Thực tiễn tốt nhất: Xử lý nền iOS - Background App Refresh Task

Không giống Android, iOS hạn chế xử lý nền nhằm cải thiện thời lượng pin và trải nghiệm người dùng. Khi ứng dụng chuyển sang chế độ nền, developers mất quyền kiểm soát trực tiếp. Cách thức và thời điểm ứng dụng được phép thực thi tác vụ hoàn toàn phụ thuộc vào hệ thống. Về cơ bản, iOS sử dụng một thuật toán phức tạp để xác định ứng dụng nào được phép chạy nền, dựa trên các yếu tố như mô hình hoạt động của người dùng, trạng thái pin hiện tại và nhiều yếu tố khác.

Trong bài này, chúng ta sẽ học cách yêu cầu thời gian thực thi nền định kỳ trên iOS. Sau khi hiểu cách hoạt động, chúng ta sẽ áp dụng kỹ thuật này cho một ứng dụng BLE ở bài tiếp theo.

Bắt đầu thôi!

Kiến thức nền tảng

Trước khi đi sâu vào thực hành, cần hiểu cách iOS quản lý các trạng thái ứng dụng. Apple đã trình bày tại WWDC một video mô tả các yếu tố hàng đầu ảnh hưởng đến thực thi nền (WWDC 2020 - Background execution demystified). Apple thiết kế iOS để cân bằng hai mục tiêu cạnh tranh nhau: giữ nội dung ứng dụng cập nhật, đồng thời đáp ứng các mục tiêu cốt lõi:

Thời lượng pin: cho phép thực thi nền trong khi vẫn duy trì pin cả ngày.
Hiệu suất: đảm bảo thực thi nền không ảnh hưởng tiêu cực đến việc sử dụng chủ động.
Quyền riêng tư: người dùng nên được biết về các background task dựa trên mô hình sử dụng của họ.
Tôn trọng ý định người dùng: nếu người dùng thực hiện một hành động nhất định, hệ thống phải phản hồi đúng.

Dưới đây là 7 yếu tố hàng đầu ảnh hưởng đến việc hệ thống lên lịch thực thi nền.

Pin yếu nghiêm trọng: Khi điện thoại sắp hết pin (< 20%), hệ thống sẽ tạm dừng thực thi nền để tiết kiệm điện.
Chế độ tiết kiệm pin: Khi người dùng bật chế độ này, họ đang báo hiệu rõ ràng rằng hệ thống chỉ nên ưu tiên các tác vụ quan trọng.
Cài đặt Background App Refresh: Người dùng có thể bật/tắt để cho phép hoặc không cho phép ứng dụng cụ thể chạy background task.
Mức sử dụng ứng dụng: Tài nguyên trên điện thoại có giới hạn, hệ thống phải ưu tiên phân bổ cho các ứng dụng người dùng dùng nhiều nhất. Apple cũng giới thiệu “on-device predictive engine” học mô hình sử dụng của người dùng để ưu tiên thực thi nền.
App Switcher: Chỉ các ứng dụng hiển thị trong App Switcher mới có cơ hội chạy background task.
Ngân sách hệ thống: Để tránh thực thi nền làm cạn kiệt pin và data, có giới hạn hàng ngày về thời gian và dữ liệu sử dụng trong nền.
Rate limiting: Hệ thống áp dụng một số giới hạn tốc độ theo mỗi lần khởi chạy.

Ngoài ra còn có các yếu tố khác: Chế độ máy bay, nhiệt độ thiết bị, trạng thái màn hình, trạng thái khóa thiết bị, v.v.

Capabilities

Đảm bảo ứng dụng đã bật các capabilities sau.

Trước iOS 13

Thiết lập background fetch trước iOS 13 khá đơn giản.
Bên trong method application(_:didFinishLaunchingWithOptions), thêm dòng sau.

1	UIApplication.shared.setMinimumBackgroundFetchInterval(UIApplication.backgroundFetchIntervalMinimum)

setMinimumBackgroundFetchInterval chỉ định khoảng thời gian tối thiểu phải trôi qua giữa các lần thực thi background fetch. Tuy nhiên, thời điểm chính xác phụ thuộc vào hệ thống. Trong hầu hết trường hợp, UIApplicationBackgroundFetchIntervalMinimum là giá trị mặc định hợp lý.

Khi ứng dụng có cơ hội thực hiện background task, sự kiện application(_:performFetchWithCompletionHandler) sẽ được kích hoạt.

func application(_ application: UIApplication, performFetchWithCompletionHandler completionHandler: @escaping (UIBackgroundFetchResult) -> Void) {
    Logger.shared.debug("\(Date().toString()) perfom bg fetch")
    completionHandler(.newData)
}

Luôn luôn gọi callback completionHandler. Nếu không, hệ thống sẽ không biết task đã hoàn thành, dẫn đến giới hạn tần suất ứng dụng được đánh thức trong tương lai.

Để giả lập background fetch, vào tab bar > Debug > Simulate Background Fetch. Lưu ý chỉ hoạt động trên thiết bị thật.

iOS 13+, Xử lý nền nâng cao — WWDC 2019 và WWDC 2020

Tại WWDC 2019, Apple giới thiệu framework mới để lên lịch công việc nền: BackgroundTasks. Framework này hỗ trợ tốt hơn cho các task cần chạy nền. Có hai loại task: BGAppRefreshTaskRequest và BGProcessingTaskRequest. Với framework mới này, Apple đã đánh dấu deprecated API background fetch cũ từ iOS 13 và ngừng hỗ trợ trên macOS.

Đầu tiên, đăng ký identifier của các background task trong info.plist.

<key>BGTaskSchedulerPermittedIdentifiers</key>
<array>
    <string>YOUR_REFRESH_TASK_ID</string>
    <string>YOUR_PROCESSING_TASK_ID</string>
</array>

Bỏ qua bước này sẽ gây crash khi runtime:

2020-10-11 08:24:40.648838+0700 TestBgTask[275:5188] *** Terminating app due to uncaught exception 'NSInternalInconsistencyException', reason: 'No launch handler registered for task with identifier com.example.bgRefresh'

Dùng BGAppRefreshTaskRequest cho các task nền ngắn — ví dụ: fetch social media feed, email mới, giá cổ phiếu mới nhất. Hệ thống cấp tối đa 30 giây thực thi mỗi lần khởi chạy.

BGProcessingTaskRequest cấp vài phút thời gian chạy cho các công việc nặng hơn, chẳng hạn như huấn luyện Core ML trên thiết bị.

Để đăng ký background task, thêm đoạn sau vào application(_:didFinishLaunchingWithOptions).

    func application(_ application: UIApplication, didFinishLaunchingWithOptions launchOptions: [UIApplication.LaunchOptionsKey: Any]?) -> Bool {
        if #available(iOS 13, *) {
            BGTaskScheduler.shared.register(forTaskWithIdentifier: appRefreshTaskId, using: nil) { task in
                Logger.shared.info("[BGTASK] Perform bg fetch \(appRefreshTaskId)")
                task.setTaskCompleted(success: true)
                self.scheduleAppRefresh()
            }

            BGTaskScheduler.shared.register(forTaskWithIdentifier: appProcessingTaskId, using: nil) { task in
                Logger.shared.info("[BGTASK] Perform bg processing \(appProcessingTaskId)")
                task.setTaskCompleted(success: true)
                self.scheduleBackgroundProcessing()
            }
        }
    }

    @available(iOS 13.0, *)
    func scheduleAppRefresh() {
        let request = BGAppRefreshTaskRequest(identifier: "YOUR_REFRESH_TASK_ID")

        request.earliestBeginDate = Date(timeIntervalSinceNow: 5 * 60) // Refresh after 5 minutes.

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

     @available(iOS 13.0, *)
    func scheduleBackgroundProcessing() {
        let request = BGProcessingTaskRequest(identifier: appProcessingTaskId)
        request.requiresNetworkConnectivity = true // Need to true if your task need to network process. Defaults to false.
        request.requiresExternalPower = true // Need to true if your task requires a device connected to power source. Defaults to false.

        request.earliestBeginDate = Date(timeIntervalSinceNow: 5 * 60) // Process after 5 minutes.

        do {
            try BGTaskScheduler.shared.submit(request)
        } catch {
            print("Could not schedule image fetch: (error)")
        }
    }
}

Khi ứng dụng vào nền, lên lịch cả hai task để hệ thống biết cần chạy chúng sau.

func applicationDidEnterBackground(_ application: UIApplication) {
    Logger.shared.info("App did enter background")
    if #available(iOS 13, *) {
        self.scheduleAppRefresh()
        self.scheduleBackgroundProcessing()
    }
}

Luôn gọi task.setTaskCompleted(success: true) càng sớm càng tốt.
Lưu ý rằng sau khi gọi nó, cần gọi lại self.scheduleAppRefresh() và self.scheduleBackgroundProcessing() để lên lịch lại cho chu kỳ tiếp theo.

Giả lập background task và background processing

Apple cung cấp cách kích hoạt thực thi nền trong quá trình phát triển.
Sau khi submit task lên hệ thống, tạm dừng ứng dụng tại bất kỳ breakpoint nào. Sau đó nhập lệnh sau vào Xcode console.

1	e -l objc -- (void)[[BGTaskScheduler sharedScheduler] _simulateLaunchForTaskWithIdentifier:@"YOUR_REFRESH_TASK_ID \|\| YOUR_PROCESSING_TASK_ID"]

Output sẽ trông như thế này:

2020-10-11 08:53:58.628667+0700 TestBgTask[381:17115] 💚-2020-10-11 08:53:58.628 +0700 Start schedule app refresh
(lldb) e -l objc -- (void)[[BGTaskScheduler sharedScheduler] _simulateLaunchForTaskWithIdentifier:@"com.example.bgRefresh"]
2020-10-11 08:54:01.927263+0700 TestBgTask[381:16973] Simulating launch for task with identifier com.example.bgRefresh
2020-10-11 08:54:03.669153+0700 TestBgTask[381:17095] Starting simulated task: <decode: missing data>
2020-10-11 08:54:07.560697+0700 TestBgTask[381:17095] Marking simulated task complete: <BGAppRefreshTask: com.example.bgRefresh>
2020-10-11 08:54:07.560750+0700 TestBgTask[381:17012] 💙-2020-10-11 08:54:06.045 +0700 [BGTASK] Perform bg fetch com.example.bgRefresh
2020-10-11 08:54:07.563846+0700 TestBgTask[381:17012] 💚-2020-10-11 08:54:07.562 +0700 Start schedule app refresh

Kỳ vọng vs Thực tế

Bạn có thể kỳ vọng thực thi nền được phân phối đều trong suốt cả ngày.

Tuy nhiên, thực tế lại như sau. Vì 7 yếu tố đã đề cập, on-device predictive engine học mô hình sử dụng của người dùng — ví dụ, họ thường mở ứng dụng vào buổi sáng, giờ trưa và buổi tối. Vì vậy hệ thống sẽ lên lịch background task chạy ngay trước khi người dùng mở ứng dụng lên foreground. Các yếu tố khác bao gồm việc người dùng bật Chế độ tiết kiệm pin hoặc pin rơi vào trạng thái yếu nghiêm trọng.