iOS推送机制详解

简介

APNs 是 Apple Push Notification service 的简称苹果推送通知服务
为什么会有 APNs ？
由于移动设备内存、CPU、电量的局限性，iOS 不允许 APP 的进程常驻后台（事实上可以申请后台运行一段时间，最长约10分钟）。
当用户主动杀掉APP或者APP进入后台超过限定时长时，就意味着该APP进程的结束。这很大程度保障了前台APP的流畅性，也延长了手机的使用时长。这也是苹果用户体验好的原因之一。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）。为了解决这个限制，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。
假如我们的苹果设备（PC电脑、笔记本、iPad、iPhone等）安装了一个名叫XXX的应用。那么我们具体是怎样接收到推送通知的？流程如下图：

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安全结构

APNs 采用双层信任机制：连接信任和 device token（设备令牌）信任

连接信任：服务器(Provider)与 APNs 之间 | APNs 与设备之间

服务器与 APNs ：有两种方式建立连接信任

1.基于令牌（JWT: Json Web Tokens）的连接信任

Provider只需要提供一对公私钥（私钥Provider自己保存，公钥苹果保存）,并使用其中的私钥生成并加密JWT Token，每次向APNs请求推送的时候带上这个Token即可。

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Provider通过TLS向APNs发起请求。
APNs返回一个证书给Provider。
Provier验证这个证书。通过后，发送push数据并带上JWT token。
APNs验证token，并返回请求的结果。

TLS:为了保证数据传输安全，在HTTP层与TCP层之间插入的一个安全校验层

基于令牌的连接方式需要注意：应该定时更新token，token的有效期为1小时。

对于基于JWT的方式，能每次请求都创建新的token，尽量在一小时内使用同一个token。
不能频繁的建立、关闭连接，否则APNs会把这当做是黑客攻击，拒绝访问。应该尽量将连接保活，直到你认为这个连接接下来会长时间不使用为止。
当需要发送大量的推送数据的时候，可以同时创建多个连接，以改善性能。
当吊销证书或者token时，应该关闭所有相关的连接。

2.基于证书的连接信任

这种方式是指Provider可以采用一个唯一的证书以及一个加密的私钥来与APNs交互，其中证书是由苹果产生的（通过苹果账号登录到developer account配置创建）。

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Provider通过TLS向APNs请求连接。
APNs向Provider返回一个APNs证书。
Provider需要把你之前从开发者帐户中生成的证书发给 APNs
APNs 验证服务器提供的证书是否正确，如果正确，则确定服务器与 APNs 的信任连接。此时服务器可以向 APNs 发送推送请求了。

APNs 与每个设备之间的连接是自动建立的，这个过程中，不需要你的 app 做什么。

每个设备都有一个加密的证书和私有密钥，在设备激活的时候生成，并保存在设备的 keychain 中，在设备激活的时候，APNs 根据设备的证书和密钥验证并授权与设备之间的连接。

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当设备启动与 APNs 的 TLS 连接时，信任协商开始（图中顶部的箭头）。
APNs 将 APNs证书返回给设备。
操作系统验证此证书后，它会向 APNs 发送设备证书（图“设备证书”中的箭头）。
最后，APNs 验证设备证书并建立信任（图中底部的箭头）。

设备token的生成与分发

什么是deviceToken ？
deviceToken是一个APP装在一个设备上的唯一标识符。一个APP在不同的设备上deviceToken不一样；一个APP删除之后再次安装deviceToken也不一样。

在项目代码AppDelegate里面有一个回调方法，当APNs注册成功通过该回调方法可以获取到返回的deviceToken

- (void)application:(UIApplication *)application didRegisterForRemoteNotificationsWithDeviceToken:(NSData *)deviceToken

上面说过当有消息需要被推送时，我们自己的服务器会将消息按指定的格式结合设备的deviceToken一并打包，APNs拿到这个包之后验证这个包结构是否正确并提取其中的信息后，再将消息推送到指定的设备。

在app启动的时候，必须向iOS系统注册远程推送，成功后，苹果将会返回一个设备token给app，此时app就可以将这个token上报给自己的后台。

如果有必要产生一个新的token，APNs会使用设备证书生成一个token（其中包含了一个设备ID），并使用token key加密后返回给设备。同时设备会将这个token以NSData对象的形式返回给app，app获取到该token之后应该将其发送到自己后台，后台之后就可以通过这个token来发送推送数据。过程如下图：

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设备自动将用户的UDID 和应用的 AppID发送到APNs，APNs返回一个deviceToken给iOS设备
设备将deviceToken发送到自己公司的后台服务器，用以保存；
当后台需要推送消息给用户时，服务器将需要推送的消息和deviceToken传输给APNs；
APNs将消息推送给指定的deviceToken对应的手机；
用户接收消息；

接下来就来看看这个包的结构：

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这个包分五个部分

第一个部分是命令标示符
第二个部分是我们的deviceToken的长度
第三个部分是我们的deviceToken字符串
第四个部分是推送的消息体（Payload）的长度
最后一个部分也就是真正的消息内容了，里面包含了推送消息的基本信息。（比如消息内容，应用icon右上角显示的数字角标以及推送消息到达时所播放的声音等）

当应用从设备卸载后，推送的消息改如何处理？？

我们知道当应用从设备卸载后，是收不到推送消息的。但是，如何让APNs和Provider知道不再向这台卸载了应用的设备推送消息呢？

Feedback Service。它是APNS的一部分，APNs会持续的更新Feedback service的列表，当我们的Provider将信息发给APNs服务器，APNs推送信息到我们的设备时，如果这时设备无法将消息推送到指定的应用（应用已经删除），就会向APNs服务器发送一个反馈信息，而这个信息就记录在Feedback service中。按照这种方式，Provider应该定时的去检测Feedback service的列表，然后删除在自己数据库中记录的存在于反馈列表中的deviceToken，从而不再向这些设备发送推送信息。连接Feedback service的过程同样使用长连接的方式，连接上后，直接接收由APNs传输给我们的反馈列表，传输完成后断开连接，然后我们根据这个最新的反馈列表在更新我们自己的数据库，删除那些不再需要推送信息的设备的deviceToken。

从Feedback service读取的数据结构如下：

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结构中包含三个部分

第一部分是一个时间戳，记录的是设备失效后的时间信息
第二个部分是deviceToken的长度
第三部分就是失效的deviceToken，我们所要获取的就是第三部分，跟我们的数据库进行对比后，删除对应的deviceToken，下次不再向这些设备发送推送信息

deviceToken注意：不是设备唯一标识，是设备和应用组合的唯一标识。同一个手机不同的应用会生成不同的deviceToken，同一个手机同一个应用只生成一个deviceToken。在iOS7.0和iOS8.0的系统中，卸载重装应用，deviceToken不会发生变化，但是iOS9.0(包括)以后卸载重装应用，deviceToken会发生变化。

服务器的职责

服务器在跟 APNs 沟通连接的时候具有以下责任：

通过 APNs 接收并管理关于你的app的全球唯一的设备验证码，及其它一些数据
根据app功能的需要，决定通知推送的时间
建立通知请求，并发送通知请求到 APNs， APNs 再将通知递送到相应的设备

推送内容：

远程推送通知，分为普通推送 / 后台推送 / 静默推送 3 种类型

普通推送
- 就是我们在手机上平时见到的推送通知。
- 包含声音、横幅、角标、自定义字段。
- 处于前台，不会展示横幅，可通过 didReceiveRemoteNotification（iOS 7 before）didReceiveRemoteNotification:fetchCompletionHandler:（iOS 7 after）获取通知内容（前台展示横幅的方法看这里）。
- 处于后台，会展示横幅，无法获取通知内容。
- 处于退出，会展示横幅，无法获取通知内容。
- 点击图标启动，无法获取通知内容。
- 点击通知横幅启动，在 didFinishLaunchingWithOptions 获取通知内容。

{
 aps =     {
   alert = "显示内容";
   badge = 1;  // App 角标， 1）当badge>0时，角标会随badge而变化。2）当badge＝0时，角标维持不变。3）当badge<0时，角标维持不变。
   sound = default;  // 推送声音，默认系统三全音，如需使用自己的声音，需要将声音文件拖拽&拷贝至 Xcode 工程目录任意位置，并在推送时指定其文件名
 };
 key1 = value1;  // 自定义字段，可设置多组，用于处理内部逻辑
 key2 = value2;
}

后台推送
- 各种显示效果跟普通推送完全一样。
- 必须携带 "content-available" = 1;
- 必须携带 alert、badge、sound 中至少 1 个字段。
- 仅 iOS 7 以后支持。
- 必须在 Xcode 工程中 TARGETS – Capabilities – Background Modes – Remote notifications 开启该功能，具体可参照 iOS 7 Background Remote Notification。
- 处于前台，可通过didReceiveRemoteNotification（iOS 7 before）didReceiveRemoteNotification:fetchCompletionHandler:（iOS 7 after）获取通知内容。
- 处于后台，可通过 didReceiveRemoteNotification:fetchCompletion Handler: 获取通知内容 // 获取情况中与普通推送的唯一不同点，此时 iOS 系统允许开发者在 App 处于后台的情况下，执行一些代码，大概提供几分钟的时间，可以用来偷偷的刷新 UI、切换页面、下载更新包等等操作。
- 处于退出，无法获取通知内容。
- 点击图标启动，无法获取通知内容。
- 点击推送横幅启动，在 didFinishLaunchingWithOptions 获取通知内容。
```
{
  aps =     {
    alert = "显示内容";
    badge = 1;
    "content-available" = 1;  // 必带字段
    sound = default;
  };
  key1 = value1;
}
```
静默推送
- 没有任何展示效果。
- 必须携带 "content-available" = 1;，因此静默必然是后台的。
- 必须不携带 alert、badge、sound。
- 可携带自定义字段。
- 处于前台，可通过didReceiveRemoteNotification（iOS 7 before）didReceiveRemoteNotification:fetchCompletionHandler:（iOS 7 after）获取通知内容。
- 处于后台，可通过 didReceiveRemoteNotification:fetchCompletion Handler: 获取通知内容 // 获取情况中与普通推送的唯一不同点，此时 iOS 系统允许开发者在 App 处于后台的情况下，执行一些代码，大概提供几分钟的时间，可以用来偷偷的刷新 UI、切换页面、下载更新包等等操作。
- 处于退出，无法获取通知内容。

{
    aps =     {
    alert = "";
    "content-available" = 1;  // 必带字段
    };
    key1 = value1;
}

新旧协议：基于二进制的旧 APNs 协议、基于 HTTP/2 的新 APNs 协议：

新旧协议的对比：

旧协议	新协议
连接不稳定	长连接，提供检测是否可用的方法
发送给APNs成功没有相应	成功失败均有相应
最大支持256字节	最大4k
-	Request 和 Response 支持JSON网络协议
不同的推送，需要配置不同的推送证书	不同推送类型，只需要一种推送证书 Universal Push Notification Client SSL 证书

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APNs基于 HTTP/2 的新 APNs 协议服务推出时间：

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新 APNs 协议仍然存在的问题：不能保证推送肯定到达手机。当 APNs 向你发送了多条推送，但是你的设备网络状况不好，在 APNs 那里下线了，这时 APNs 到你的手机的链路上有多条任务堆积，APNs 的处理方式是，只保留最后一条消息推送给你，然后告知你推送数。那么其他三条消息呢？会被APNs丢弃。