApplication sharedApplication] endBackgroundTask:self.backgroundTaskIdentifier];
           self.backgroundTaskIdentifier = UIBackgroundTaskInvalid;
       }
    }];
}
复制代码
- (void)applicationWillEnterForeground:(UIApplication *)application {
    
    [[UIApplication sharedApplication] endBackgroundTask: self.backgroundTaskIdentifier];
}
复制代码

添加相关代码后,笔者在iOS12.4的6 Plus上测试结果如下,应用在进入后台后,大概还运行了175秒。

2019-12-29 19:06:55.647288+0800 QiAppRunInBackground[1481:409744] -[AppDelegate applicationDidEnterBackground:]:应用进入后台DidEnterBackground

2019-12-29 19:06:56.256877+0800 QiAppRunInBackground[1481:409744] 定时器运行中

….

2019-12-29 19:09:50.812460+0800 QiAppRunInBackground[1481:409744] 定时器运行中

系统版本不低于iOS13.0的设备

- (void)sceneDidEnterBackground:(UIScene *)scene  API_AVAILABLE(ios(13.0)){
   
    self.backgroundTaskIdentifier = [[UIApplication sharedApplication] beginBackgroundTaskWithName:kBgTaskName expirationHandler:^{
        if (self.backgroundTaskIdentifier != UIBackgroundTaskInvalid) {
            [[UIApplication sharedApplication] endBackgroundTask:self.backgroundTaskIdentifier];
            self.backgroundTaskIdentifier = UIBackgroundTaskInvalid;
        }
    }];
}
复制代码
- (void)sceneWillEnterForeground:(UIScene *)scene  API_AVAILABLE(ios(13.0)){
    
    [[UIApplication sharedApplication] endBackgroundTask: self.backgroundTaskIdentifier];
}
复制代码

添加相关代码后,笔者在iOS13.0的6s上测试结果如下,应用在进入后台后,大概还运行了31秒。

iOS13.0+ App 进入后台

Xs·H 提到过,如果持续后台播放无声音频或是使用后台持续定位的方式实现iOS App后台保活,会浪费电量,浪费CPU,所以一般情况下,使用这种短时间延长App 后台保活的方式,应该够开发者做需要的操作了。

Background Modes AVAudio,AirPlay,and Picture in Picture

对于音视频类App,如果需要后台保活App,在App 进入后台后,可以考虑先使用短时间保活App的方式,如果后台保活App方式快结束后,还没处理事情,那么可以考虑使用后台播放无声音乐。相关示例代码如下。

- (AVAudioPlayer *)player {
    
    if (!_player) {
        NSURL *fileURL = [[NSBundle mainBundle] URLForResource:@"SomethingJustLikeThis" withExtension:@"mp3"];
        AVAudioPlayer *audioPlayer = [[AVAudioPlayer alloc] initWithContentsOfURL:fileURL error:nil];
        audioPlayer.numberOfLoops = NSUIntegerMax;
        _player = audioPlayer;
    }
    return _player;
}
复制代码
[self.player prepareToPlay];
复制代码

系统版本低于iOS13.0的设备

- (void)applicationDidEnterBackground:(UIApplication *)application {

    NSLog(@"%s:应用进入后台DidEnterBackground", __FUNCTION__);
    self.backgroundTaskIdentifier = [[UIApplication sharedApplication] beginBackgroundTaskWithName:kBgTaskName expirationHandler:^{

       if ([QiAudioPlayer sharedInstance].needRunInBackground) {
           [[QiAudioPlayer sharedInstance].player play];
       }
       if (self.backgroundTaskIdentifier != UIBackgroundTaskInvalid) {
           [[UIApplication sharedApplication] endBackgroundTask:self.backgroundTaskIdentifier];
           self.backgroundTaskIdentifier = UIBackgroundTaskInvalid;
       }
    }];
}
复制代码
- (void)applicationWillEnterForeground:(UIApplication *)application {

    NSLog(@"%s:应用将进入前台WillEnterForeground", __FUNCTION__);
    if ([QiAudioPlayer sharedInstance].needRunInBackground) {
        [[QiAudioPlayer sharedInstance].player pause];
    }
    [[UIApplication sharedApplication] endBackgroundTask: self.backgroundTaskIdentifier];
}
复制代码

系统版本不低于iOS13.0的设备

- (void)sceneDidEnterBackground:(UIScene *)scene  API_AVAILABLE(ios(13.0)){

    NSLog(@"%s:应用已进入后台DidEnterBackground", __FUNCTION__);

    self.backgroundTaskIdentifier = [[UIApplication sharedApplication] beginBackgroundTaskWithName:kBgTaskName expirationHandler:^{
        if (self.backgroundTaskIdentifier != UIBackgroundTaskInvalid) {
            if ([QiAudioPlayer sharedInstance].needRunInBackground) {
                [[QiAudioPlayer sharedInstance].player play];
            }
            NSLog(@"终止后台任务");
            [[UIApplication sharedApplication] endBackgroundTask:self.backgroundTaskIdentifier];
            self.backgroundTaskIdentifier = UIBackgroundTaskInvalid;
        }
    }];
}
复制代码
- (void)sceneWillEnterForeground:(UIScene *)scene  API_AVAILABLE(ios(13.0)){

    if ([QiAudioPlayer sharedInstance].needRunInBackground) {
        [[QiAudioPlayer sharedInstance].player pause];
    }
    [[UIApplication sharedApplication] endBackgroundTask: self.backgroundTaskIdentifier];
    NSLog(@"%s:应用将进入前台WillEnterForeground", __FUNCTION__);
}
复制代码

Background Modes Location updates

开启后台定位持续更新配置,添加了位置隐私申请后,在应用使用持续定位的情况下,可以实现后台保活App。

添加后台获取位置及音频使用能力

添加获取位置隐私申请

对于定位类App,如果需要后台保活App,在用户使用了定位功能后,App 进入后台后,App自动具备后台保活能力,部分示例代码如下。

    self.locationManager = [CLLocationManager new];
    self.locationManager.delegate = self;
    [self.locationManager requestAlwaysAuthorization];
    @try {
       self.locationManager.allowsBackgroundLocationUpdates = YES;
    } @catch (NSException *exception) {
        NSLog(@"异常:%@", exception);
    } @finally {
        
    }
    [self.locationManager startUpdatingLocation];
复制代码

如果遇到如下异常信息:

2019-12-29 19:57:46.481218+0800 QiAppRunInBackground[1218:141397] 异常:Invalid parameter not satisfying: !stayUp || CLClientIsBackgroundable(internal->fClient) || _CFMZEnabled()

  • 检查:Signing&Capablities 的 backgounrd Modes 中 Location updates是否勾选;

后台下载资源

当需要实现下载资源类的App在进入后台后,持续下载资源的需求时。我们可能需要使用后台如下示例示例代码。

创建指定标识的后台NSURLSessionConfiguration,配置好

    NSURL *url = [NSURL URLWithString:@"https://images.pexels.com/photos/3225517/pexels-photo-3225517.jpeg"];
    NSURLSessionConfiguration *sessionConfig = [NSURLSessionConfiguration backgroundSessionConfigurationWithIdentifier:@"com.qishare.ios.wyw.backgroundDownloadTask"];
// 低于iOS13.0设备资源下载完后 可以得到通知 AppDelegate.m 文件中的 - (void)application:(UIApplication *)application handleEventsForBackgroundURLSession:(NSString *)identifier completionHandler:(void (^)(void))completionHandler
// iOS13.0+的设备资源下载完后 直接在下载结束的代理方法中会有回调
    sessionConfig.sessionSendsLaunchEvents = YES;
// 当传输大数据量数据的时候,建议将此属性设置为YES,这样系统可以安排对设备而言最佳的传输时间。例如,系统可能会延迟传输大文件,直到设备连接充电器并通过Wi-Fi连接到网络为止。 此属性的默认值为NO。
    sessionConfig.discretionary = YES;
    NSURLSession *session = [NSURLSession sessionWithConfiguration:sessionConfig delegate:self delegateQueue:nil];
    NSURLSessionDownloadTask *downloadTask = [session downloadTaskWithURL:url];
    [downloadTask resume];
复制代码

BGTaskScheduler(iOS13.0+)

如果我们的App是信息流类App,那么我们可能会使用到BGTaskScheduler.framework中的API,实现后台保活App,帮助用户较早地获取到较新信息。

笔者尝试使用BGTaskScheduler 做了一个获取到App调度的时候。更新首页按钮颜色为随机色并且记录调度时间的Demo。

Demo示意图

项目配置

为了App 支持 BGTaskScheduler,需要在项目中配置Background fetch,及Background Processing;

需要在Info.plist文件中添加 key 为Permitted background task scheduler identifiers,Value为数组的内容。

Value的数组填写,刷新的任务标识和清理的任务标识。

注册后台任务

在应用启动后,注册后台任务。

- (void)registerBgTask {
    
    if (@available(iOS 13.0, *)) {
        BOOL registerFlag = [[BGTaskScheduler sharedScheduler] registerForTaskWithIdentifier:kRefreshTaskId usingQueue:nil launchHandler:^(__kindof BGTask * _Nonnull task) {
            [self handleAppRefresh:task];
        }];
        if (registerFlag) {
            NSLog(@"注册成功");
        } else {
            NSLog(@"注册失败");
        }
    } else {
        // Fallback on earlier versions
    }
    
    if (@available(iOS 13.0, *)) {
        [[BGTaskScheduler sharedScheduler] registerForTaskWithIdentifier:kCleanTaskId usingQueue:nil launchHandler:^(__kindof BGTask * _Nonnull task) {
            [self handleAppRefresh:task];
        }];
    } else {
        // Fallback on earlier versions
    }
}
复制代码

调度App 刷新

应用进入后台后,调度App 刷新。

- (void)sceneDidEnterBackground:(UIScene *)scene  API_AVAILABLE(ios(13.0)){

    [self scheduleAppRefresh];
}


- (void)scheduleAppRefresh {
    
    if (@available(iOS 13.0, *)) {
        BGAppRefreshTaskRequest *request = [[BGAppRefreshTaskRequest alloc] initWithIdentifier:kRefreshTaskId];
        // 最早15分钟后启动后台任务请求
        request.earliestBeginDate = [NSDate dateWithTimeIntervalSinceNow:15.0 * 60];
        NSError *error = nil;
        [[BGTaskScheduler sharedScheduler] submitTaskRequest:request error:&error];
        if (error) {
            NSLog(@"错误信息:%@", error);
        }
        
    } else {
        // Fallback on earlier versions
    }
}
复制代码

得到后台任务调度的时候,调用App刷新的方法,笔者在这个方法中做了发送更新首页按钮颜色的通知,并且记录了当前更新时间的记录。

- (void)handleAppRefresh:(BGAppRefreshTask *)appRefreshTask  API_AVAILABLE(ios(13.0)){
    
    [self scheduleAppRefresh];
    
    NSLog(@"App刷新====================================================================");
    NSOperationQueue *queue = [NSOperationQueue new];
    queue.maxConcurrentOperationCount = 1;
    
    NSBlockOperation *operation = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
        
        [[NSNotificationCenter defaultCenter] postNotificationName:AppViewControllerRefreshNotificationName object:nil];
        
        NSLog(@"操作");
        NSDate *date = [NSDate date];
        NSDateFormatter *dateFormatter = [NSDateFormatter new];
        [dateFormatter setDateFormat:@"yyyy-MM-dd HH:mm"];
        NSString *timeString = [dateFormatter stringFromDate:date];
        
        NSString *filePath = [[NSSearchPathForDirectoriesInDomains(NSDocumentDirectory, NSUserDomainMask, YES) firstObject] stringByAppendingPathComponent:@"QiLog.txt"];
        if (![[NSFileManager defaultManager] fileExistsAtPath:filePath]) {
            NSData *data = [timeString dataUsingEncoding:NSUTF8StringEncoding];
            [[NSFileManager defaultManager] createFileAtPath:filePath contents:data attributes:nil];
        } else {
            NSData *data = [[NSData alloc] initWithContentsOfFile:filePath];
            NSString *originalContent = [[NSString alloc] initWithData:data encoding:NSUTF8StringEncoding];
            NSString *content = [originalContent stringByAppendingString:[NSString stringWithFormat:@"\n时间:%@\n", timeString]];
            data = [content dataUsingEncoding:NSUTF8StringEncoding];
            [data writeToFile:filePath atomically:YES];
        }
    }];
    
    appRefreshTask.expirationHandler = ^{
        [queue cancelAllOperations];
    };
    [queue addOperation:operation];
    
    __weak NSBlockOperation *weakOperation = operation;
    operation.completionBlock = ^{
        [appRefreshTask setTaskCompletedWithSuccess:!weakOperation.isCancelled];
    };
}
复制代码

经过测试,发现App 在退到后台,没有手动Terminate App的情况下。苹果有调用过App调度任务的方法。现象上来看就是隔一段时间,我们再打开App 的时候可以发现,首页的按钮颜色改变了,相应的日志中追加了,调起相关方法的时间记录。

手动触发后台任务调度

Xcode运行我们的App

-> App 退到后台

-> 打开App 进入前台

-> 点击下图中蓝框中的Pause program execution,输入如下内容

后台模拟调起App

e -l objc -- (void)[[BGTaskScheduler sharedScheduler] _simulateLaunchForTaskWithIdentifier: @"com.qishare.ios.wyw.background.refresh"]
复制代码

-> 再次点击Continue program execution,就可以模拟后台启动任务,调用我们的App。

Continue program execution

查看日志记录小提示

之前记得听沐灵洛提过怎么便于查看日志,正好我这里也用到了。便于我们可以直接在File App中查看写入到我们App的Documents中的文件,可以在Info.plist文件中添加key为LSSupportsOpeningDocumentsInPlace ,value为YES的键值对App 接入 iOS 11 的 Files App

经过我们操作后,就可以打开File App -> 浏览 -> 我的iPhone -> 查看选择我们的App -> 查看我们的日志记录文件。

示例Demo

QiAppRunInBackground

参考学习网址

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