Guest post: Desktop Bridge – Espandere un’applicazione desktop con un componente UWP

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10/27/2016

Questo post è stato scritto da Matteo Pagani, Windows AppConsult Engineer in Microsoft

In uno dei post precedenti abbiamo visto come sia possibile, grazie al Desktop Bridge, espandere un’applicazione desktop tradizionale con le API della Universal Windows Platform. Quando un’applicazione Win32, infatti, gira all’interno del container UWP (nel nostro caso, si trattava di un’applicazione Windows Forms), abbiamo la possibilità di sfruttare alcune delle API di nuova generazione, come quelle per inviare notifiche toast o sfruttare i servizi di speech.

Nel corso di questo post vedremo un’altra tipologia di espansione: non più l’utilizzo di semplici API, ma di veri e propri componenti specifici del mondo UWP, come i background task.

Come abbiamo citato nel corso del primo articolo con il quale abbiamo introdotto il Desktop Bridge, le applicazioni UWP hanno un ciclo di vita differente da quello delle applicazioni desktop tradizionali. In una tipica applicazione Win32, l’utente ha il controllo completo del ciclo di vita di un’applicazione: può lanciarla, chiuderla, minimizzarla, ecc. In nessuno di questi stati, però, il sistema operativo ha la possibilità di intervenire: l’applicazione rimarrà aperta ed in esecuzione fino a quando l’utente non la chiuderà esplicitamente (o l’applicazione andrà in crash); se l’utente minimizza l’applicazione, questa ha la possibilità di continuare ad eseguire operazioni in background, indipendentemente da quanta memoria e CPU abbia a disposizione il computer in quel momento per gestirla. Visual Studio è un ottimo esempio di questo approccio nella gestione del ciclo d vita: se date avvio al processo di compilazione di un progetto, dopodiché lo minimizzate, Visual Studio continuerà a compilare l’applicazione anche se, nel frattempo, doveste lanciare un gioco di ultima generazione che richieda molta memoria e potenza di CPU.

Nel mondo delle applicazioni UWP, invece, le cose funzionano in maniera differente: possono essere eseguite, infatti, su un’ampia gamma di dispositivi, come telefoni e tablet, che possono avere requisiti più restrittivi in termini di memoria disponibile e di consumo di batteria rispetto ad un computer desktop tradizionale. Di conseguenza, il ciclo di vita è molto differente, in quanto l’utente rimane sempre in controllo, ma anche il sistema operativo ha la possibilità di intervenire: ad esempio, quando un’applicazione UWP non è più in foreground, viene sospesa dopo 10 secondi. Ciò significa che viene mantenuta in memoria, così da garantire una veloce riapertura, ma qualsiasi thread, connessione di rete, etc. viene interrotta, così che tutte le risorse del dispositivo possano essere focalizzate sulla nuova applicazione in foreground. Un altro scenario tipico del mondo UWP è quando il sistema sta esaurendo le risorse disponibili: Windows 10 è in grado di terminare le applicazioni aperte meno utilizzate, così da poter assegnare più memoria a quelle che, invece, sono in uso in quel momento. La principale conseguenza di questo approccio è che, rispetto alle applicazioni desktop tradizionali, un’applicazione UWP non è in grado di eseguire operazioni in background senza alcun limite, in quanto potrebbero avere un impatto molto forte sulla durata della batteria e sulla reattività del dispositivo. Se volete approfondire maggiormente il ciclo di vita di un’applicazione UWP, potete fare riferimento a questo post del team di Windows: https://blogs.windows.com/buildingapps/2016/04/28/the-lifecycle-of-a-uwp-app/

Nonostante il ragionamento dietro a questo approccio sia corretto e condivisible, non dare la possibilità allo sviluppatore di eseguire alcun tipo di operazione in background sarebbe una limitazione molto seria. Di conseguenza, la Universal Windows Platform ha introdotto il concetto di background task: si tratta di Windows Runtime Component che contengono del codice che può essere eseguito indipendentemente dallo stato in cui si trova l’applicazione (in esecuzione, sospesa, chiusa, ecc.) e che sono collegati al concetto di trigger, ovvero l’evento che ne scatena l’esecuzione. In realtà, come vedremo nel prossimo post, l’Anniversary Update di Windows 10 ha introdotto il concetto di single background process model, che significa che il codice da eseguire in background non deve più essere necessariamente contenuto all’interno di un progetto separato, ma può essere incluso anche nell’applicazione UWP stessa. Non è questa, però, la sede per approfondire l’argomento, dato che non è un approccio che possiamo sfruttare nello scenario che andremo a delineare in questo post. Potete approfondire il funzionamento dei background task grazie alla documentazione ufficiale all’indirizzo https://msdn.microsoft.com/en-us/windows/uwp/launch-resume/support-your-app-with-background-tasks

Se state leggendo questo post probabilmente siete sviluppatori desktop e vi potreste stare chiedendo perché dovreste sentire il bisogno di integrare un background task in un’applicazione Win32: dato che non avete le limitazioni di un’app UWP, potete eseguire il vostro codice in background in qualsiasi momento, senza affidarvi a componenti esterni.

Questa considerazione non è vera al 100%, dato che i background task offrono una serie di feature che li rendono interessanti anche per un’applicazione desktop tradizionale:

Sono integrati e gestiti direttamente da Windows. Di conseguenza, possono essere eseguiti anche quando l’applicazione non è nemmeno aperta. Un’applicazione Win32, invece, se è chiusa, non ha questa opportunità: dovremmo sfruttare un altro approccio, come mantenere un processo sempre attivo oppure creare un servizio Windows. Entrambi gli scenari, però, non sono così semplici da implementare ed efficienti come un background task.
I background task sono rispettosi della user experience e della reattività del sistema: Windows farà di tutto per evitare che l’esecuzione di un task possa degradare notevolmente le performance del sistema o dell’applicazione in esecuzione in quel momento.
La Universal Windows Platform offre una scelta molto ampia di trigger a cui collegare i task, che vengono gestiti direttamente dal sistema operativo: ogni volta che si verifica uno di questi eventi, ci penserà Windows a lanciare il task collegato, senza che lo sviluppatore debba fare nulla di particolare. Se alcune tipologie di trigger (come il TimeTrigger, legato a ripetizioni cicliche nel tempo) sono facili da riprodurre anche in un’applicazione desktop, altre invece possono essere più complicati da gestire, come quelli legati alla connessone con dispostivi Bluetooth, al cambio di tipologia di connettività, al cambio di time zone, ecc.

Nel corso di questo post vedremo come implementare uno di questi scenari: l’applicazione Windows Forms registrerà un background task, che sarà invocato ogni volta che la time zone del device cambierà. Nel momento in cui si verificherà questo evento, il task si farà carico di aggiornare la tile dell’applicazione e di mostrare una notifica all’utente.

Il background task

Iniziamo a creare una nuova soluzione in Visual Studio. Anche in questo caso sfrutteremo l’approccio di deploy e packaging automatico offerto dalla Preview di Visual Studio 15 con l’apposita estensione per il Desktop Bridge, che abbiamo imparato a conoscere in uno dei post precedenti.

La nostra soluzione, al termine del post, sarà composta da tre progetti:

Il background task
L’applicazione Windows Forms
Il progetto di deployment, che si farà carico di far girare l’applicazione Win32 all’interno del container UWP, come se fosse stata convertita in un’AppX (maggiori dettagli sul suo funzionamento li trovate in questo post, di conseguenza non ripeterò nuovamente i passi da seguire per crearlo e configurarlo).

Partiamo dal background task, che è il progetto che contiene il codice che sarà eseguito in background quando il trigger che abbiamo scelto sarà invocato. Un background task è composto semplicemente da un Windows Runtime Component: troverete il template dedicato creando un nuovo progetto nella sezione Windows –> Universal.

Il requisito necessario affinché un Windows Runtime Component venga utilizzato come un background task è molto semplice: deve contenere una classe, la quale deve implementare un’interfaccia chiamata IBackgroundTask (inclusa nel namespace Windows.ApplicationModel.Background). L’interfaccia vi obbligherà ad implementare un metodo chiamato Run() : è il metodo che viene eseguito ogni volta che il task sarà invocato dal trigger e deve, perciò, contenere il codice che vogliamo eseguire in background.

Ecco come appare il nostro background task:

 using System;
using Windows.ApplicationModel.Background;
using Windows.Data.Xml.Dom;
using Windows.UI.Notifications;

namespace TileBackgroundTask
{
    public sealed class TileTask : IBackgroundTask
    {
        public void Run(IBackgroundTaskInstance taskInstance)
        {
            string tileXml = $@"<tile>
                            <visual>
                                <binding template='TileMedium' branding='logo'>
                                    <group>
                                        <subgroup>
                                            <text hint-style='caption'>Time zone changed!</text>
                                            <text hint-style='captionSubtle' hint-wrap='true'>Last update at {DateTime.Now}</text>
                                        </subgroup>
                                    </group>
                                </binding>
                            </visual>
                        </tile>";

            XmlDocument tileDoc = new XmlDocument();
            tileDoc.LoadXml(tileXml);

            TileNotification notification = new TileNotification(tileDoc);
            TileUpdateManager.CreateTileUpdaterForApplication().Update(notification);

            string toastXml = $@"<toast>
                            <visual>
                                <binding template='ToastGeneric'>
                                    <text>Time zone changed!</text>
                                    <text>Last update at {DateTime.Now}</text>
                                </binding>
                            </visual>
                        </toast>";

            Windows.Data.Xml.Dom.XmlDocument toastDoc = new Windows.Data.Xml.Dom.XmlDocument();
            toastDoc.LoadXml(toastXml);

            ToastNotification toast = new ToastNotification(toastDoc);
            ToastNotificationManager.CreateToastNotifier().Show(toast);
        }
    }
}

Se avete un minimo di dimestichezza con lo sviluppo UWP, il codice dovrebbe essere semplice da interpretare: le notifiche tile e toast funzionano, infatti, allo stesso modo. In entrambi i casi, il contenuto è definito da un payload XML: l’unica differenza è che, in caso di notifiche vere e proprie, utilizziamo la classe ToastNotification per definirle e la classe ToastNotificationManager per mostrarle tramite il metodo Show(); nel caso dell’aggiornamento della tile, invece, ne definiamo il contenuto con la classe TileNotification e sfruttiamo la classe TileUupdateManager per aggiornarla tramite il metodo Update() .

Il gioco è fatto: come potete notare, un background task non ha alcuna connessione con il trigger a cui andremo a collegarlo. Definisce solamente il codice che vogliamo eseguire in background: sarà compito dell’applicazione principale registrarlo e specificarne i requisiti. Nel mondo UWP tradizionale, questo compito sarebbe demandato all’applicazione UWP. Nel nostro caso, invece, sarà l’applicazione Windows Forms a registrare il task e specificare il trigger a cui vogliamo collegarlo.

L’applicazione Windows Forms

E’ giunto il momento di aggiungere, alla nostra soluzione, un progetto di tipo Windows Forms. La prima operazione da fare è la medesima svolta in uno dei post precedenti. Siccome abbiamo la necessità di utilizzare alcune API asincrone specifiche della Universal Windows Platform, dobbiamo aggiungere al progetto due reference:

Al file Windows.md, memorizzato all’interno del percorso C:\Program Files (x86)\Windows Kits\10\UnionMetadata.
Alla DLL System.Windows.Runtime.dll memorizzata all’interno del percorso C:\Program Files (x86)\Reference Assemblies\Microsoft\Framework\.NETCore\v4.5.1

A questo punto possiamo aggiungere nell’interfaccia utente un pulsante, del quale andremo a gestire l’evento Click con il seguente blocco di codice:

 private async void OnRegisterTask(object sender, EventArgs e)
{
    string triggerName = "TimeZoneTriggerTest";

    // Check if the task is already registered
    foreach (var cur in BackgroundTaskRegistration.AllTasks)
    {
        if (cur.Value.Name == triggerName)
        {
            // The task is already registered.
            return;
        }
    }

    BackgroundTaskBuilder builder = new BackgroundTaskBuilder();
    builder.Name = triggerName;
    builder.SetTrigger(new SystemTrigger(SystemTriggerType.TimeZoneChange, false));
    builder.TaskEntryPoint = "TileBackgroundTask.TileTask";
    var status = await BackgroundExecutionManager.RequestAccessAsync();
    if (status != BackgroundAccessStatus.DeniedByUser && status != BackgroundAccessStatus.DeniedBySystemPolicy)
    {
        builder.Register();
    }
}

Anche in questo caso, se avete già esperienza di sviluppo UWP, non troverete nulla di particolare: si tratta del codice standard per inizializzare un background task. Innanzitutto, si assegna un nome univoco al task (nel nostro caso, TimeZoneTriggerTest), per evitare che venga registrato più volte: è questo lo scopo del primo blocco di codice (il ciclo foreach), che verifica che il task non sia già stato registrato in precedenza, sfruttando la collezione BackgroundTaskRegistration.AllTasks, che contiene tutti i background task registrati dall’applicazione stessa.

In caso negativo, si può procedere alla registrazione vera e propria, sfruttando la classe BackgroundTaskBuilder che appartiene al namespace Windows.ApplicationModel.Background. Ecco le varie operazioni che vengono svolte:

Tramite la proprietà Name, viene assegnato il nome al task.
Tramite il metodo SetTrigger() , viene specificato quale trigger si vuole collegare al task. Nel nostro caso, il trigger legato al cambio di time zone è di tipo SystemTrigger. Dobbiamo, perciò, creare un nuovo oggetto di questo tipo e passare, come parametro, uno dei valori dell’enumeratore SystemTriggerType (nel nostro caso, TimeZoneChange). Il secondo valore è un booleano che rappresenta la frequenza di esecuzione: false significa che il task verrà eseguito ogni volta che il trigger sarà invocato, true invece che sarà eseguito una volta sola.
Tramite la proprietà TaskEntryPoint dobbiamo specificare la firma completa della classe che implementa il background task (namespace + nome della classe). Nel nostro caso, specifichiamo il valore TileBackgroundTask.TileTask, che è la firma della classe contenuta all’interno del Windows Runtime Component che abbiamo creato nello step precedente.
Dobbiamo chiedere a Windows l’autorizzazione a registrare il task tramite il metodo BackgroundExecutionManager.RequestAccessAsync() : dato che, nel nostro caso, parliamo di un’applicazione che girerà solamente su desktop, tale autorizzazione sarà praticamente concessa in automatico. La possibilità che ciò non avvenga, infatti, può verificarsi solo su dispositivi con poca memoria (come alcuni tipi di telefoni), che introducono un limite massimo al numero di background task che possono essere registrati dal sistema.
Una volta che abbiamo ricevuto il permesso (verificando che il valore restituito dal metodo RequestAccessAsync() sia diverso da DeniedByUser o DeniedBySystemPolicy) possiamo registrare il task chiamando il metodo Register() .

Dal punto di vista dell’applicazione Windows Forms, abbiamo completato il nostro compito: premendo il pulsante che abbiamo incluso nell’interfaccia utente, il task sarà registrato in Windows 10. Il nostro lavoro, però, non è ancora completo: ci sono alcuni passaggi aggiuntivi che dobbiamo effettuare affinché il task venga effettivamente registrato.

Il file di manifest

I background task fanno parte dei componenti UWP definiti “estensioni” e che, in quanto tali, devono essere registrati all’interno del file di manifest, oltre che nel codice dell’applicazione come abbiamo fatto in precedenza. Di conseguenza, dobbiamo spostarci ora dal mondo delle applicazioni Win32 a quello UWP, modificando il file AppxManifest.xml che è incluso all’interno della cartella che, alla fine del nostro lavoro, diventerà il pacchetto AppX. Dato che stiamo sfruttando VS15 Preview e l’estensione per il Desktop Bridge, troveremo questo file all’interno della cartella PackageLayout che abbiamo creato manualmente all’interno del progetto di deployment.

Sono due le modifiche da effettuare all’interno del file. La prima è aggiungere un nuovo elemento di tipo Extension all’interno del nodo Application, come nell’esempio seguente:

 <Applications>
  <Application Id="Extend" Executable="Extend.exe" EntryPoint="Windows.FullTrustApplication">
    <uap:VisualElements DisplayName="Extend" Description="Extend" BackgroundColor="#777777"
    Square150x150Logo="Assets\SampleAppx.150x150.png" Square44x44Logo="Assets\SampleAppx.44x44.png" />
    <Extensions>
      <Extension Category="windows.backgroundTasks" EntryPoint="TileBackgroundTask.TileTask">
        <BackgroundTasks>
          <Task Type="systemEvent" />
        </BackgroundTasks>
      </Extension>
    </Extensions>
  </Application>
</Applications>

Tale elemento ha due proprietà importanti:

Category che specifica il tipo di estensione che vogliamo supportare (in questo caso, i background task sono identificati dalla parola chiave windows.backgroundTasks)
EntryPoint, che è lo stesso valore che avevamo specificato in precedenza nell’applicazione desktop, ovvero la firma completa della classe che implementa l’interfaccia IBackgroundTask (nel nostro caso, TileBackgroundTask.TileTask).

All’interno dell’estensione dobbiamo specificare quale tipo di trigger vogliamo gestire con questo task, sfruttando un nuovo elemento di tipo Task e specificandone la tipologia tramite l’attributo Type. In questo caso, dato che il trigger TimeZoneTrigger fa parte della famiglia degli eventi di sistema, dobbiamo specificare come valore dell’attributo systemEvent.

Inoltre, nella parte finale del manifest, dobbiamo aggiungere il seguente blocco XML:

 <Extensions>
  <Extension Category="windows.activatableClass.inProcessServer">
    <InProcessServer>
      <Path>CLRHost.dll</Path>
      <ActivatableClass ActivatableClassId="TileBackgroundTask.TileTask" ThreadingModel="both" />
    </InProcessServer>
  </Extension>
</Extensions>

In una applicazione UWP tradizionale non avremmo bisogno di questo blocco di codice ma, dato che ci troviamo in uno scenario particolare (un’applicazione desktop che registra un background task), è indispensabile affinché tutto funzioni correttamente.

Operazioni post build

Rimane un’ultima operazione da fare: il background task che abbiamo creato è un Windows Runtime Component e, in quanto tale, quando viene compilato da Visual Studio produce un output. In questo caso, non essendo una normale libreria .NET, non produce una normale DLL ma un file con estensione .winmd, che deve essere incluso all’interno della cartella PackageLayout che verrà convertita in un file AppX.

Il modo più semplice per raggiungere questo obiettivo è definire una serie di operazioni post build: ogni volta che compileremo il progetto che contiene il background task, i file di output (con estensione .winmd e .pri) saranno copiati nella cartella PacakageLayout. Possiamo definire questa operazione facendo click con il tasto destro sul progetto del background task, scegliendo Proprietà e spostandoci nella sezione Build events. Nell’area chiamata post-build event command line possiamo aggiungere i seguenti comandi:

 xcopy /y /s "$(TargetDir)TileBackgroundTask.pri" "$(SolutionDir)Extend.DesktopToUWP\PackageLayout"

xcopy /y /s "$(TargetDir)TileBackgroundTask.winmd" "$(SolutionDir)Extend\PackageLayout"

Ovviamente, in questo scenario non potrete fare un semplice copia e incolla dei comandi precedenti, ma dovrete cambiare il nome dei file e delle cartelle in base alla configurazione del vostro progetto. Le operazioni di post build precedenti fanno riferimento alla soluzione di esempio che ho pubblicato su GitHub all’indirizzo https://github.com/qmatteoq/DesktopBridge/tree/master/5.%20Extend

Testare il nostro lavoro

Ora che abbiamo messo in piedi tutti i pezzi del puzzle, è tempo di controllare il risultato finale. Un primo test che possiamo fare è compilare il progetto del background task. Se abbiamo configurato i comandi di post build correttamente, dovremmo vedere un risultato simile al seguente

Inoltre, all’interno della cartella PackageLayout del progetto di deployment, dovreste trovare, insieme all’eseguibile dell’applicazione Windows Forms, anche i file .winmd e .pri che sono stati generati dalla compilazione del Windows Runtime Component.

Per verificare che il background task sia stato registrato correttamente, lanciate il progetto di deploy UWP in Visual Studio e, nell’applicazione Windows Forms, premete il pulsante che abbiamo aggiunto in precedenza. Ora aprite i Settings di Windows e, nella sezione Time & Language –> Date & Time provate a cambiare la time zone:

Nell’angolo inferiore destro dovreste vedere comparire una notifica simile alla seguente:

Inoltre, se avete aggiunto alla Start screen la tile dell’applicazione la vedrete aggiornarsi con il medesimo messaggio:

Potete, inoltre, immediatamente notare uno dei principali vantaggi nell’utilizzare un background task per gestire questo scenario: provate a chiudere completamente l’applicazione Win32 (controllate per scrupolo che nel Task Manager il processo non sia più in esecuzione), dopodiché cambiate la time zone del vostro PC. Vedrete nuovamente la tile aggiornarsi e la notifica toast comparire, nonostante il processo non sia più in esecuzione.

In conclusione

Nel corso di questo post abbiamo visto un altro approccio nell’utilizzo del Desktop Bridge, che ci permette di spostare sempre di più l’ago della bilancia dal mondo Win32 a quello UWP: in questo caso, non abbiamo “semplicemente” utilizzato API UWP, ma veri e proprio componenti che fanno parte di un’altra tecnologia. In questo modo, possiamo iniziare a “modernizzare” la nostra applicazione e muovere i primi passi nel mondo UWP, senza per questo rinunciare al know how acquisito negli ultimi anni (o decenni) nello sviluppo di applicazioni Win32.

Trovate il codice di esempio utilizzato in questo post sul mio repository GitHub all’indirizzo: https://github.com/qmatteoq/DesktopBridge/tree/master/5.%20Extend

Happy coding!

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