[บทความทางเทคนิคล้วนๆ]
หลังจากที่แอปเปิลได้เปิดตัว iPhone OS4 เมื่อเดือนที่ผ่านมา ความสามารถใหม่ที่โดดเด่นที่สุดและเป็นสิ่งที่ผู้ใช้ไอโฟนรอคอยมานาน นั่นก็คือการทำ Multitasking นั่นเอง ซึ่งแอปเปิลได้คุยไว้ว่า วิธีการทำ Multitasking ในแบบไอโฟนนั้น ทั้งประหยัดแบตเตอรี่และไม่ทำให้เครื่องช้าลงแต่อย่างใด
หลังจากที่ผมได้ทำการศึกษา Multitasking ในแบบของแอปเปิลโดยละเอียดมากขึ้น ก็พบว่าแนวทางและวิธีการที่แอปเปิลเลือกใช้นั้น นอกจากจะมีเรื่องราวของที่มาที่ไป การแก้ปัญหาต่างๆ แล้ว ยังมีความน่าสนใจในเชิง Software Engineer อีกหลายๆ ด้านอีกด้วย
คำเตือน : บทความนี้เป็นบทความในเชิงเทคนิค
iPhone OS 1 – 3
ในปัจจุบัน เป็นที่รู้กันว่า โปรแกรมในไอโฟนนั้นไม่สามารถทำงานหลายตัวพร้อมกันได้ หากเราต้องการเปิดโปรแกรมหนึ่ง จะต้องทำการปิดอีกโปรแกรมหนึ่ง (ไม่นับโปรแกรมที่แอปเปิลเขียนเอง อย่างการเล่นเพลง หรือการรับสายโทรศัพท์)
- โปรแกรมมีเพียง 2 State คือ Active กับ Not Running (เปิดกับปิด)
- เมื่อเรากดเปิดโปรแกรม ข้อมูลทุกอย่างจะถูกเก็บอยู่ในแรม (Ram, Memory) เช่นเดียวกับโปรแกรมในคอมพิวเตอร์
- หลังจากที่เรากดปุ่ม home โปรแกรมที่ถูกปิดจะมีเวลา 5 วินาที ในการเก็บข้อมูลต่างๆ ก่อนที่จะถูกโยนทิ้งออกไปจากแรม
- ซึ่งโปรแกรมส่วนใหญ่ก็จะใช้เวลา 5 วินาทีนั้น save ข้อมูลที่จำเป็น เช่น เล่นเกมส์ถึงด่านไหนแล้ว หน้าจอตอนนี้อยู่ที่หน้าไหน หรือเราพิมพ์อะไรค้างไว้ล่าสุด
- 5 วินาที นั้นเร็วมาก ดังนั้นไม่มีทางเลยที่จะเก็บข้่อมูลไปลง server เช่นถ้าเรา upload รูปใน flickr อยู่แล้วกดปิดโปรแกรม ระบบทุกอย่างก็จะปิดไปเลย
- ถ้ากดเปิดโปรแกรมขึ้นมาใหม่ มันจะเริ่มโหลดโปรแกรมทุกอย่างตั้งแต่ต้น เพราะโปรแกรมถูกเอาออกจากแรมไปแล้ว
- โปรแกรมที่เปิดเสร็จ ก็จะใช้ข้อมูลใน local database เพื่อจำว่าเราเล่นเกมส์มาถึงไหนแล้ว, พิมพ์อะไรค้างไว้รึเปล่า, ไฟล์ที่ upload เมื่อกี้ไม่สำเร็จนะ จะทำการ upload ใหม่หรือไม่
ตัวอย่างการจัดเก็บโปรแกรมในแรมของ iPhone OS 1-3
เนื่องจากระบบมี state ให้เพียงแค่ เปิดและปิด ทำให้เราสามารถใช้งานโปรแกรมได้เพียงแค่ 1 โปรแกรมเท่านั้น จึงเป็นจุดอ่อนสำคัญของไอโฟน เพราะนอกจากทำงานได้ทีละโปรแกรมแล้ว การเปิด-ปิดโปรแกรมใหม่ต้องใช้เวลาในการโหลดทุกอย่างตั้งแต่เริ่มต้นใหม่ทุกครั้ง ทำให้เสียเวลา
ปัจจุบันนักพัฒนาต้องเก็บข้อมูลบางส่วนใน local database
iPhone OS 4
Multitasking คือการที่เราสามารถใช้งานโปรแกรมหลายโปรแกรม ในเวลาเดียวกันได้ แต่มีข้อเสียหลายอย่าง คือมันจะทำให้เครื่องทำงานช้าลง และกินแบตเตอรี่ โดยปกติแล้วเราไม่ค่อยเจอปัญหานี้เวลาใช้คอมพิวเตอร์เพราะเสียบปลั๊กไฟไว้ตลอดเวลา แต่บนโทรศัพท์มือถือที่แบตเตอรี่น้อย นี่คือปัญหาใหญ่
เนื่องจากแอปเปิลเป็นบริษัทที่ออกจะยึดติดกับประสบการณ์ของผู้ใช้มากเป็นพิเศษ (อะไรก็ตามที่สตีฟ จ๊อบส์ใช้แล้วรู้สึกหงุดหงิด จะต้องปรับปรุงด่วน) แอปเปิลจึงเลี่ยงวิธีทำ multitasking แบบทั่วไปที่ให้โปรแกรมทำงานได้เต็มที่ทั้งหมด 100% มาเป็นจำกัดให้โปรแกรมทำงานได้แค่บางอย่างเท่านั้น
โปรแกรมแช่แข็ง
จะขออธิบายการทำงานแบบใหม่ของ iPhone OS4 อย่างง่ายดังนี้
- เมื่อผู้ใช้ปิดโปรแกรม ข้อมูลทั้งหมดของโปรแกรมจะยังคงเก็บเอาไว้ในแรม ไม่ลบออกทั้งหมดแบบแต่ก่อน
- โปรแกรมที่ถูกเก็บอยู่ในแรม จะไม่สามารถทำงานอะไรได้เลย เรียกอีกอย่างว่าถูกแช่แข็ง
- ทีนี้ถ้าเรากดเปิดโปรแกรมอีกครั้ง โปรแกรมก็จะทำงานต่อได้เลย เพราะโปรแกรมยังอยู่ในแรม ทำให้ไม่ต้องเสียเวลาโหลดทุกอย่างเข้ามาในแรมตอนเปิดโปรแกรมเหมือนสมัยก่อน
- แน่นอนว่าแรมมีจำนวนจำกัด เพราะงั้นเมื่อแรมที่มีอยู่ใกล้จะเต็ม โปรแกรมที่อยู่ในแรมมานานที่สุดจะถูกโยนออกจากแรมโดยอัตโนมัติ (ลักษณะคล้ายกับ Garbage Collection ในจาวา)
- ถ้าเราเปิดโปรแกรมที่ถูกโยนออกไปจากแรมแล้ว โปรแกรมนั้นจะต้องโหลดใหม่ตั้งแต่แรกเหมือนสมัยก่อน
- โปรแกรมที่ถูกแช่แข็ง แอปเปิลจะยอมให้ทำงานได้แค่ 7 อย่างที่แอปเปิลกำหนดไว้เท่านั้น
- เมื่อทำงานที่กำหนดไว้เสร็จ โปรแกรมก็จะถูกแช่แข็งโดยสมบูรณ์ ไม่สามารถทำงานอะไรได้อีก
วิธีแช่แข็งโปรแกรมนี้ ทำให้การทำงานของ cpu และการใช้แบตเตอรี่แทบจะเป็นศูนย์ ซึ่งการจะทำวิธีแบบนี้ได้นั้นจะต้องมีอุปกรณ์ที่มีขนาดของแรมมากพอ จึงเป็นสาเหตุที่แอปเปิลต้องยอมตัด multitasking ออกจากไอโฟน 3G (ไอโฟนรุ่น 3G มีแรม 128 MB ส่วนรุ่น 3GS มีแรม 256 MB)
Multitasking
เรามาดูรายละเอียดที่ลึกขึ้นจากเดิม ว่าการทำงาน Multitasking แบบไอโฟนนั้นทำงานอย่างไร
- จากเดิมที่โปรแกรมมี State เพียงแค่เปิดกับปิด
- เพิ่ม State ใหม่เข้ามา 2 ตัว คือ Background และ Suspended
- Background คือโปรแกรมยังอยู่ในแรม ทำงานได้เพียงบริการบางอย่างที่แอปเปิลกำหนด
- Suspended คือโปรแกรมยังอยู่ในแรม แต่ไม่สามารถทำงานใดๆ ได้อีก (ถูกแช่แข็ง)
- ถ้าไล่ State จากการกดปิดโปรแกรมที่ทำงานอยู่ จะมี State ดังนี้ : Active -> Background -> Suspended -> Not Running
- ขั้นแรก เมื่อผู้ใช้ทำการปิดโปรแกรม (กดปุ่ม home) โปรแกรมจะย้ายจาก Active ไปอยู่ใน Background State
- ใน Background State จะมีบริการให้ใช้อยู่ 7 อย่าง เช่น เล่นเพลง, คุยโทรศัพท์ผ่าน VoIP, เรียกขอที่อยู่ในปัจจุบัน (GPS), ทำงานย่อยอย่าง save ไฟล์ หรือ upload รูปให้เสร็จ
- เมื่อโปรแกรมทำงานเหล่านี้จนเสร็จแล้ว โปรแกรมจะถูกย้ายไปอยู่ใน Suspended State
- โปรแกรมที่อยู่ใน Suspended State นั้น พร้อมที่จะถูกเปิดอยู่ตลอดเวลา
- โปรแกรมจะอยู่ใน Suspended State ไปจนกว่าระบบจะเข้ามาลบไปเอง เช่น แรมใกล้เต็ม หรือโปรแกรมนี้ถูกปิดมานานมากแล้ว
- ที่เก๋คือ เวลาเรากดปิดโปรแกรม ระบบจะ Capture หน้าจอโปรแกรมของเราไว้ เพื่อเวลาเราเปิดโปรแกรมขึ้นมาอีกครั้ง ระบบจะแสดงรูปดังกล่าวเพื่อหลอกตาผู้ใช้ชั่วคราวระหว่างที่รอการประมวลผลเบื้องหลัง (เป็นเหตุผลที่ต้องมีตัวเลขนับถอยหลัง 3 2 1 เวลาที่จ๊อบส์เดโมเกมส์ Tap Tap Revenge)
เพื่อให้เห็นภาพมากขึ้น ขอยกตัวอย่างโปรแกรมฟังเพลงบนอินเทอร์เน็ตอย่าง Pandora เมื่อเราเปิด Pandora และฟังเพลงอยู่ จากนั้นถ้าเราปิดโปรแกรมลง ระบบจะเปลี่ยนสถานะของ Pandora เข้าไปอยู่ใน Background State และร้องขอใช้บริการ Background Audio Service ทำให้โปรแกรมยังคงเล่นเพลงได้ต่อไป แต่จะไม่สามารถทำงานอย่างอื่นได้เลย เช่นถ้าเพลงเปลี่ยนไป จะไม่มีการเปลี่ยนรูปอัลบั้ม ไม่มีการเปลี่ยนข้อมูลบนจอ เพราะไม่มีหน้าจอแสดงอีกแล้ว
เมื่อเรากดหยุดเล่นเพลง หรือเข้าโปรแกรมอีกครั้งเพื่อปิดเพลง แล้วปิดโปรแกรมออกมา โปรแกรม Pandora จะถูกย้ายไปอยู่ Suspended State ซึ่งจะโดนแช่แข็งไปอย่างงั้น จนกว่าระบบจะเข้ามาเคลียร์ออกจากแรมเอง
ตัวอย่าง State และข้อมูลในแรมของ iPhone OS 4
ข้อควรรู้
เราไม่สามารถสั่งปิดโปรแกรมที่อยู่ใน Suspended State เองได้ ถ้าจะให้เรียกง่ายๆ ก็คือไม่มี task manager ในไอโฟนนั่นเอง– Update: สามารถปิดโปรแกรมเองได้โดยเลือกไปที่ Fast App Switcher แล้วกดไอคอนโปรแกรมค้างไว้- การที่แอปเปิลไม่อนุญาตให้โปรแกรมที่ถูกแช่แข็งทำงานอะไรได้เลย ทำให้มีปัญหาอีกร้อยแปดตามมา เช่น ถ้าเราปิดโปรแกรมตอนเครื่องวางในแนวตั้ง แต่เปิดโปรแกรมอีกครั้งในแนวนอน ระบบควรแสดงผลอย่างไร ? หรือถ้าเราเข้าไปเปลี่ยนภาษาของเครื่อง, แก้ setting บางอย่างของโปรแกรม เราจะจัดการกับเรื่องนี้อย่างไร ?
- แอปเปิลแก้ปัญหาเหล่านี้ ด้วยการที่ระบบจะจำสภาพแวดล้อมต่างๆ ในจังหวะที่โปรแกรมถูกปิด และจะส่งเข้ามาให้ตอนโปรแกรมถูกเปิด เช่น วางเครื่องแนวตั้ง แนวนอน, ภาษา, วันเวลา รวมถึงค่า setting ต่างๆ
- โปรแกรมที่ไปอยู่ใน Background State แล้วดันเขียนโค้ดเพื่อไปเรียกสิ่งที่ไม่ควรเรียก อย่างเช่น สั่งแสดงภาพ 3 มิติด้วย OpenGL โปรแกรมนั้นจะถูกระบบสั่งปิดแบบถาวรโดยอัตโนมัติ
- โปรแกรมที่ทำงานแบบ Background State นานเกินไป ก็จะถูกปิดแบบถาวรโดยอัตโนมัติเช่นกัน
โดยสรุปแล้ว คนที่จะเหนื่อยที่สุดคือโปรแกรมเมอร์ทั้งหลาย ที่จะต้องคำนึงถึงเรื่องสถานะการเปิดปิดของโปรแกรมเพิ่มเติม แต่ถ้าโปรแกรมไหนที่ไม่ต้องการใช้ Background Service เหล่านี้ ก็สามารถเขียนโปรแกรมให้มีแค่เปิด-ปิดแบบดั้งเดิมได้ โดยไม่ต้องแก้โค้ดเดิมแต่อย่างใด
สรุป
ส่วนตัวแล้วผมรู้สึกชื่นชมกับการเลือกเส้นทางนี้ของแอปเปิลมาก ที่ยอมให้คนเขียนโปรแกรมเหนื่อยเพิ่ม แต่ผู้ใช้ได้ประโยชน์ไปเต็มๆ สิ่งที่น่าห่วงคือแอปเปิลจะต้องทำงานอย่างหนักในการทำความเข้าใจกับนักพัฒนา และต้องดูแลการจัดการโปรแกรมที่ไม่ใช้ทั้งหลายให้ดี เชื่อว่าแอปเปิลคงจะต้องเพิ่มขนาดของแรมในไอโฟนให้มากขึ้น และเพิ่มจำนวน background service ในอนาคต
คงต้องใช้เวลาสักพักเพื่อพิสูจน์ว่า แนวทาง Multitasking แบบแอปเปิล กับผู้ผลิตโทรศัพท์มือถือรายอื่นๆ ใครจะเป็นผู้ชนะที่แท้จริง
