WatchOS开发教程之六: 表盘功能开发

WatchOS 开发教程系列文章:
WatchOS开发教程之一: Watch App架构及生命周期
WatchOS开发教程之二: 布局适配和系统Icon设计尺寸
WatchOS开发教程之三: 导航方式和控件详解
WatchOS开发教程之四: Watch与 iPhone的通信和数据共享
WatchOS开发教程之五: 通知功能开发
WatchOS开发教程之六: 表盘功能开发

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表盘开发简介(Complications)

Complications是 WatchOS 2.0引入的，它是表盘上展示的小元素，可以快速访问常用数据。当你的应用支持Complications功能开发后, 便可以在表盘展示你应用的指定的数据，且支持直接从表盘唤醒你的 App。系统提供了一些内置的Complications, 比如天气、日历、活动以及更多类型的数据提供内置复杂功能。

**这里所指的表盘开发, 是对表盘元素(Complications)的开发, 而不是对整个表盘(Complication)的开发, 因为整个表盘的所属权是 WatchOS。**当然, Complications的大小和位置也是由 WatchOS决定，并基于所选表盘类型的可用空间。因为不同类型的表盘, Complications的模板类型、可用空间、大小也不尽相同。比如, 下图是某种表盘，包含的Complications有五个位置, 两种不同的模板类型。

表盘开发的好处

Complications功能不是必须的，但苹果官方强烈推荐 App支持此功能, 即使只是作为 App的启动器也好。好处如下：

1.当用户查看手表时, 它为你的 App提供了一个展示重要信息的机会。
2.它会将 App暂停在内存中。这样，当用户点击Complications时，系统可以快速唤醒你的 App。
3.它为你的 App的后台任务提供了更大的预算。

表盘和模板的类型

要实现Complications功能，需要将ClockKit框架导入到 WatchKit Extension中。ClockKit框架定义了用于实现Complications功能的类, 以及用于提供 Apple Watch所需数据的类。比如ClockKit中的CLKComplication类, 它的实例就是一个表盘。

表盘系列(Complication Family)

表盘的实例只有一个属性就是family, 它代表了当前表盘的表盘系列(Complication Family), 或者理解为表盘的类型。Apple Watch支持多种Complication Family，也定义了表盘的大小和特征。下图展示了Complication Family以及它们在特定表盘上的显示方式。苹果官方也是鼓励 App支持所有可用Complication Family。

再具体些, 源码中Complication Family一共有7种系列。具体如下:

public enum CLKComplicationFamily : Int {
    case modularSmall
    case modularLarge

    @available(watchOS 3.0, *)
    case utilitarianSmallFlat /* subset of UtilitarianSmall */
    
    case utilitarianLarge
    case circularSmall
    @available(watchOS 3.0, *)
    case extraLarge
}

表盘模板(ComplicationTemplate)

在给定某个表盘系列(Complication Family)中，都有多种不同的表盘模板(ComplicationTemplate)，你可以决定使用哪种模板来显示的数据。这些模板可以在可用空间中显示文本、图像或两者的组合, 只需要你提供数据就可以展示了。

到目前 WatchOS 4.3, 共有28种表盘模板, WatchOS 5.0又加入了15种表盘模板，我做了一个表盘模板汇总。下面按照表盘系列对所有模板进行了一一例举, 你可以很清楚的看到各个模板的展示方式。

CLKComplicationFamilyModularSmall

① CLKComplicationTemplateModularSmallSimpleText

② CLKComplicationTemplateModularSmallSimpleImage

③ CLKComplicationTemplateModularSmallRingText

④ CLKComplicationTemplateModularSmallRingImage

⑤ CLKComplicationTemplateModularSmallStackText

⑥ CLKComplicationTemplateModularSmallStackImage

⑦ CLKComplicationTemplateModularSmallColumnsText

CLKComplicationFamilyModularLarge

① CLKComplicationTemplateModularLargeStandardBody

② CLKComplicationTemplateModularLargeTallBody

③ CLKComplicationTemplateModularLargeTable

④ CLKComplicationTemplateModularLargeColumns

CLKComplicationFamilyUtilitarianSmall

① CLKComplicationTemplateUtilitarianSmallSquare

② CLKComplicationTemplateUtilitarianSmallRingText

③ CLKComplicationTemplateUtilitarianSmallRingImage

CLKComplicationFamilyUtilitarianSmallFlat

① CLKComplicationTemplateUtilitarianSmallFlat

CLKComplicationFamilyUtilitarianLarge

① CLKComplicationTemplateUtilitarianLargeFlat

CLKComplicationFamilyCircularSmall

① CLKComplicationTemplateCircularSmallSimpleText

② CLKComplicationTemplateCircularSmallSimpleImage

③ CLKComplicationTemplateCircularSmallRingText

④ CLKComplicationTemplateCircularSmallRingImage

⑤ CLKComplicationTemplateCircularSmallStackText

CLKComplicationFamilyExtraLarge（watchOS 3.0）

① CLKComplicationTemplateExtraLargeSimpleText

② CLKComplicationTemplateExtraLargeSimpleImage

③ CLKComplicationTemplateExtraLargeRingText

④ CLKComplicationTemplateExtraLargeRingImage

⑤ CLKComplicationTemplateExtraLargeStackText

⑥ CLKComplicationTemplateExtraLargeStackImage

⑦ CLKComplicationTemplateExtraLargeColumnsText

CLKComplicationFamilyGraphicCorner（watchOS 5.0）

① CLKComplicationTemplateGraphicCornerGaugeText

② CLKComplicationTemplateGraphicCornerGaugeImage

③ CLKComplicationTemplateGraphicCornerTextImage

④ CLKComplicationTemplateGraphicCornerStackText

⑤ CLKComplicationTemplateGraphicCornerCircularImage

CLKComplicationFamilyGraphicBezel（watchOS 5.0）

① CLKComplicationTemplateGraphicBezelCircularText

CLKComplicationFamilyGraphicCircular（watchOS 5.0）

① CLKComplicationTemplateGraphicCircularImage

② CLKComplicationTemplateGraphicCircularOpenGaugeRangeText

③ CLKComplicationTemplateGraphicCircularOpenGaugeSimpleText

④ CLKComplicationTemplateGraphicCircularOpenGaugeImage

⑤ CLKComplicationTemplateGraphicCircularClosedGaugeText

⑥ CLKComplicationTemplateGraphicCircularClosedGaugeImage

CLKComplicationFamilyGraphicRectangular（watchOS 5.0）

① CLKComplicationTemplateGraphicRectangularLargeImage

② CLKComplicationTemplateGraphicRectangularStandardBody

③ CLKComplicationTemplateGraphicRectangularTextGauge

时间轴(TimeLine)

表盘数据源对象, 它是一个CLKComplicationDataSource协议的遵循者, 实现了协议中的一些方法。此协议中的方法将与ClockKit产生交互, 可以返回的过去、现在和将来的条目(TimeLineEntry)用于构建表盘元素(Complications)数据的时间轴。

每个时间轴条目(TimeLineEntry)都包含一个 NSDate对象和一个包含要显示的数据的表盘模板。当指定的日期和精确时间到达时，ClockKit会将相应模板中的数据渲染到Complications中。随着时间的推移，ClockKit会根据时间轴中的条目更新你的Complications。

构建数据时间轴的另一个好处是，它允许用户在时间旅行(TimeTravel)期间查看更多数据。如果启用了TimeTravel，用户可以使用Digital Crown查看或预览向Complications提供的任何数据。

工作原理

由于与表盘的交互很快发生并持续很短的时间，因此ClockKit必须提前发现表盘元素(Complications)，以确保它们能够及时显示。为了最大限度地降低功耗，ClockKit会要求你提供尽可能多的数据，然后缓存数据并在需要时呈现数据。

当ClockKit需要来自表盘元素(Complications)的数据时，它会运行你的 WatchKit Extension并调用表盘数据源对象的方法以获得它所需的内容。表盘数据源对象遵循CLKComplicationDataSource协议，是你提供的对象, 系统默认是工程中的ComplicationController对象。可以使用此协议中的方法将数据返回到ClockKit，并提供要显示的过去、现在、将来的数据。表盘将展示这些提供的表盘数据。

在更新表盘数据的时候, 有问题需要注意。如果表盘数据没有更新，请不要调用表盘数据更新的方法, 如reloadTimelineForComplication:或extendTimelineForComplication:方法。请注意，后台任务和表盘数据传输都是预算编制的。如果超出预算，则在恢复预算之前无法更新表盘数据。

表盘开发流程

要支持 App的表盘开发功能，请执行以下操作：

1.配置 WatchKit Extension以告诉ClockKit支持表盘功能。
2.确定需要在表盘中展示的数据内容。
3.选择你的 App在每个系列中支持的模板。
4.实现表盘数据源对象(遵循CLKComplicationDataSource协议), 以此向ClockKit提供数据。

配置 WatchKit Extension

在创建新的 Watch App时，可以要求项目支持表盘功能开发。Xcode就会自动创建Complications所需的资源。Xcode提供了一个数据源类ComplicationController，并配置该项目以使用该类。如果在创建Watch App时未启用表盘功能，也可以稍后启用该功能。

设计表盘元素(Complications)

在创建Complications之前，需要先确定Complications打算展示的内容。在确定打算展示的内容时，请考虑以下因素：
1.数据能够放入可用的表盘模板中吗？数据空间有限, 可能只有少量文本字符或小图像的空间。您可以使用可用空间将信息传达给用户吗？
2.否已使用通知向用户及时传达信息？如果使用通知向用户提供更新，则Complications可能并不比通知的方式更加显眼。
3.你可以提前提供多少数据？如果您的应用程序的数据经常更改，则可能难为Complications提供足够的数据。更糟糕的是，如果过于频繁地刷新Complications数据，则可能会超出后台执行或传输的预算。
4.表盘在活跃状态下, 具有Complications功能的 App可以为后台任务提供更大的预算，但每小时的后台执行时间仍然有限。或者，可以在用户的 ​​iPhone上生成Complications数据并将其传输到 Watch App，但每天只能进行50次表盘传输。具体可以参考另外一篇文章: 表盘数据传输。

如果上述这些内容你都考虑好了, 那么你就可以制定表盘数据和选择表盘模板了。苹果官方依然还是很建议支持Complications功能的, 具体原因文章开头表明过, 故不再赘述。

表盘数据源配置(ComplicationDataSource)

先来看看关于ComplicationDataSource协议的一些方法:

public func getSupportedTimeTravelDirections(for complication: CLKComplication, withHandler handler: @escaping (CLKComplicationTimeTravelDirections) -> Swift.Void)

上面的方法, 定义了 TimeTravel 的方向, 过去还是未来, 或者两者都是。

optional public func getTimelineStartDate(for complication: CLKComplication, withHandler handler: @escaping (Date?) -> Swift.Void)

optional public func getTimelineEndDate(for complication: CLKComplication, withHandler handler: @escaping (Date?) -> Swift.Void)

上面的第一个方法, 定义提供时间轴条目(TimeLineEntry)的开始时间, 如果不支持过去可以设置为当前时间。若未实现此方法，则ClockKit不会在当前条目之前检索时间轴条目。

上面的第二个方法, 定义提供时间轴条目(TimeLineEntry)的结束时间, 如果不支持过去可以设置为当前时间。若未实现此方法，则ClockKit不会在当前条目之后检索时间轴条目。

public func getCurrentTimelineEntry(for complication: CLKComplication, withHandler handler: @escaping (CLKComplicationTimelineEntry?) -> Swift.Void)

上面的方法, 定义当前想要展示在表盘元素上的时间轴条目数据。若支持过去的时间轴条目，则从此方法返回的条目必须在getTimelineEntries（for：before：limit：withHandler :)方法提供的所有条目之后。

optional public func getTimelineEntries(for complication: CLKComplication, before date: Date, limit: Int, withHandler handler: @escaping ([CLKComplicationTimelineEntry]?) -> Swift.Void)

optional public func getTimelineEntries(for complication: CLKComplication, after date: Date, limit: Int, withHandler handler: @escaping ([CLKComplicationTimelineEntry]?) -> Swift.Void)

上面的第一个方法, 定义过去的时间轴条目。返回的条目必须从过去开始，且结束日期不能迟于给定参数date。 条目间必须相隔超过一分钟, 如果两个条目相隔不到一分钟，则ClockKit会丢弃其中一个条目。

上面的第二个方法, 定义未来的时间轴条目。返回的条目必须在给定参数date之后开始。条目间必须相隔超过一分钟, 如果两个条目相隔不到一分钟，则ClockKit会丢弃其中一个条目。

optional public func getLocalizableSampleTemplate(for complication: CLKComplication, withHandler handler: @escaping (CLKComplicationTemplate?) -> Swift.Void)

上面的方法, 获取本地化的表盘模板，该模板充当PlaceHolder的作用。当应用安装完成后, 系统会根据支持的表盘系列(ComplicationFamily)调用此方法一次，并缓存结果。

更新表盘数据

ClockKit提供了几种在运行时更新并发症数据的方法：

1.WatchKit Extension运行时显式更新表盘数据。
2.安排后台应用程序刷新任务以更新表盘数据。
3.从 iOS App进行表盘数据传输来更新。
4.使用推送通知更新表盘数据。

每当应用为Complications提供新数据时，请调用CLKComplicationServer对象的reloadTimelineForComplication:或extendTimelineForComplication:方法来更新时间轴。前者方法删除并替换整个时间轴，而后者方法将数据添加到现有时间轴的末尾。

如果数据在可预测的时间发生变化，请考虑安排后台应用刷新任务以更新表盘数据。触发后台任务时，收集新数据（例如，使用NSURLSession后台传输）。只要您拥有更新的数据，请调用数据源reload或extend方法来更新时间轴，并安排下一个后台应用程序刷新任务。

或者，您可以在 iOS App中执行更复杂或消耗过高的数据收集任务，然后将该数据传输到手表。使用WatchConnectivity框架通过transferCurrentComplicationUserInfo:方法将更新发送到手表。手表收到数据，就会调用会话代理的session:didReceiveUserInfo:方法。在此方法中，使用提供的用户信息字典更新表盘数据，然后调用数据源reload或extend方法来更新时间轴。

相关资料:
Complication Essentials
Complications Guidelines
Complication Images Guidelines
WatchOS 开发教程源码：Watch-App-Sampler