了解iOS消息推送一文就够：史上最全iOS Push技术详解

本文作者：陈裕发， 腾讯系统测试工程师，由腾讯WeTest整理发表。

1、引言

开发iOS系统中的Push推送，通常有以下3种情况：

• 1）在线Push：比如QQ、微信等IM界面处于前台时，聊天消息和指令都会通过IM自建的网络长连接通道推送过来，这种Push在本文中暂且称为“在线Push”；
• 2）本地Push：这种就是最常见的iOS系统通知（作用相当于传统PC端的提示窗口，在iOS10以后全部整合到UserNotifications.framework框架了），不涉及任何网络数据，仅仅是让APP拥有一个统一系统通知方式而已，比如：闹钟的定时提醒等；
• 3）离线/远程Push：这就是iOS程序员最熟悉的APNs这一套东西了，它使得APP处于后台或者被kill的情况下仍能收到网络通知，最常见的应场景就是IM聊天工具了。
  

本文将对iOS Push的在线push、本地push及离线（远程）push进行了详细梳理，介绍相关逻辑、测试时要注意的要点以及相关工具的使用。小小的Push背后蕴藏着大大的逻辑，我们一起来学习吧！

2、相关文章

《移动端实时消息推送技术浅析》
《iOS的推送服务APNs详解：设计思路、技术原理及缺陷等》
《信鸽团队原创：一起走过 iOS10 上消息推送(APNS)的坑》
《扫盲贴：浅谈iOS和Android后台实时消息推送的原理和区别》

3、iOS的Push种类

3.1在线push

在线push：当用户在线（APP在前台）时，收到的状态栏的消息提醒，称为在线push。这个功能与苹果系统无关，是我们自己的APP开发的一种功能，该push与设置中是否打开“通知”无关。

这里以iOS Qzone为例，当APP在前台时，自己发的说说被点赞了，收到的在线push如下：

3.2离线/远程push

离线push：当APP在离线（kill掉进程、切到后台、锁屏）时，收到的消息提醒，称为离线push。离线push是需要经过苹果的APNs服务器才可以推送到某台设备的某个APP上的，这是和本地push的本质区别。push与设置中是否打开“通知”有关。

这里最简单的以大家常用的手机QQ为例，当APP在后台、锁屏或者被kiil了进程时，收到了消息：


一种特殊的远程push：静默push

严格来说，静默push属于远程push的一种特殊情况，静默push用的场景不较少，这里只做简要介绍。

首先我们看看离线（远程）push与静默push的区别：

【普通离线（远程）push】：收到推送后（有文字有声音），点开通知，进入APP后，才执行-- (void)application：(UIApplication didReceiveRemoteNotification：(NSDictionary fetchCompletionHandler：(void result))handler *)application *)userInfo (^)(UIBackgroundFetchResult

【静默push】：收到推送（没有文字没有声音），不用点开通知，不用打开APP，就能执行(void)application：(UIApplication )application)userInfo didReceiveRemoteNotification：(NSDictionary fetchCompletionHandler：(void (^)(UIBackgroundFetchResultresult))handler，用户完全感觉不到。

所以静默push又被我们称做 Background Remote Notification（后台远程推送）。静默推送是在iOS7之后推出的一种推送方式。它与其他推送的区别在于允许应用收到通知后在后台（background）状态下运行一段代码，可用于从服务器获取内容更新。

3.3本地push

本地push：本地推送和远程推送的功能是一样的，都是要提醒用户去做某些事情。但是和远程推送不同的就是本地推送是不需要设备联网的，而远程推送是必需要设备联网的，因为只有联网状态下，才能和苹果的APNs服务器建立长连接，从而推送消息。本地推送是由App自己设定的，并且发送给安装此App的这台设备，属于一对一的对应关系。比较典型的应用是闹钟类似的场景。该push与设置中是否打开“通知”有关。

最容易看到本地push的场景，可以直接在手机设置一个计时器，计时器时间到了就会弹出本地push：




由于本地push原理和作用相对于在线push和离线push都更为简单明了，下文主要介绍在线push和离线push。

4、本地push实现

4.1iOS10以前本地push弹出方式

试验过iOS10以前的本地push方法在iOS10+的系统也能使用，不过可能有些参数不生效。

1）立即展示（ iOS10以前）
本地push稍微简单，有两种方式可以调用，一种是presentLocalNotificationNow方法，立即展示本地push:


2）延迟展示（ iOS10以前）
另一种是用scheduleLocalNotification方法按计划来弹本地推送:

如果使用这种方法，需要对推送的时间进行设置，举个例子，设为5秒后：

4.2设置本地push内容（ iOS10以前）

其中alertBody是消息内容锁屏与不锁屏时效果如下：


applicationIconBadgeNumber是消息数量，我们可以看到这里设置为66：

4.3处理本地push （ iOS10以前）

1）App没有启动情况下处理本地push
这种情况下，当点击通知时，会启动App，而在App中，开发人员可以通过实现AppDelegate中的方法：- (BOOL)applicationUIApplication)application didFinishLaunchingWithOptionsNSDictionary *)launchOptions，然后从lauchOptions中获取App启动的原因，若是因为本地通知，则可以App启动时对App做对应的操作，比方说跳转到某个画面等等。


2）App运行在后台及前台
上面的2种情况的处理基本一致， 不同点只有当运行再后台的时候，会有弹窗提示用户另外一个App有通知，对于本地通知单的处理都是通过AppDelegate的方法：- (void)application： (UIApplication )application didReceiveLocalNotification： (UILocalNotification *)notification来处理的。

4.4iOS10以后本地push弹出方式

iOS10以后，本地通知可以由使用 UNUserNotificationCenter来管理。

创建方法：


接下来需要需创建一个包含待通知内容的 UNMutableNotificationContent 对象：


在iOS上可以通过以下几种触发器来触发本地push：

• 1）UNCalendarNotificationTrigger 传送本地通知的日期和时间；
• 2）UNTimeIntervalNotificationTrigger 传递本地通知之前必须过期的时间；
• 3）UNLocationNotificationTrigger 用户必须达到的地理位置才能提供本地通知；
• 4）UNPushNotificationTrigger 表示通知是从Apple推送通知服务发送的对象。
  

假如以时间间隔（TimeInterval）来触发，则设置触发器代码为：


推送本地push的代码为：

5、在线、离线（远程）push流程

5.1在线push流程

在线push相对简单，因为是内部实现，具体流程如上面所示。

1）判断app是否在线：
此处可以根据APP自身的后台策略如上一次与后台交互的时间等方法来判断APP是否在线或者离线。认为在线，会发送在线push，否则，发送离线push。

2）在线push有以下几个特点：

• 不需要经过苹果APNs；
• 需要自己实现长链接；
• 代码在app内部实现。
  

5.2离线（远程）push流程

主要流程为：

• 1）服务器端将消息先发送到苹果的APNs；
• 2）由苹果的APNs将消息推送到客户的设备端；
• 3）由iOS系统将接收到的消息传递给相应的App。
  

简而言之离线push是苹果系统的行为，与app状态无关，能够直接推送到指定手机的指定app。

在进一步了解离线push前，我们有必要先了解几个名词。

【离线push名词解释】：

（1）名词解释之APNs

APNs：Apple Push Notification service(苹果推送通知服务)。

APNs主要用于以下场景：当用户主动杀掉 APP，或者 APP 进入后台超过约定时长时，APP会被kill，这样保障了前台 APP 的流畅性，也延长了手机的使用时长，获得了较好的用户体验，但是这也意味着，服务器无法主动和用户交互（如推送实时消息等），所以苹果推出了 APNs，允许设备和服务器分别与苹果的推送通知服务器保持长连接状态。

关于APNs的更新有以下几点：

• iOS 8以后，APNs推送的字节是2k，iOS8以前是256字节；
• iOS 9以后APNs支持HTTP/2协议栈，优化长连接，具有标准的HTTP返回和管道复用技术；
• iOS 10以后，推送的字节是4k，APNs可根据推送消息的唯一标示符查询某条消息是否被用户阅读，可更新某一推送消息，而不用发重读的多条消息。
  

关于APNs更全面的介绍可以看官方文档：点此进入。

（2）名词解释之payload

什么是payload？对于每一条发送给APNs的推送消息，都包含一个payload，通常是组成了一个JSON的Dictionary，这其中必不可少的是aps属性，它对应的value也是一个Dictionary，包含一些但不限于以下内容：标题、副标题、内容、附件、category等，如


（3）名词解释之device token

什么是device token？我们看一下官方的简介：

device token: APNs uses device tokens to identify each unique app and device combination. It also uses them to authenticate the routing of remote notifications sent to a device.(device token是APNs用于区分识别每个iOS设备和设备上不同app的一个标识符，还可以用于APNs通过它将推送消息路由到指定设备上)

即：device token里包含了device id和bundle id的信息，但是device id和bundle id不会确定唯一的device token。

但是，这里有个坑，查资料得知，iOS8及之前的iOS系统，对于同一部手机，如果卸载后重装APP的话，device token是不会变的，在token变了以后，老的token，就被认为是无效了，苹果不会对这部分无效的token推送。但是，对iOS9及以后的iOS系统，对于同一部手机，卸载后重装APP的device token是会发生变化的，而且老的token不会无效，还可以正常推送，这应该是苹果的一个bug，但是苹果也没有修复这个问题，所以这个需要开发者自己来解决，否则容易出现一个app收到多个push的问题。

官方的说法是：

To protect user privacy, do not use device tokens to identify user devices. Device tokens change when the user updates the operating system and when a device’s data and settings are erased. As a result, apps should always request the current device token at launch time.（即此举为了保护用户隐私，device token会在更新系统、擦除设置重置后变化，在一定时间后会过期）

【离线push详细流程】

知道了以上概念后我们重新来看一下离线（远程）push的详细流程：

• 1) 首先是应用程序注册消息推送；
• 2) iOS跟APNS Server要deviceToken。应用程序接受deviceToken；
• 3) 应用程序将deviceToken发送给PUSH服务端程序；
• 4) 服务端程序向APNS服务发送消息；
• 5) APNS服务将消息发送给iPhone应用程序。
  

值得注意的是，当由于用户反复卸载重装程序（虽然概率很小）等原因导致多个device Token指向同一台设备的同一个app，又把多个device Token发给APNs时，用户就会收到多条push。苹果APNs是不会对多个device Token是否指向同一台设备的同一个app做校验的，所以需要后台来做去重等处理保证用户不会收到多条push。

5.3对离线（远程）push的响应

1）iOS 7以上对离线（远程）push时的响应

iOS 7以上关于接受离线push有两个函数：


那么这两个函数有什么区别呢？其实这两个方法都是用来处理离线push的。

差别就是，如果app在前台是收到离线（远程）push，那么就会调用：


相对的，如果在后台或者杀进程情况下，点击收到的离线push，那么就会调用，如果没有实现：


则会调用：


若实现了前者，就只调用前者。

2）iOS 10以上对离线（远程）push的响应

iOS10对push的处理主要增加了两个方法：


其中前者是对APP在前台时收到push时的处理，后者是点击push进入APP执行的函数。

用得比较多的是后者，我们可以举个例子，点击push进入APP后如何获取push的消息、角标、标题等内容：

6、iOS 10关于push的一些新特性

iOS10新增的UserNotifications框架，主要有了这样几方面的更新：

• 1）用UserNotifications框架替换了原先与通知相关的接口，通知文字可分为title、subtitle和body三部分，通知可携带附件；
• 2）系统在展示通知之前，可以唤起app附带的service extension，并且允许它改动通知的内容；
• 3）用户在对通知右滑查看、下拉或者3d touch的时候，通知会展开，展开后页面的布局可以由app附带的content extension来决定。
  

6.1push的多样性

iOS10以前的push只有文字，甚至没有标题。iOS10以后的push更加多样化，可以有主标题，副标题，甚至还有附件。

这里以我司的腾讯新闻为例（有标题，内容，和附件）：


3D touch点入详情以后：


这里我们惊奇的发现，除了可以携带图片这样的附件、push还能展开详情以外，进入详情以后，下面还多了“打开”、“收藏”、“不感兴趣”这些选项，这里就涉及到以下iOS10的新特性。

6.2push携带附件

因为payload有大小限制，所以如果remote notification想要携带附件，那么payload上只能带上如附件下载地址之类的信息，等通知到达客户端后由service extension下载附件到本地，然后在初始化UNNotificationAttachment对象时传入附件在本地的URL。



初始化UNNotificationAttachment对象时，可以传入option参数。这里的option参数可以强制指定附件的类型，可以选择是否展示缩略图，以及缩略图截取自附件的哪一帧、哪一部分。

目前iOS10通知只将几种格式的图片、音频和视频作为附件，附件的大小也有一定限制，具体可以看官方文档中的限制说明。

关于附件的更加详细的说明，可以参考官方文档：点此进入。

6.3携带action的通知

上面提到的“打开”、“收藏”、“不感兴趣”这些选项其实就是push携带的action，其实从iOS8开始，通知已经可以携带action了。而在iOS10中，通知的action被放在了更明显的位置，与action相关的接口也有了很大变化。

决定一个通知应该有哪些action呢？在payload中，这是由category字段决定的。如果我们希望一个通知能携带若干个action，我们就需要将若干个action和一个category绑定起来。通知到达前端后，系统会根据category的名字来决定要给这个通知展示哪些action：


怎么得知用户选了哪个action并做出相应操作呢？这需要给UNUserNotificationCenter指定一个delegate：


然后在delegate的类中实现：


方法：通过response.notification.request.content.categoryIdentifier和response.actionIdentifier就可以得知用户选择的action了。

6.4改变push内容

这里主要讲应用的比较多的离线（远程）push的改变push方法。

1）改变本地push内容：

本地push，只要request的id一样，那么就可以更新推送。

更新的例子：


此外，还有删除所有推送等，都在UNUserNotificationCenter.h中实现。

2）改变离线（远程）push内容：

目前远程push只支持更新push内容，更新需要通过新的字段apps-collapse-id来作为唯一标示。方法是在HTTP/2 请求头中使用相同的apns-collapse-id，这样收到同样的apns-collapse-id的push时，push内容便会更新。

使用场景：比较容易理解的一个场景就是球赛比分，比如现在是1：0，如果变成1：1的话，只需要刷新原来的新闻，这样用户就不会因为同一场比赛收到多条push。

6.5两个extension

有两个与push相关的extension，可能我们会好奇这两个extension有什么不同，为什么需要两个？它们分别实现什么功能呢？



【1）notification service extension】

给app添加notification service extension后，系统会在收到通知后唤醒它，并允许它修改通知的内容，之后再展示这个通知。

service extension只对remote notification起作用，local notification是无法唤起它的。

如果想要让系统唤起service extension的话，payload必须符合这样几个条件：

• 1）必须增加mutable-content字段并为1，这表示允许客户端修改这个通知：
        payload(举例)如下：
        
• 2）这个通知必须展示一个alert，如果只是一个修改badge的通知的话，是不会唤起service extension的；
• 3）静默推送是不能唤起service extension的，所以payload中不能有”content-available” : 1字段。
  

所以，通过这个notification service extension，你可以在接收到推送之后、展示推送之前处理一些事情，比如说更新一下推送内容，或者在后台做一些其他事情。

【2）notification content extension】

另一项notification content extension用于完全自定义推送展开后的视图。上面腾讯新闻的展开后的视图就是通过这个notification content extension实现的。

依然以腾讯新闻为例子：


这里Notification Content Extension大展拳脚的地方，在这里可以自定义绘制不同的内容，将希望展现给用户的额外信息可以加载这里。

下半部分的notification action的实现就是在上面提到的“携带action的通知”。

7、iOS Push的测试要点罗列

另外注意一点：测试Push的时候，区分好Appstore证书和开发证书。两者不能相互发Push。

8、有关iOS Push的常见疑问汇总

Q：离线push，支持角标（badge）在本地角标数值上+1这样的操作吗？
A：不支持。如果是自己实现push服务的话，需要自己的后台将角标值badge发送个APNs服务器，有些APP使用第三方push SDK除外。

Q：如果重复收到离线push，可能是什么情况？
A：

• 1）iOS9之后卸载重装后生成新的deviceToken，后台对多个deviceToken都发送了push
• 2）后台对注销了的账号也发送了push。
  

总而言之一般是后台的逻辑出现了问题，而不是APNs服务器出现问题。

Q：直接卸载APP，还能收到离线push吗？
A：不会收到。直接卸载APP，虽然后台不知道APP被卸载了，仍然会对之前的账号发送push，但是由于手机上没有对应APP，所以并不会收到push。

Q：为什么有时候全新安装APP就立马有红点角标？
A：这是因为卸载该APP时有红点角标。每个 APP 的角标都是存在 iOS 手机系统里的，开发无法修改，所以此时卸载前有角标，重新安装也会有角标。但是，APP 卸载之后超过一天的时间再重装，那么角标就会被系统清空，届时也不会有新安装的 APP 就有角标的情况存在。

Q：自己Server通过APNs发的每一条Push，客户端都会收到么？
答案是否定的，Push是不可靠的，push通知是fire-and-forget，比如手机关机，那么自然就收不到，虽然Apple会尝试几次。

Q：Push消息的大小是多少？
iOS8发的时间点起，无论那个iOS系统，push消息的body大小调整为2k，注意这里是iOS8的时间点，也就是2014年秋，就目前来说push的限制应该是2k不再是256了。

9、相关工具推荐

Knuff离线push工具下载链接：https://github.com/KnuffApp/Knuff/releases

使用方法也比较简单：


比如我的payload输入如下：


得到的应该是有“Knuff测试”文字，和角标数变为999，我们可以看下结果，与预料是一致的：


有了这个工具也更加方便了我们的iOS push的调试。

附录：更多消息推送技术文章

《iOS的推送服务APNs详解：设计思路、技术原理及缺陷等》
《信鸽团队原创：一起走过 iOS10 上消息推送(APNS)的坑》
《Android端消息推送总结：实现原理、心跳保活、遇到的问题等》
《扫盲贴：认识MQTT通信协议》
《一个基于MQTT通信协议的完整Android推送Demo》
《IBM技术经理访谈：MQTT协议的制定历程、发展现状等》
《求教android消息推送：GCM、XMPP、MQTT三种方案的优劣》
《移动端实时消息推送技术浅析》
《扫盲贴：浅谈iOS和Android后台实时消息推送的原理和区别》
《绝对干货：基于Netty实现海量接入的推送服务技术要点》
《移动端IM实践：谷歌消息推送服务(GCM)研究（来自微信）》
《为何微信、QQ这样的IM工具不使用GCM服务推送消息？》
《极光推送系统大规模高并发架构的技术实践分享》
《从HTTP到MQTT：一个基于位置服务的APP数据通信实践概述》
《魅族2500万长连接的实时消息推送架构的技术实践分享》
《专访魅族架构师：海量长连接的实时消息推送系统的心得体会》
《深入的聊聊Android消息推送这件小事》
《基于WebSocket实现Hybrid移动应用的消息推送实践(含代码示例)》
《一个基于长连接的安全可扩展的订阅/推送服务实现思路》
《实践分享：如何构建一套高可用的移动端消息推送系统？》
《Go语言构建千万级在线的高并发消息推送系统实践(来自360公司)》
《腾讯信鸽技术分享：百亿级实时消息推送的实战经验》
《百万在线的美拍直播弹幕系统的实时推送技术实践之路》
《京东京麦商家开放平台的消息推送架构演进之路》
《了解iOS消息推送一文就够：史上最全iOS Push技术详解》
《使用Pushy实现iOS的APNs消息推送(Java服务端篇)》
>> 更多同类文章 ……

讲解的真不错，👍

不搞ios, 但群主整理的文章必须顶啊

引用：大马仕格 发表于 2018-07-23 15:54
不搞ios, 但群主整理的文章必须顶啊

感谢支持

学习了

引用：xiaomeimy 发表于 2018-07-26 11:42
学习了

您好，看了您的文章感觉收益颇丰，我在iOS客户端开发IM的过程中遇到一个问题想请教一下您；
在应用杀死的情况下接受apns离线推送，比如微信，whatsapp等软件，在接受到推送之后我马上关掉网络，打开应用发现该消息内容马上就被显示，比如时间较长语音,但是apns的推送字节是4k,他们是如何做到将这没大的内容通过apns离线消息传输过来的，iOS10 有service extension做附件下载处理，可以实现，但是我发现iOS8 系统下的whatsapp接收到一条时长达到2分钟的语音内容照常能直接播放！
如果您知道该问题的结局方案能否告知一下！

引用：wx_e98Z4Mn4 发表于 2018-11-22 11:37
您好，看了您的文章感觉收益颇丰，我在iOS客户端开发IM的过程中遇到一个问题想请教一下您；
在应用杀死的 ...

APNs这个推送我的产品里没有用的这么复杂，我对推送的理解就是它仅仅是一个通知而已，但如果你想追求大厂那种极致的体验，APNs里的一些特别的特性，各种ios版本的适配也是很痛苦的，除了自已折腾，没有更好的办法了。

看完帖子，我的疑问解决了，多谢jack指点，在此贴上我的学习笔记，以有助于有类似疑问的其他同学。
原疑问：
ios的deviceToken没看懂，
1、前端登录时从返回数据中读取——>存入本地——>下次登录时取出：
问题是登录时服务端返回数据中并不包含这个字段。
2、服务端从登录认证时客户端提交的数据中读取这个字段，然后查找数据库，并设为null：
服务端啥时候存进去的呢？
既然要设为null，干嘛要存呢？
客户端不给服务端这个值，服务端也不给客户端这个值，那这个值在前后端永远不存在啊。
看完本贴后得出的答案：
1、这个值并非客户端从app后台获取，而是通过ios从apns获取。
2、rbchat中服务端设null并非绝对的，而是有条件的：针对本次提交来的token相同，但user不同的记录才设null。
3、rbchat服务端在处理完不同user的deviceToken冲突问题后就将deviceToken存到了本次user的记录上。

以上如有理解不对，请指正，另外，请教一下，模拟器无法获取deviceToken吗？

引用：JackJiang 发表于 2019-03-04 17:42
是的。

你的理解基本正确，但更正你笔记中的第一点：这个deviceToken不需要联网从APNS里获得的，是app ...

ok

这个图中的deviceToken生成机制过期了吗？

引用：freeman 发表于 2019-03-04 17:51
这个图中的deviceToken生成机制过期了吗？

确认了一下苹果官方资料，是我记错了，devicetoken需要连网apns才行