iOS上VOIP應(yīng)用使用蘋果網(wǎng)絡(luò)終端服務(wù)APNs省電
2012/03/05
近日在網(wǎng)上看到一個(gè)文章，介紹 iPhone、Android 上的熱門的 VOIP 應(yīng)用 Viber ，曰：
它可以完全運(yùn)行在后臺(tái)，且不會(huì)耗電，即便是不運(yùn)行在后臺(tái)，你照樣可以撥打免費(fèi)電話和發(fā)免費(fèi)短信。
應(yīng)該說(shuō)，這些說(shuō)法從技術(shù)上看并不嚴(yán)謹(jǐn)。首先，從這段文字能得到一個(gè)模糊的印象，一個(gè)在后臺(tái)運(yùn)行的程序，并且不會(huì)耗電；其次，“程序即便是不運(yùn)行在后臺(tái)，照樣可以撥打免費(fèi)電話和發(fā)短信”，這如何理解呢？程序運(yùn)行在前臺(tái)能否撥打免費(fèi)電話？程序壓根不運(yùn)行時(shí)能否撥打電話？
VOIP 應(yīng)用是一種必須實(shí)現(xiàn)為“多任務(wù)”的業(yè)務(wù)，這種業(yè)務(wù)通常是耗電的大戶。因此這段文字背后引出其中一個(gè)有趣的技術(shù)問(wèn)題，智能設(shè)備上的多任務(wù)的業(yè)務(wù)如何能夠“不會(huì)耗電”？
讓我們先看看智能手機(jī)上的電池電量限制與多任務(wù)需求的關(guān)系。
智能手機(jī)上電池電量限制與多任務(wù)需求
智能手機(jī)與桌面電腦的根本區(qū)別在于智能手機(jī)本身的硬件尺寸與電池電量大小，電池電量對(duì)智能手機(jī)來(lái)說(shuō)是關(guān)鍵而致命的限制，人們要求手機(jī)越來(lái)越輕薄，功能越來(lái)越強(qiáng)大，然而待電時(shí)間卻要求越來(lái)越長(zhǎng)，這不是“又要馬兒跑又要馬兒不吃草”的事情么！為此，智能手機(jī)上的電池電量正如沙漠中的水，一點(diǎn)一滴都不可以浪費(fèi)。
為了節(jié)約電池的電量，智能手機(jī)上的操作系統(tǒng)的一個(gè)基本策略是，盡量減少正在運(yùn)行的程序，這個(gè)道理很簡(jiǎn)單，運(yùn)行的程序越多，需要耗費(fèi)的 CPU 計(jì)算時(shí)間就越多，電量就省不下來(lái)。下面的圖是蘋果 iOS 設(shè)備應(yīng)用程序調(diào)度狀態(tài)圖，事實(shí)上蘋果設(shè)備是除了用戶正在操作的程序，其他打開的程序進(jìn)程盡可能都放到“掛起（Suspended）”的狀態(tài)下。在“掛起”的狀態(tài)下面，程序進(jìn)程處在休眠狀態(tài)，不耗費(fèi) CPU 計(jì)算能力。當(dāng)用戶沒(méi)有對(duì)設(shè)備進(jìn)行操作的時(shí)候，整個(gè)系統(tǒng)處在休眠的低電狀態(tài)。（這里進(jìn)程的意思是：程序運(yùn)行實(shí)例）
智能手機(jī)上的 VOIP，作為一種多任務(wù)型的業(yè)務(wù)，卻恰恰踩在耗電的雷區(qū)上。VOIP 類的應(yīng)用需要實(shí)現(xiàn)為多任務(wù)原因是需要維持應(yīng)用應(yīng)用與服務(wù)器之間的長(zhǎng)期的網(wǎng)絡(luò)連接，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)側(cè)的來(lái)電呼叫到達(dá)的時(shí)候，提示用戶進(jìn)行接聽。因此程序有“長(zhǎng)期存活”的“待機(jī)”需求，后臺(tái)長(zhǎng)期存活的程序僅僅能處在“后臺(tái)（Background）”的狀態(tài)下面，這個(gè)狀態(tài)下的程序進(jìn)程，需要耗費(fèi) CPU 計(jì)算能力和電量。為何叫做“多任務(wù)”型的業(yè)務(wù)呢，意思是由于此業(yè)務(wù)的存在，除了用戶交互的程序進(jìn)程，還存在另外的“存活”進(jìn)程。
蘋果 iOS 設(shè)備的 VOIP 實(shí)現(xiàn)
正是由于對(duì)程序耗電量的錙銖必較，蘋果公司曾經(jīng)拒絕實(shí)現(xiàn)“真正”的多任務(wù)，使用“快速程序切換”來(lái)緩解用戶對(duì)大部分“多任務(wù)”的需求，如今，相信蘋果的研發(fā)團(tuán)隊(duì)是在做了艱難的平衡之后，決定允許部分業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)為“多任務(wù)”。這些業(yè)務(wù)主要是上文提到的后臺(tái)的音樂(lè)播放、后臺(tái)的 GPS 定位服務(wù)、新聞?dòng)嗛啒I(yè)務(wù)的后臺(tái)定期更新、VOIP 應(yīng)用等等，并為后臺(tái)業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)提供嚴(yán)格的開發(fā)指引。VOIP類的業(yè)務(wù)正是蘋果公司強(qiáng)制管理的一種“多任務(wù)”業(yè)務(wù)，如果開發(fā)團(tuán)隊(duì)不遵守架構(gòu)限制，軟件將不能通過(guò)審核和在蘋果應(yīng)用商城上發(fā)布，而 Viber，在 iOS 平臺(tái)上，應(yīng)該是遵循了該架構(gòu)。
讓我們來(lái)看看蘋果公司為VOIP實(shí)現(xiàn)，這種架構(gòu)下如何可能達(dá)到省電的目標(biāo)。
下面描述的文字非開發(fā)指引，僅僅為了幫助理解 VOIP 應(yīng)用進(jìn)程的調(diào)度過(guò)程（需要一定的軟件開發(fā)背景來(lái)理解）：
1、VOIP 應(yīng)用需要在 Info.plist 里配置 UIBackgroundModes 的值為 “VOIP” ，告知系統(tǒng)，此乃 VOIP 應(yīng)用。
2、程序配置用于 VOIP 業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)連接（Socket），告知系統(tǒng)，在程序進(jìn)程被調(diào)度到“掛起（Suspended）”狀態(tài)時(shí)該特殊的網(wǎng)絡(luò)連接需要被系統(tǒng)接管，因此，此時(shí)網(wǎng)絡(luò)連接仍然是活動(dòng)的。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)連接有新的數(shù)據(jù)到達(dá)的時(shí)候，程序?qū)摹皰炱穑⊿uspended）” 狀態(tài)被喚醒到“后臺(tái) （Background）”狀態(tài)，如果是個(gè)來(lái)電事件，VOIP應(yīng)用則發(fā)起一個(gè)本地提醒事件，此時(shí)用戶可以在設(shè)備的界面上看到來(lái)電提醒，如果用戶選擇接聽來(lái)電，則 VOIP 應(yīng)用被調(diào)度到前端的“活動(dòng) （Active）”狀態(tài)直接與用戶交互，否則，回退到低電的“掛起（Suspended）”狀態(tài)。下圖可以看到左圖是傳統(tǒng)的 VOIP 應(yīng)用，在“待機(jī)”狀態(tài)下整個(gè)程序都運(yùn)行在耗電的“后臺(tái) （Background）”狀態(tài)，右圖是蘋果的 VOIP 實(shí)現(xiàn)，僅僅網(wǎng)絡(luò)連接運(yùn)行在耗電的“后臺(tái) （Background）”狀態(tài)。其余系統(tǒng)部分運(yùn)行在低電的“掛起（Suspended）”狀態(tài)。
3、安裝 Keep-Alive 的處理函數(shù)維持與服務(wù)器端的長(zhǎng)連接。VOIP應(yīng)用將被周期性從“掛起（Suspended）”狀態(tài)調(diào)度到“后臺(tái) （Background）”，使 Keep-Alive 的處理函數(shù)能夠定期向網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器發(fā)送“心跳”的網(wǎng)絡(luò)包。
總結(jié)：在 iOS 實(shí)現(xiàn)的 VOIP 方案中，應(yīng)用進(jìn)程可以看作兩部分，一部分是需要系統(tǒng)內(nèi)核看管的網(wǎng)絡(luò)連接和系統(tǒng)的定期喚醒服務(wù)，另一部分是 VOIP 的程序邏輯，在 VOIP 的狀態(tài)下，后一部分被放到了低電的“掛起（Suspended）”狀態(tài)，最少的使用了 CPU，因此可以達(dá)到省電的效果。
為何能夠更省電
然后，回到關(guān)于Viber的問(wèn)題，如何“程序即便是不運(yùn)行在后臺(tái)，照樣可以撥打免費(fèi)電話和短信”？據(jù)考究，實(shí)際上應(yīng)為“即便程序不運(yùn)行，照樣可以接聽電話和短信”。原因是，撥打電話和短信，肯定必須有用戶的交互操作，程序只能處在“活動(dòng)（Active）狀態(tài)”，不可能是不運(yùn)行的。根據(jù)Viber的網(wǎng)站的資料，Viber 使用了蘋果的 APNs（Apple Push Notification Service）功能，當(dāng)用戶有電話撥入或者短信發(fā)送過(guò)來(lái)的時(shí)候，此時(shí)才加載 Viber 應(yīng)用。APNs 服務(wù)是一種 Apple 公司的網(wǎng)絡(luò)端服務(wù)，用來(lái)向蘋果設(shè)備推送消息，通常也用來(lái)實(shí)現(xiàn)郵件推送等功能。
當(dāng)然，使用 APNs 的方式提醒用戶來(lái)電和短信，可以更加省電，在“待機(jī)”期間，Viber 程序可以根本沒(méi)有運(yùn)行，僅僅當(dāng)有來(lái)電和短信的時(shí)候借用了系統(tǒng)提供的 APNS 服務(wù)來(lái)喚醒和加載應(yīng)用。
終極的省電方式
當(dāng)然，無(wú)論如何優(yōu)化，這種 VOIP 應(yīng)用相比起傳統(tǒng)語(yǔ)音實(shí)現(xiàn)來(lái)說(shuō)仍然是耗電的，因?yàn)檎麄�(gè)系統(tǒng)（智能手機(jī)的 AP 部分）不能休眠。在傳統(tǒng)的非 VOIP 話音業(yè)務(wù)中，如果沒(méi)有來(lái)電和用戶操作，整個(gè)系統(tǒng)是休眠的，僅僅是基帶芯片（智能手機(jī)的 CP 部分）在工作，負(fù)責(zé)維護(hù)與電信運(yùn)營(yíng)商基站的連接，這無(wú)疑是最省電的一種工作方式。
騰訊科技
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