在物聯(lián)網(wǎng)和智能穿戴設(shè)備日益普及的今天，低功耗藍(lán)牙技術(shù)已成為設(shè)備間短距離無線通信的核心。本文旨在詳細(xì)解析在 Android 平臺上，如何實(shí)現(xiàn)作為中心設(shè)備的客戶端與作為外圍設(shè)備的服務(wù)器端之間的完整通信流程，涵蓋基本概念、角色分工、核心實(shí)現(xiàn)步驟與關(guān)鍵考量。
一、 核心概念與角色解析
在 BLE 通信體系中，設(shè)備扮演著兩種明確的角色：
- 中心設(shè)備： 通常指功能相對強(qiáng)大、作為通信發(fā)起方和控制方的設(shè)備。在 Android 場景下，我們的手機(jī)或平板電腦應(yīng)用程序就扮演此角色，也常被稱為 客戶端 或 主機(jī)。其主要職責(zé)是主動(dòng)掃描、發(fā)現(xiàn)外圍設(shè)備，并與之建立連接，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀寫與通知監(jiān)聽。
- 外圍設(shè)備： 通常指傳感器、智能手環(huán)、信標(biāo)等功耗敏感、提供特定數(shù)據(jù)或功能的設(shè)備。它們也被稱為 服務(wù)器端 或 從機(jī)。其核心職責(zé)是廣播自身的存在，并維護(hù)一個(gè)包含各種服務(wù)和特征的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（GATT 服務(wù)器），供中心設(shè)備來訪問。
一次典型的通信由中心設(shè)備發(fā)起，連接建立后，雙方即構(gòu)成一個(gè) “客戶端-服務(wù)器” 架構(gòu)，其中中心設(shè)備是 GATT 客戶端，外圍設(shè)備是 GATT 服務(wù)器。
二、 Android 作為中心設(shè)備（客戶端）的實(shí)現(xiàn)流程
在 Android 應(yīng)用中實(shí)現(xiàn) BLE 客戶端功能，主要遵循以下步驟：
- 權(quán)限聲明與藍(lán)牙適配器檢查：
- 在
AndroidManifest.xml中聲明必要的權(quán)限，如BLUETOOTH、BLUETOOTH<em>ADMIN，以及 Android 6.0+ 所需的ACCESS</em>FINE_LOCATION權(quán)限（因?yàn)?BLE 掃描可用于推斷位置）。
- 在運(yùn)行時(shí)，通過
BluetoothManager獲取BluetoothAdapter，檢查設(shè)備是否支持藍(lán)牙及 BLE，并確保藍(lán)牙已開啟。
- 掃描外圍設(shè)備：
- 創(chuàng)建
BluetoothLeScanner實(shí)例，并通過startScan方法開始掃描。需要提供一個(gè)ScanCallback以接收掃描結(jié)果。
- 可以配置
ScanFilter來過濾特定設(shè)備名稱、服務(wù) UUID 或 MAC 地址的設(shè)備，以提升效率和精準(zhǔn)度。
- 連接目標(biāo)設(shè)備：
- 從掃描結(jié)果中獲取目標(biāo)設(shè)備的
ScanResult或BluetoothDevice對象。
- 調(diào)用
BluetoothDevice.connectGatt(Context, autoConnect, BluetoothGattCallback)方法發(fā)起連接。其中BluetoothGattCallback是整個(gè)通信過程的核心回調(diào)，用于處理連接狀態(tài)變化、服務(wù)發(fā)現(xiàn)及數(shù)據(jù)操作結(jié)果。
- 發(fā)現(xiàn)服務(wù)與特征：
- 連接成功后，在
BluetoothGattCallback.onServicesDiscovered()回調(diào)中，通過BluetoothGatt.discoverServices()觸發(fā)服務(wù)發(fā)現(xiàn)過程。
- 發(fā)現(xiàn)完成后，可以通過
BluetoothGatt.getServices()獲取設(shè)備提供的所有服務(wù)列表，進(jìn)而遍歷每個(gè)服務(wù)下的特征（BluetoothGattCharacteristic）。
- 數(shù)據(jù)交互：
- 讀取數(shù)據(jù)： 調(diào)用
BluetoothGatt.readCharacteristic(characteristic)，讀取結(jié)果在onCharacteristicRead()回調(diào)中返回。
- 寫入數(shù)據(jù)： 調(diào)用
BluetoothGatt.writeCharacteristic(characteristic)，寫入結(jié)果（成功與否）在onCharacteristicWrite()回調(diào)中確認(rèn)。寫入前需正確設(shè)置特征的writeType（如WRITE<em>TYPE</em>DEFAULT或WRITE<em>TYPE</em>NO_RESPONSE）。
- 訂閱通知/指示： 這是外圍設(shè)備主動(dòng)向客戶端推送數(shù)據(jù)的核心機(jī)制。需要為特征啟用通知（通過
BluetoothGatt.setCharacteristicNotification(characteristic, true)），然后向特征的客戶端特征配置描述符（CCCD）寫入一個(gè)特定的值（通常是BluetoothGattDescriptor.ENABLE<em>NOTIFICATION</em>VALUE）。啟用后，數(shù)據(jù)將在onCharacteristicChanged()回調(diào)中實(shí)時(shí)接收。
- 連接管理與資源釋放：
- 通信完成后，應(yīng)及時(shí)調(diào)用
BluetoothGatt.disconnect()斷開連接，并最終調(diào)用BluetoothGatt.close()釋放相關(guān)資源，這對于避免資源泄露和確保后續(xù)連接穩(wěn)定至關(guān)重要。
三、 外圍設(shè)備（服務(wù)器端）的考量
雖然 Android 從 5.0（API 21）開始也支持作為外圍設(shè)備，但更常見的是由專門的硬件設(shè)備（如傳感器模組）來扮演此角色。對于外圍設(shè)備端（無論是 Android 設(shè)備還是硬件），其設(shè)計(jì)要點(diǎn)包括：
- 定義 GATT 服務(wù)結(jié)構(gòu)： 明確設(shè)備提供哪些服務(wù)（由 UUID 標(biāo)識），每個(gè)服務(wù)下包含哪些特征。每個(gè)特征需定義其屬性（如可讀、可寫、可通知）、權(quán)限和值。
- 廣播數(shù)據(jù)： 通過廣播包（Advertising Data）向外宣告自身的存在和基本信息（如設(shè)備名稱、包含的服務(wù) UUID 等），以便被中心設(shè)備掃描發(fā)現(xiàn)。
- 處理客戶端請求： 實(shí)現(xiàn) GATT 服務(wù)器的邏輯，響應(yīng)中心設(shè)備發(fā)起的連接、讀/寫請求，并在數(shù)據(jù)變化時(shí)通過通知或指示主動(dòng)推送。
四、 開發(fā)實(shí)踐中的關(guān)鍵點(diǎn)
- 主線程限制： 所有
BluetoothGattCallback中的回調(diào)都運(yùn)行在 Binder 線程池中，不得直接進(jìn)行 UI 更新，必須通過 Handler 或runOnUiThread切回主線程。 - 異步操作： BLE 的所有操作（連接、讀寫、啟用通知）都是異步的。必須在前一個(gè)操作的回調(diào)被觸發(fā)后，再發(fā)起下一個(gè)可能依賴的操作，避免操作隊(duì)列混亂。
- 連接穩(wěn)定性： BLE 連接在復(fù)雜無線環(huán)境下可能不穩(wěn)定。健壯的實(shí)現(xiàn)需要處理連接意外斷開的情況，并在
BluetoothGattCallback.onConnectionStateChange()中實(shí)現(xiàn)重連邏輯。 - 功耗優(yōu)化： 對于中心設(shè)備，及時(shí)停止掃描（
stopScan）和斷開不必要的連接是節(jié)省電量的關(guān)鍵。對于外圍設(shè)備，合理設(shè)計(jì)廣播間隔和連接參數(shù)（Connection Interval）能顯著影響功耗。 - 兼容性： 不同廠商、不同版本的 BLE 設(shè)備在實(shí)現(xiàn)上可能存在差異，需要進(jìn)行充分的兼容性測試。
在 Android 上開發(fā) BLE 客戶端應(yīng)用，是一個(gè)以 BluetoothGattCallback 為中心、嚴(yán)格遵循異步流程和控制生命周期的過程。清晰理解中心與外圍設(shè)備的角色定位及 GATT 協(xié)議模型，是構(gòu)建穩(wěn)定、高效藍(lán)牙通信應(yīng)用的基礎(chǔ)。
