iOS中的Background Modes — 是什么、有哪些模式及配置

iOS中的Background Modes是什么？

Background Modes — 是Xcode项目的capability，声明应用程序在后台执行特定类型操作的意图。与Android不同，在Android中应用可以在后台启动任何Service，而iOS要求在Info.plist中明确指定模式。每种模式都有严格的使用规则，并在Apple审核时进行检查。

Background Modes如何工作

当应用进入后台时，iOS会在3-5秒后将其挂起。如果应用声明了Background Mode并积极使用相应的API（例如用于音频的AVAudioSession），系统会将其切换到特殊的执行模式。应用保留在RAM中，并且可以执行受模式类型限制的代码。

可用模式的完整列表

iOS支持以下Background Modes：Audio、Location、VoIP、Bluetooth LE、Background Fetch、Background Processing、External Accessory Communication、Push to Talk（PTT）和HealthKit。每种模式需要在应用描述中提供理由。

音频模式（Audio、AirPlay和Picture in Picture）

Audio Background Mode — 最常见的模式，由音乐播放器、播客应用和音频服务使用。应用可以继续播放声音，通过Control Center控制并在Lock Screen上显示。启用只需将AVAudioSession配置为.playback类别。

配置音频会话

要在后台播放音频，需要配置AVAudioSession并激活它。.playback类别通知系统应用正在播放声音，并且应在后台保持活动状态。没有此配置，声音将在应用最小化后5-10秒内停止。

import AVFoundation

func configureAudioSession() {
    let session = AVAudioSession.sharedInstance()
    do {
        try session.setCategory(
            .playback,
            mode: .default,
            options: []
        )
        try session.setActive(true)
    } catch {
        print("音频会话错误：\(error)")
    }
}

从Control Center控制播放

要与Control Center和Lock Screen集成，需要配置MPRemoteCommandCenter。它处理Play、Pause、Next和Previous Track命令。还需要更新MPNowPlayingInfoProperty以显示元数据：歌曲标题、艺术家、封面和播放进度。

视频的Picture in Picture

从iOS 14开始，音频Background Mode也支持视频的Picture in Picture。应用可以在最小化时在浮动窗口中继续显示视频。使用带有AVPlayerLayer的AVPictureInPictureController进行激活。该模式仅在应用播放音轨时工作。

地理定位（Location updates）

Location Background Mode允许应用在后台接收地理定位更新。用于导航器、健身追踪器、配送应用和社交网络。没有此模式，应用在切换到后台时只接收一次位置，之后更新停止。

位置跟踪类型

CLLocationManager支持多种跟踪策略：重大变化（significant-change location）、标准跟踪（standard location）和区域监控（region monitoring）。要在后台以最高精度工作，请使用allowsBackgroundLocationUpdates = true和pausesLocationUpdatesAutomatically = false。

能源效率和精度

在后台持续跟踪位置是最耗电的场景之一。iOS自动根据移动速度调整更新频率：步行时每10-30秒一次，驾车时每1-5秒一次。导航时使用desiredAccuracy = kCLLocationAccuracyBestForNavigation。

let locationManager = CLLocationManager()
locationManager.requestAlwaysAuthorization()
locationManager.allowsBackgroundLocationUpdates = true
locationManager.pausesLocationUpdatesAutomatically = false
locationManager.desiredAccuracy = kCLLocationAccuracyBest
locationManager.activityType = .fitness
locationManager.startUpdatingLocation()

重大位置变化

Significant-change location模式无需Location Background Mode即可工作——系统仅在坐标发生重大变化时（通常500米或更多）唤醒应用。不需要持续开启GPS，从而节省电池。适用于在用户移动时更新数据的天气应用。

蓝牙模式（LE accessories）

Bluetooth LE Background Mode允许应用在后台与BLE设备交互。由健身手环、医疗传感器、Smart Home设备和Beacon导航使用。该模式分为两个子类型：bluetooth-central（应用连接到设备）和bluetooth-peripheral（应用充当设备）。

在Central模式下工作

作为Central角色的应用可以在后台扫描并连接BLE设备。为此，需要在Background Modes中指定bluetooth-central，并使用CBCentralManager.scanForPeripherals方法，带CBCentralManagerScanOptionAllowDuplicatesKey选项。在后台，扫描以较低频率工作——系统可能会延迟检测以节省能源。

在Peripheral模式下工作

作为Peripheral角色的应用可以广播服务并响应其他设备的请求。蓝牙peripheral模式允许应用在后台保持对其他BLE设备可见。用于HealthKit应用和IoT解决方案。

Beacon和Region Monitoring

iBeacon监控在后台无需额外权限即可工作——系统自行跟踪进入和离开Beacon区域。但扫描Beacon内容（proximity UUID、major、minor）需要蓝牙权限和bluetooth-central Background Mode。使用带CLBeaconRegion的CLLocationManager进行监控。

适用于通信应用的VoIP和PushKit

VoIP Background Mode适用于语音通信应用（Skype、Zoom、WhatsApp）。此模式允许应用保持与服务器的连接以接收入站呼叫。从iOS 8开始，VoIP使用PushKit——一个框架，用于处理来自VoIP服务器的推送通知，无需APNs参与。

用于入站呼叫的PushKit

PushKit是唯一保证将VoIP通知传送到设备的机制。收到PushKit通知后，系统会唤醒应用，即使应用已终止。应用必须在30秒内连接到服务器并显示有关入站呼叫的本地通知。

import PushKit

class VoIPHandler: NSObject, PKPushRegistryDelegate {
    func pushRegistry(
        _ registry: PKPushRegistry,
        didReceiveIncomingPushWith payload: PKPushPayload,
        for type: PKPushType,
        completion: @escaping () -> Void
    ) {
        let caller = payload.dictionaryPayload["caller"] as! String
        reportIncomingCall(from: caller)
        completion()
    }
}

PushKit使用规则

PushKit不能用于普通通知——只能用于VoIP、watchOS通信和文件提供商。Apple在审核时会检查这一点。不当使用时，应用会被拒绝。从iOS 13开始，PushKit仅传递通知——调用CXProvider（CallKit）以显示呼叫屏幕是强制性的。

Fetch和Processing模式

Background Fetch和Background Processing——用于在后台更新内容和执行长时间任务的模式。Fetch——短期定期更新（最长30秒），Processing——带条件（Wi-Fi、充电）的长时间任务（最长10分钟）。Processing仅从iOS 13+开始可用。

Background Fetch — 快速更新

Fetch模式允许系统定期唤醒应用以下载新内容。系统分析用户行为并选择最佳时间。应用必须在30秒内调用completion handler。Fetch适用于新闻应用、社交媒体信息流和天气。

Background Processing — 长时间任务

BGProcessingTask用于无需用户参与即可执行的任务：清理缓存、同步大型数据库、处理媒体文件。系统仅在有利条件下执行任务——设备正在充电、连接到Wi-Fi、不在低功耗模式。最长可用10分钟。

计划和要求

对于BGProcessingTask，需要指定requiresExternalPower和requiresNetworkConnectivity。如果条件不满足，系统可能会无限期延迟执行。与必须每天至少执行一次的BGAppRefreshTask不同，如果设备很少充电，Processing可能数周不执行。

Background Modes的App Store审核指南

Apple在应用审核时严格检查Background Modes的使用。主要规则：每个启用的模式必须由应用的功能合理性证明。如果应用声明了Location Mode但未使用地理定位，将被要求删除capability并被拒绝。

常见的拒绝原因

最常见的违规：Location Mode没有明确需求（应用请求访问以显示广告）、Audio Mode在后台没有播放声音、VoIP没有PushKit、BLE Mode没有蓝牙设备。Apple甚至可以在更新阶段拒绝应用，如果该模式不再使用。

审核中的描述

提交审核时，在Notes中提供每种模式的具体理由。例如，“Location Background Mode用于在健身功能中跟踪用户路线”。没有解释，审核者可能会拒绝应用。对于机密功能（VoIP），Apple可能会要求测试账户。

最小化模式的建议

使用最小必要模式集。如果应用需要每小时在后台加载一次数据——不要启用Location Mode，使用Fetch或BGAppRefreshTask。多余的模式不仅会导致拒绝，还会产生负面影响：用户在设置中看到应用在后台使用地理定位。