Background Fetch：是什么、工作原理和更新配置

什么是iOS中的Background Fetch？

Background Fetch — 是一个iOS API，允许应用程序在后台定期接收新数据。首次在iOS 7中与Background App Refresh机制一起引入。主要目标是让用户在打开应用程序时内容是最新的，无需等待加载。

与Push通知的区别

Push通知由服务器发起 — 它向设备发送信号，系统决定是否唤醒应用程序。Background Fetch由iOS本身根据设备使用模式发起。Push更适合紧急消息，Fetch — 用于计划的内容更新（新闻、社交媒体信息流）。

在后台任务生态系统中的位置

Background Fetch — iOS中几种后台执行机制之一。BGAppRefreshTask（iOS 13+）执行相同的任务，但具有更灵活的调度。Background Modes（音频、定位）— 用于持续操作。Silent Push — 由服务器发起的更新。Fetch对于支持iOS 12及更低版本的项目仍然适用。

• Background Fetch — 周期性的，由系统发起，iOS 7+。
• BGAppRefreshTask — 周期性的，由系统发起，iOS 13+。
• BGProcessingTask — 长时间任务，iOS 13+。
• Silent Push — 由服务器发起，iOS 7+。

Background Fetch的工作原理：架构和生命周期

iOS使用机器学习算法来确定唤醒应用程序的最佳时间。系统分析用户通常何时打开应用程序、使用多长时间以及返回频率。基于这些数据，iOS计算Background Fetch的窗口。

任务执行过程

当系统决定唤醒应用程序时，它会在AppDelegate中调用application(_:performFetchWithCompletionHandler:)方法。应用程序应下载最少量的新数据并使用三种状态之一调用completion handler：.newData（数据已下载）、.noData（没有新数据）或.failed（错误）。该状态会影响将来唤醒的频率。

Completion handler对调用频率的影响

.newData状态通知系统更新是有用的 — iOS可能会增加唤醒频率。.noData表示没有数据 — 频率保持不变或降低。.failed表示存在问题 — 系统降低频率以节省电量。重点应该是诚实的状态，而不是强制的.newData。

在Xcode项目中配置Background Fetch

要启用Background Fetch，需要执行两个步骤：在Xcode中激活capability并在代码中设置最小间隔。Capability位于Target — Signing & Capabilities — Background Modes — 勾选Background Fetch。没有这一步，系统将不会唤醒应用程序。

设置最小间隔

UIApplication.shared.setMinimumBackgroundFetchInterval方法设置了Fetch调用之间的最小时间（以秒为单位）。UIApplication.backgroundFetchIntervalMinimum值（大约15分钟）指示系统尽可能频繁地唤醒应用程序，以节能高效的方式。在application(_:didFinishLaunchingWithOptions:)中设置间隔是标准做法。

func application(
    _ application: UIApplication,
    didFinishLaunchingWithOptions options: [UIApplication.LaunchOptionsKey : Any]?
)-> Bool {
    UIApplication.shared.setMinimumBackgroundFetchInterval(
        UIApplication.backgroundFetchIntervalMinimum
    )
    return true
}

Info.plist和capability

在Xcode中启用Background Fetch时，它会自动更新Info.plist — 添加值为fetch的UIBackgroundModes键。这是强制步骤：没有它，应用程序将不会收到performFetchWithCompletionHandler调用。可以通过P list Source或Build Settings检查是否存在。

Swift中Background Fetch的代码示例

让我们看一下新闻应用程序的Background Fetch完整实现。实现包括数据下载、缓存和调用completion handler。代码在AppDelegate中执行 — 系统调用fetch的唯一位置。

func application(
    _ application: UIApplication,
    performFetchWithCompletionHandler handler: @escaping (UIBackgroundFetchResult) -> Void
) {
    let url = URL(string: "https://api.example.com/latest")!

    URLSession.shared.dataTask(with: url) { data, response, error in
        guard let data = data, error == nil else {
            handler(.failed)
            return
        }

        do {
            let articles = try JSONDecoder().decode([Article].self, from: data)
            cacheArticles(articles)
            handler(articles.isEmpty ? .noData : .newData)
        } catch {
            handler(.failed)
        }
    }.resume()
}

缓存已下载的数据

通过Background Fetch下载数据后，需要将其保存到本地存储中 — CoreData、UserDefaults或File Manager。当应用程序打开时，数据应该已经可用。使用带有后台上下文的CoreData进行线程安全的写入。保存后，在主线程中更新UI。

func cacheArticles(_ articles: [Article]) {
    let container = NSPersistentContainer(name: "AppModel")
    container.performBackgroundTask { context in
        articles.forEach { article in
            let entity = ArticleEntity(context: context)
            entity.id = Int64(article.id)
            entity.title = article.title
            entity.body = article.body
        }
        try? context.save()
    }
}

测试Background Fetch

使用Simulator进行测试 — 在Xcode中选择Debug — Simulate Background Fetch。在物理设备上，需要等待系统决定执行fetch。为了加快速度，可以将最小间隔设置为1分钟，但在电池电量低时系统仍可能忽略它。

限制和陷阱

Background Fetch有一系列限制，在设计应用程序架构时需要考虑。最主要的是 — 系统完全控制调用频率，开发人员无法保证。即使设置了最小间隔，系统也可能数小时不调用fetch。

执行时间限制

系统为应用程序分配有限的时间来执行任务 — 通常最多30秒。如果应用程序在此期间没有调用completion handler，系统会强制终止进程并降低将来唤醒的频率。所有网络请求都应该是紧凑的 — 每次调用不超过1–2个。

电池依赖

iOS在调度Background Fetch时考虑电池电量水平。当电量低于20%时，唤醒频率降低。当启用Low Power Mode时，系统可能会完全关闭所有应用程序的后台更新。用户还可以在设置中为特定应用程序关闭Background App Refresh。

网络限制

从Background Fetch启动的URLSession以标准模式运行 — 不支持后台会话。对于大文件下载，请使用带有background configuration的URLSession。系统会在fetch结束后继续下载，但进度将不会被跟踪，直到下一次唤醒。

从Background Fetch迁移到BGTaskScheduler

从iOS 13开始，Apple建议使用BGTaskScheduler作为Background Fetch的替代品。BGTaskScheduler提供更灵活的调度、两种类型的任务（refresh和processing）以及带标识符的任务注册。迁移包括几个步骤，适用于所有新项目。

逐步迁移

第一步 — 通过BGTaskSchedulerPermittedIdentifiers键在Info.plist中定义任务标识符。第二步 — 通过BGTaskScheduler.shared.register在AppDelegate中注册任务。第三步 — 将performFetchWithCompletionHandler调用替换为传递给register的处理程序。第四步 — 调用submit来调度任务。

// 之前（Background Fetch）
UIApplication.shared.setMinimumBackgroundFetchInterval(
    UIApplication.backgroundFetchIntervalMinimum
)

// 迁移后（BGTaskScheduler）
BGTaskScheduler.shared.register(
    forTaskWithIdentifier: "com.example.refresh",
    using: nil
) { task in
    self.handleAppRefresh(task: task as! BGAppRefreshTask)
}

let request = BGAppRefreshTaskRequest(
    identifier: "com.example.refresh"
)
request.earliestBeginDate = Date(timeIntervalSinceNow: 15 * 60)
try? BGTaskScheduler.shared.submit(request)

BGTaskScheduler的优势

BGTaskScheduler提供更多控制： BGProcessingTask用于长时间操作（最多10分钟），通过requiresNetworkConnectivity和requiresExternalPower设置执行条件，expiration handler用于优雅结束。系统也会分析应用程序的使用情况，但开发人员可以设置更精确的要求。

何时保留Background Fetch

如果应用程序支持iOS 12及更低版本，Background Fetch仍然是定期更新的唯一选择。BGTaskScheduler仅从iOS 13+开始可用。在这种情况下，使用包装器：通过if #available(iOS 13, *)检查BGTaskScheduler的可用性，并调用相应的API。