iOS UIKit：App

1、App生命周期

IOS架构是由许多设计模式实现，如model-view-controller 和 delegation模式。

1.1 main函数

与其它框架类似，IOS框架的入口也是从main函数，但是无需程序猿去实现这个main函数，Xcode已经帮我们实现了，在main函数中启动UI框架，其实它是调用了UIApplicationMain函数。

main函数在项目的Supporting Files/main.m文件中：

1 #import <UIKit/UIKit.h>
2 #import "AppDelegate.h"
3 int main(int argc, char * argv[])
4 {
5     @autoreleasepool {
6         return UIApplicationMain(argc, argv, nil, NSStringFromClass([AppDelegate class]));
7     }
8 }

当执行UIApplicationMain函数后，IOS会自动执行如下的操作：

1) 首先，根据传递给UIApplicationMain函数的类名，IOS创建了一个app delegate对象。

2) 接着，创建一个新的UIWindow对象，并将其赋值给main screen。

3) 如果用户定义了app delegate有实现一个window属性，那么将上述新创建的UIWindow对象赋给window属性。

4) 根据app的属性列表文件（property list file）提供的信息，加载main storyboard文件。

5) 然后，实例化main storyboard文件中的起始view controller（initial view controller）。

6) 将window对象的rootViewController属性设置为上述新创建的起始view controller对象。

7) 进而，IOS将调用app delegate对象的application:didFinishLaunchingWithOptions:方法。

8) 最后，IOS调用window对象的makeKeyAndVisible方法将window对象显示在屏幕中。

当在4)中，若不能识别main storyboard文件时，UIApplicationMain函数将不在执行后续步骤，转而执行app delegate对象的如下方法。用户可以实现类似的内容：

 1 - (BOOL)application:(UIApplication *)application didFinishLaunchingWithOptions:(NSDictionary *)launchOptions
 2 {
 3     self.window = [[UIWindow alloc] initWithFrame:[[UIScreen mainScreen] bounds]];
 4     UIStoryboard *storyboard = [UIStoryboard storyboardWithName:@"MyStoryboard" bundle:nil];
 5     MainViewController *mainViewController = [storyboard instantiateInitialViewController];
 6     self.window.rootViewController = mainViewController;
 7     // code to configure the view controller would go here
 8     [self.window makeKeyAndVisible];
 9     return YES;
10 }

1.2 app架构

在main中调用了UIApplicationMain函数，在该函数设置了一些关键对象而且启动的app。而这些关键对象的中心是UIApplication对象，它的工作是促进用户与系统中的其它对象进行交互，如图 11所示。

图 11 IOS架构的关键对象

IOS架构采用mvc模式组织系统中的对象，它将app的数据、业务逻辑与可视化组建分开，从而实现松耦合的关系。

1.3 main Run Loop

在UIApplication对象中设置了 run loop，它不断了接收设备产生的事件，从而将事件传递给了事件响应者，如图 12所示。

图 12 main run loop事件处理

1.4 运行状态

IOS app其实就是UIApplication对象，该对象在生命周期的任何时刻都存在如表 11的状态，其中各个状态之间还存在如图 13所示的状态变化图，当app发生状态变化时会调用UIApplicationDelegate协议的某个方法，具体方法可参考帮助文档。

表 11 app状态

状态	描述
Not Runing（非运行）	应用没有运行，或者是正在运行但被系统终止
Inactive（前台非活动）	应用正在前台运行但当前没有接收到事件（可能在执行其它代码）
Active（前台活动）	应用正在前台运行并且能接受到事件，这是正常的前台状态
Background（后台）	应用进入后台后，依然能够执行代码。如果有可执行的代码，就会执行代码；如果没有可执行的代码或者将可执行的代码执行完毕，应用会马上进入挂起状态。
Suspended（挂起）	处于挂起的应用进入一种"冷冻"状态，不能执行任何代码。如果系统内存不够，应用会被终止。

图 13 IOS app状态变化图

2、后台执行

当用户不使用app时，那么系统将app转换为后台执行（background）。但一般情况下，app只是在background状态做短暂的停留，随即会马上进入挂起状态（suspended）。当然也可以延长在挂起状态的时间。

2.1 有限执行任务

进入background的app将很快进入suspended。如果需要app进入background后增加一些额外的时间来完成任务，那么可以调用如下两个UIApplication对象的方法来向系统申请，让app不立即进入suspended状态：

1 -(UIBackgroundTaskIdentifier)beginBackgroundTaskWithName:(NSString*)taskName
 expirationHandler:(void (^)(void))handler
2 -(UIBackgroundTaskIdentifier)beginBackgroundTaskWithExpirationHandler:(void(^)(void))handler

调用这两个方法之一能够执行申请一些额外的时间来完成任务，但在任务完成后，需要调用endBackgroundTask: 方法来通知系统任务已经完成，从而系统可以挂起该app。

如下的例子展示了app在进入后台时，创建一个长时间运行的任务。在这个例子中，将任务提交到异步的dispatch queue中去执行，这么做是为了applicationDidEnterBackground方法能够及时返回，防止主线程发生阻塞。

 1 - (void)applicationDidEnterBackground:(UIApplication *)application 
 2 {
 3      _bgTask = [application beginBackgroundTaskWithName:@"MyTask" expirationHandler:^{
 4         [application endBackgroundTask:_bgTask];
 5         _bgTask = UIBackgroundTaskInvalid;
 6     }];
 7     
 8     // Start the long-running task and return immediately.
 9     dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
10     // Do the work associated with the task, preferably in chunks.
11         NSLog(@"hello world");
12         [application endBackgroundTask:_bgTask];
13         _bgTask = UIBackgroundTaskInvalid;
14     });
15 }

2.2 后台下载任务

为了支持app在后台继续下载，应该使用NSURLSession对象进行下载。当使用NSURLSession配置后台下载任务时，系统将创建独立的进程来控制这些下载任务，从而如果app被挂起或结束，那么系统将在后台继续下载这些任务，并且当任务下载完成后，可以重新调起app。

关于如何配置和创建NSURLSession对象，可以参考另一篇文章《iOS 网络编程：session》。一旦配置完NSURLSession对象后，任务的下载或上传的控制权将转移给的系统，从而：

1) 如果任务已经完成，并且app仍处于运行状态（前台或后台），那么session对象将通知delegate；

2) 如果任务还没完成，并且app已经被系统结束，那么系统将持续在后台管理下载任务；

3) 如果任务还没完成，并且app被用户终止了，那么系统将取消下载任务。

2.3 实现长时任务

2.3.1 后台执行任务类型

对于需要长时间执行的任务，必须通过系统的许可才能在后台执行（不会被挂起）。在IOS中只有如下的几种类型才允许长时间在后台执行：

1) app在后台执行一些用户听得见的内容，如音乐播放器；

2) app在后台路径内容；

3) app持续获取用户的位置信息，如导航app；

4) app支持Voice over Internet Protocol (VoIP)，VoIP是一种协议。

5) app需要频繁处理下载内容；

6) app频繁接受外部设备的信息。

2.3.2 声明app后台类型

若需要app能在后台运行，必须在项目的Info.plist文件中进行声明。即在文件中的"Required background modes"中添加一项app支持的后台类型，如图 21所示。

图 21 声明app后台支持类型

3、app状态转换策略

app有很多状态，而且当状态发生变化时将会通知app对象，即通知app delegate协议。从而可以在app delegate方法中监听app的状态变化，从而做出合适的响应。

3.1 启动时间

在app启动时，系统将自动加载主storyboard文件和初始view controller。其中app的启动时间是从调用delegate的application:willFinishLaunchingWithOptions: 方法开始到application:didFinishLaunchingWithOptions:方法调用结束这段时间，系统将尽可能的减少app的启动时间，所以app启动的时间将控制在5s内。如果在这5s内app没有完成启动，那么系统将不负责任的结束它。所以对于需要初始化的内容应该放在第二线程进行，从而提供启动的时间性能。

3.1.1 启动周期

当app被启动时，它将从 not running状态转变为active状态或者是background状态。简单地说，在app启动时，系统将创建一个进程来运行main函数，然后该main函数再调用了UIApplicationMain函数来初始化UI界面。

        1) not running状态转换为active状态

如图 31所示，展示了app从开始启动到进入前台active状态的过程，包括调用的app Delegate方法的细节。

图 31 启动app进入foreground状态

       2) not running状态转换为background状态

app也有可能在启动后直接进入后台状态，如图 32展示的就是app从启动到进入后台的过程。过程与进入前台类似，只是后半段不同。注意的是后台转换过程也是会加载用户的interface文件，只是没有在窗口中显示。

图 32 启动app进入background状态

3.1.2 横屏模式启动

app有两种显示模式：Landscape（横屏）和portrait（竖屏），默认是portrait模式。目前有两种方式来设置显示的方式：

        1) 界面设计

界面显示非常简单，只需在项目的设置中指定支持的方向即可，如图 33所示。

图 33 显示模式设置

         2) 代码设计

代码方式是通过在view controller类中重载supportedInterfaceOrientations方法，返回想要显示的方向，如下所示。

1 -(UIInterfaceOrientationMask)supportedInterfaceOrientations
2 {
3     return UIInterfaceOrientationMaskLandscapeLeft;
4 }

3.2 短暂中断

Alert-based中断将导致app的控制权丢失，但app仍然在前台执行，只是不能接收来自系统的触摸事件（能够接收其它类型的事件）。比如一个来电中断发生了，那么app将转换为inactive状态，app将一直保持这个状态，直到中断结束。

如图 34所示，当一个事件发生时，用户的处理过程，如果用户不忽略这个中断，那么app将进入inactive状态，同时跳入其它app中。

图 34 alert-based中断的处理过程

3.3 进入前台

当app返回到前台时，应该重新启动那些进入后台被暂停的任务，其状态变化如图 35所示。

图 35 从后台转入前台的状态变化

3.4 进入后台

当用户按了Home按钮、按了Sleep/Wake按钮，或是系统系统了另外的app，那么当起的app将从前台状态进入后台状态，如图 36所示。在applicationDidEnterBackground：方法返回后，大多数app将快速进入suspended 状态，当然若需要额外的时间在后台状态执行，那么也可以继续执行。

图 36 从前台进入后台的状态变化

在进入后台状态后若发生了一些view内容的变化，可以调用snapshotViewAfterScreenUpdates: 方法手动更新主view的内容。当然在后台状态返回后，即进入前台后，app也会自动更新发生变化的内容。

4、参考文献

[1] App programming guide for IOS.