隨著近幾年來 Android 的不斷髮展，Google 逐步加強了對於後臺執行的優化和限制。為了開發出現代化的 Android 應用，開發者需要學習如何通過最新方式來管理後臺任務。

系統如何判定應用處於後臺？

在理解後臺執行這個概念之前，我們先來看看 Android 系統是如何定義前臺應用的。當應用滿足以下任意條件時，系統會判斷應用處於前臺：

• 具有一個可見的 Activity，不論該 Activity 處於 started 或是 paused 狀態

• 具有一個前臺服務

• 另一個前臺應用已關聯至該應用，不論是通過繫結到它的一個服務，還是通過使用它的一個內容提供程式。比如，當別的前臺應用或者系統綁定了該應用的以下服務時，那麼該應用處於前臺：

  • 輸入法

  • 桌布服務

  • 通知監聽器

  • 語音或文字服務

  • 正在車內播放音樂的流媒體應用 (只適用於 Android Auto 車載娛樂系統)

• 前臺服務: 

  https://developer.android.google.cn/reference/android/app/Service#startForeground(int,%20android.app.Notification)

• 繫結到它的一個服務:

  https://developer.android.google.cn/guide/components/bound-services

• 內容提供程式: 

  https://developer.android.google.cn/guide/topics/providers/content-providers

• 輸入法: 

  https://developer.android.google.cn/guide/topics/text/creating-input-method

• 桌布服務:

  https://developer.android.google.cn/reference/android/service/wallpaper/WallpaperService

• 通知監聽器: 

  https://developer.android.google.cn/reference/android/service/notification/NotificationListenerService

• 語音: 

  https://developer.android.google.cn/reference/android/service/voice/VoiceInteractionService

• 文字: 

  https://developer.android.google.cn/reference/android/service/textservice/package-summary

如果以上條件均不滿足，應用將被視為處於後臺。

後臺執行的相關行為變更

在後臺執行應用會消耗裝置的有限資源，如記憶體或者電池電量，進而影響使用者的使用體驗，比如說，後臺任務可能會縮短裝置的續航時間，或者在使用者玩遊戲、看視訊或拍照時造成系統卡頓。

為了改善續航表現和使用者體驗，Android 在版本演進的過程中，針對後臺執行進行了不同程度的限制，其中包括：

• 低耗電模式和應用待機模式: 如果裝置未插接電源，處於空閒狀態一段時間且螢幕關閉，系統會進入低耗電或者待機模式，並對應用行為施加相應限制；

• 後臺位置限制: 對後臺應用獲取使用者當前位置的頻率進行限制；

• 後臺服務限制: 限制應用在後臺執行服務，並禁止應用通過隱藏/不可見方式呼叫 CPU 或網路資源；

• 近期新增特性及優化項: (1) 應用待機群組: 限制非活躍應用對裝置資源的呼叫; (2) 後臺限制: 當系統檢測到應用出現不良行為時，系統會向用戶詢問是否要限制該應用在後臺訪問裝置資源; (3) 省電助手功能優化。

• 文章出處:https://blog.csdn.net/pangzaifei/article/details/70213731

• 低耗電模式和應用待機模式: 

  https://developer.android.google.cn/about/versions/marshmallow/android-6.0-changes#behavior-power

• 後臺位置限制: 

  https://developer.android.google.cn/about/versions/oreo/background-location-limits

• 後臺服務限制: 

  https://developer.android.google.cn/about/versions/oreo/background#services

• 應用待機群組: 

  https://developer.android.google.cn/preview/features/power#buckets

• 後臺限制: 

  https://developer.android.google.cn/topic/performance/background-optimization#bg-restrict

• 省電助手功能優化:

  https://developer.android.google.cn/about/versions/pie/power#battery-saver

使用案例及解決方案

開發者在選擇後臺執行工具前，首先要對應用需求和限制場景有個清晰的瞭解，我們建議您參照以下流程圖，為應用制定最佳的後臺決策：

• 作為 Android 推薦的後臺管理工具，WorkManger 考慮了系統內的所有後臺執行限制。如果您需要確保推遲的任務一定會被執行，請務必呼叫 WorkManager。該 API 允許您排程任務 (單次執行或迴圈執行) ，組合任務和構成任務鏈。您還可以新增任務執行的約束條件，例如：當裝置空閒或充電時才可以觸發，或者當內容提供程式發生變更時才可以執行。
  以上傳日誌為例，您需要依次建立以下兩個工作請求，才可以將壓縮後的日誌檔案上傳至伺服器：

  • 第一步：壓縮檔案。在此步驟中，您可以新增約束條件 “當裝置充電時，任務才可以被執行”。

  • 第二步：向伺服器上傳檔案。在建立此請求時，您應該新增 “需要聯網”這一約束條件，指定任務僅在裝置連線到有效網路時才會被觸發。

• 單次執行:

  https://developer.android.google.cn/reference/androidx/work/OneTimeWorkRequest

• 迴圈執行:

  https://developer.android.google.cn/topic/libraries/architecture/workmanager/basics#recurring

• 組合任務和構成任務鏈:

  https://developer.android.google.cn/topic/libraries/architecture/workmanager/advanced#chained

• 約束條件:

  https://developer.android.google.cn/reference/androidx/work/Constraints

將任務編入佇列後，WorkManager 會在約束條件滿足的情況下，即當應用可以訪問所需資源時，才會執行這兩個任務。

WorkManger 的另一個優勢在於它可以與 Android 的電量管理特性協同工作。假設某個任務的指定執行時間恰好落在低耗電模式時段內，那麼 WorkManager 便會在維護視窗時段 (如果此時約束條件已滿足，或裝置暫時退出了低耗電模式) ，嘗試執行該任務。

• 如果任務由外部事件觸發且執行時間較長，例如同步新資料，請先使用 Firebase Cloud Messaging 通知您的應用，然後再呼叫 WorkManager 建立同步資料的工作請求。您可以閱讀《使用 FCM 訊息向用戶傳送通知》，獲取更多詳情。

• 如果應用需要立刻執行一個由使用者發起的任務，即使使用者退出應用或關閉螢幕 (如音樂/視訊重放或者導航) 也不會影響任務的執行，請您使用前臺服務。(我們將在下一篇連載中深度剖析該使用案例，敬請期待！)

• 如果您需要在某一特定時間執行一個無法被推遲的任務，且該任務會觸發操作 (action) 並涉及使用者互動，請呼叫 AlarmManager 中的 setExactAndAllowWhileIdle 方法。常見的定時任務包括：

  • 服藥提醒

  • 電視節目開始前，向用戶傳送的提醒通知

• 維護視窗:

  https://developer.android.google.cn/training/monitoring-device-state/doze-standby#understand_doze

• Firebase Cloud Messaging:

  https://firebase.google.cn/docs/cloud-messaging/

• 前臺服務: 

  https://developer.android.google.cn/guide/components/services

• AlarmManager: 

  https://developer.android.google.cn/reference/android/app/AlarmManager

• setExactAndAllowWhileIdle: 

  https://developer.android.google.cn/reference/android/app/AlarmManager#setExactAndAllowWhileIdle(int,%20long,%20android.app.PendingIntent)

在觸發標準鬧鈴後，您會有幾秒鐘的時間完成工作，此時應用可能無法訪問網路 (例如，系統處於低耗電模式，或者應用被歸入某一待機群組)。如果您必須訪問網路，或者任務執行時間較久，請呼叫 WorkManager。每當喚醒鬧鐘被觸發後，裝置就會退出低電量模式並持有一個區域性喚醒鎖，而長時間持有喚醒鎖會嚴重影響裝置的續航時間。建議您通過 Google Play 管理中心提供的 Android Vitals 來監測應用是否存在過度喚醒的問題。

• 低耗電模式:

  https://developer.android.google.cn/training/monitoring-device-state/doze-standby

• 喚醒:

  https://developer.android.google.cn/topic/performance/vitals/wakeup

• 區域性喚醒鎖:

  https://developer.android.google.cn/topic/performance/vitals/wakelock

• Google Play 管理中心:

  https://g.co/play/console

• Android Vitals:

  https://developer.android.google.cn/topic/performance/vitals/

總結：

• FCM:

  https://firebase.google.com/docs/cloud-messaging/

合理的後臺執行策略可以幫助您開發出卓越的應用，在打造完美使用者體驗的同時，為裝置保駕 “續” 航。如果您想進一步瞭解後臺執行的相關訊息，請訪問 Android 開發者官網。

• Android 開發者官網:

  https://developer.android.google.cn/guide/background/

請注意：WorkManager 目前只發布了公共預覽版，您可以繼續使用 JobScheduler 作為替代方案，不過和 WorkManger 相比，JobScheduler 有更多的侷限。 JobScheduler 屬於 Android 框架的一部分，它僅在 API ≥ 21 的系統上可用；而 WorkManager 則支援 API 14 及更高版本。

• API 14:

  https://developer.android.google.cn/reference/androidx/work/WorkManager