watchOSで高負荷な処理を安定させるための工夫

【iOSDC Japan 2025】 watchOSで高負荷な処理 を安定させるための工夫 Github: junseinagao / Twitter: @junpai_code

自己紹介 長尾准誠 (ながおじゅんせい) 1997年2月生まれ (27歳) 普段は KODANSHAtech 合同会社 で Webフロントエンドエンジニアとして業務 チューバという金管楽器（ 🎺の仲間）を高校の頃から続けています 最近は、オーボエを吹くパートナーと一緒に吹奏楽の演奏活動に力を入れています

メトロノームが楽器練習の鍵 「https://youtu.be/trl5vwdAQpI?si=vl4XERS3E08AGay9」より引用

Apple Watchで動くメトロノームを実装 watchOSでメトロノームを実装 針アニメーション＋ハプティクス（振動）＋音 身につけているデバイスならではの体験

だんだんテンポが遅くなる シミュレータ：問題なし／軽快 実機：テンポが徐々に遅れる 原因はwatchOSのリソース制約か...？

[補足]：高負荷ではなく安定実行かも

watchOS 開発特有の問題 watchOSアプリのライフサイクル： active / inactive / background / suspended を OS が積極的に切り替え 非対応なフレームワーク１： Core AnimationのCALayerはwatchOSでは操作できない 非対応なフレームワーク２： Haptic Feedbackは`WKInterfaceDevice.play()`で固定パターンのみ WKInterfaceDevice 9種類 + SwiftUI SensoryFeedback 1種類

watchOSアプリのライフサイクル バッテリー節約などのためにアプリケーションの実行にOSが 積極的に関与している 例えば...「Apple Watchを身につけて腕を降ろすと Inactive に 移行する」 「https://developer.apple.com/documentation/watchkit/working-with-the-watchos-app-life-cycle」より引用

柔軟な操作ができるフレームワークは非対応

どうやって音のズレを解決したか... メトロノームのタイミング管理を行っている AVAudioEngine の処理の優先度を下げない

Debuggerに接続してると安定する...?! XCodeからDebuggerを繋いで検証中は安定して動作する しかし、Macから離してApple Watch単体で実行すると3~5秒ほどでズレ 始める... → デバッガー非接続の時はwatchos によって処理 が割り込んでいるのでは...？ （特にテンポのタイミング管理をしているAVAudioEngineの処理が遅れると音 の再生の遅れに繋がる）

メトロノームアプリの仕組み AVAudioEngine + AVAudioPlayerNode でサンプル時刻に再生を予約 テンポから各ビートのサンプル位置を算出 `AVAudioTime()` で再生時刻を作り、 `AVAudioPlayerNode.scheduleBuffer()` へ Haptic と UI の同期は、`DispatchQueue.global()` を使う デリゲートでHapticとUIへビートを通知する

対策 1：Extended Runtime Session WKExtendedRuntimeSession を起動して長時間実行を確保 WKBackgroundModes の目的で挙動が変化 （mindfulness → Frontmost / Physical Therapy → Background） 観測: Mind fullness では音ズレが残存する、Physical Therapy で解消 考察: Background 継続前提で他処理介入時の優先度低下の影響が小さい(？)

対策 2：非同期に処理を投げる 同期 `.sync` を廃止し、`.async` で非同期スケジューリング Haptic は事前予約（DispatchQueue.main.asyncAfter）、オーディオと独立 `DispatchQueue`で専用キューを用意（QoS: .userInteractive） 備考: QoS は状況によりシステムに無視される

対策 3：スケジューリングをまとめて投げる 予約の粒度を拡大（約1秒 → 約10秒分を一括） 再スケジューリング境界を減らし、ズレ発生箇所を回避

まとめ メトロノームのタイミング管理を行っている AVAudioEngine + AVAudioPlayerNode のスケジューリング再実行が優先度低く実行されるのを 避けるために 1. Extended Runtime Session を使用する 2. DispatchQueue を非同期に実行する 3. 処理毎にスケジューリングを並列して実行する という対策実施

【演奏デモ】 Csárdás (チャルダッシュ) 作曲：Vittorio Monti (ヴィットーリオ・モンティ)