android BLE系列：
android蓝牙BLE（一） —— 扫描
android蓝牙BLE（二） —— 通信
android蓝牙BLE（三） —— 广播
一、蓝牙基础协议
想了解蓝牙通信之前，需要先了解蓝牙两个最基本的协议：GAP 和 GATT。
1、GAP（Generic Access Profile）简介
GAP是通用访问配置文件的首字母缩写，主要控制蓝牙连接和广播。GAP使蓝牙设备对外界可见，并决定设备是否可以或者怎样与其他设备进行交互。
GAP定义了多种角色，但主要的两个是：中心设备 和 外围设备。
中心设备：可以扫描并连接多个外围设备,从外设中获取信息。
外围设备：小型，低功耗，资源有限的设备。可以连接到功能更强大的中心设备，并为其提供数据。
2、GAP广播数据
GAP 中外围设备通过两种方式向外广播数据：广播数据 和 扫描回复。 每种数据最长可以包含 31 byte。
广播数据是必需的，因为外设必需不停的向外广播，让中心设备知道它的存在。
扫描回复是可选的，中心设备可以向外设请求扫描回复，这里包含一些设备额外的信息。
外围设备会设定一个广播间隔。每个广播间隔中，它会重新发送自己的广播数据。广播间隔越长，越省电，同时也不太容易扫描到。
3. 广播的网络拓扑结构
外设通过广播自己让中心设备发现自己，并建立 GATT 连接，从而进行更多的数据交换。但有些情况是不需要连接的，只要外设广播自己的数据即可。目的是让外围设备，把自己的信息发送给多个中心设备。因为基于 GATT 连接的方式的，只能是一个外设连接一个中心设备。
4. GATT（Generic Attribute Profile）简介
GATT配置文件是一个通用规范，用于在BLE链路上发送和接收被称为“属性”的数据块。目前所有的BLE应用都基于GATT。
BLE设备通过叫做 Service 和 Characteristic 的东西进行通信
GATT使用了 ATT（Attribute Protocol）协议，ATT 协议把 Service, Characteristic对应的数据保存在一个查询表中，次查找表使用 16 bit ID 作为每一项的索引。
GATT 连接是独占的。也就是一个 BLE 外设同时只能被一个中心设备连接。一旦外设被连接，它就会马上停止广播，这样它就对其他设备不可见了。当外设与中心设备断开，外设又开始广播，让其他中心设备感知该外设的存在。而中心设备可同时与多个外设进行连接。
5.GATT 通信
中心设备和外设需要双向通信的话，唯一的方式就是建立 GATT 连接。
GATT 通信的双方是 C/S 关系。外设作为 GATT 服务端（Server），它维持了 ATT 的查找表以及 service 和 characteristic 的定义。中心设备是 GATT 客户端（Client），它向 外设（Server） 发起请求来获取数据。
6.GATT 结构
Profile：并不是实际存在于 BLE 外设上的，它只是一个被 Bluetooth SIG 或者外设设计者预先定义的 Service 的集合。例如心率Profile（Heart Rate Profile）就是结合了 Heart Rate Service 和 Device Information Service。
Service：包含一个或者多个 Characteristic。每个 Service 有一个 UUID 唯一标识。
Characteristic： 是最小的逻辑数据单元。一个Characteristic包括一个单一value变量和0-n个用来描述characteristic变量的Descriptor。与 Service 类似，每个 Characteristic 用 16 bit 或者 128 bit 的 UUID 唯一标识。
实际开发中，和 BLE 外设打交道，主要是通过 Characteristic。可以从 Characteristic 读取数据，也可以往 Characteristic 写数据，从而实现双向的通信。
UUID 有 16 bit 、32bit 和 128 bit 的。16 bit 的 UUID 是官方通过认证的，需要花钱购买。 Bluetooth_Base_UUID定义为 00000000-0000-1000-8000-00805F9B34FB
若16 bit UUID为xxxx，转换为128 bit UUID为0000xxxx-0000-1000-8000-00805F9B34FB
若32 bit UUID为xxxxxxxx，转换为128 bit UUID为xxxxxxxx-0000-1000-8000-00805F9B34FB
二、中心设备与外设通讯
简单介绍BLE开发当中各种主要类和其作用：
BluetoothDeivce：蓝牙设备，代表一个具体的蓝牙外设。
BluetoothGatt：通用属性协议，定义了BLE通讯的基本规则和操作
BluetoothGattCallback：GATT通信回调类，用于回调的各种状态和结果。
BluetoothGattService：服务，由零或多个特征组构成。
BluetoothGattCharacteristic：特征，里面包含了一组或多组数据，是GATT通信中的最小数据单元。
BluetoothGattDescriptor：特征描述符，对特征的额外描述，包括但不仅限于特征的单位，属性等。
1、连接
对扫描到的蓝牙可以用集合形式进行缓存，也可只保存其mac地址，存储到字符集合中，用于后续的连接。
1.1、根据mac地址获取到BluetoothDeivce用于连接
BluetoothManager bluetoothmanager = (BluetoothManager)context.getSystemService(Context.BLUETOOTH_SERVICE);
mBluetoothAdapter = bluetoothmanager.getAdapter();
//获取蓝牙设备对象进行连接
mBluetoothDevice = mBluetoothAdapter.getRemoteDevice(macAddressStr)
复制代码1.2、蓝牙gatt回调：
实现BluetoothGattCallBack类，监听蓝牙连接过程中各种回调的监听。
蓝牙Gatt回调方法中都不可以进行耗时操作，需要将其方法内进行的操作丢进另一个线程，尽快返回。
//定义子线程handle，用于在BluetoothGattCallback中回调方法中的操作抛到该线程工作。
private Handler mHandler;
//定义handler工作的子线程
private HandlerThread mHandlerThread;
初始化handler
mHandlerThread = new HandlerThread("daqi");
mHandlerThread.start();
//将handler绑定到子线程中
mHandler = new Handler(mHandlerThread.getLooper());
//定义蓝牙Gatt回调类
public class daqiBluetoothGattCallback extends BluetoothGattCallback{
//连接状态回调
@Override
public void onConnectionStateChange(BluetoothGatt gatt, int status, int newState) {
super.onConnectionStateChange(gatt, status, newState);
// status 用于返回操作是否成功,会返回异常码。
// newState 返回连接状态，如BluetoothProfile#STATE_DISCONNECTED、BluetoothProfile#STATE_CONNECTED
//操作成功的情况下
if (status == BluetoothGatt.GATT_SUCCESS){
//判断是否连接码
if (newState == BluetoothProfile.STATE_CONNECTED) {
}else if(newState == BluetoothProfile.STATE_DISCONNECTED){
//判断是否断开连接码
}
}else{
//异常码
}
}
//服务发现回调
@Override
public void onServicesDiscovered(BluetoothGatt gatt, int status) {
super.onServicesDiscovered(gatt, status);
}
//特征写入回调
@Override
public void onCharacteristicWrite(BluetoothGatt gatt, BluetoothGattCharacteristic characteristic, int status) {
super.onCharacteristicWrite(gatt, characteristic, status);
}
//外设特征值改变回调
@Override
public void onCharacteristicChanged(BluetoothGatt gatt, BluetoothGattCharacteristic characteristic) {
super.onCharacteristicChanged(gatt, characteristic);
}
//描述写入回调
@Override
public void onDescriptorWrite(BluetoothGatt gatt, BluetoothGattDescriptor descriptor, int status) {
super.onDescriptorWrite(gatt, descriptor, status);
}
}
复制代码1.3、连接设备：
调用BluetoothDevice#connectGatt()进行ble连接，第二个参数默认选择false,不自动连接。并定义BluetoothGatt变量，存储BluetoothDevice#connectGatt()返回的对象。
//定义Gatt实现类
private BluetoothGatt mBluetoothGatt;
//创建Gatt回调
private BluetoothGattCallback mGattCallback = new daqiBluetoothGattCallback();
//连接设备
if (Build.VERSION.SDK_INT >= Build.VERSION_CODES.M) {
mBluetoothGatt = mBluetoothDevice.connectGatt(mContext,
false, mGattCallback, BluetoothDevice.TRANSPORT_LE);
} else {
mBluetoothGatt = mBluetoothDevice.connectGatt(mContext, false, mGattCallback);
}
复制代码1.4、连接异常处理：
蓝牙连接时，不一定百分百连接成功。连接出错时，会返回异常码进行错误描述。
对于大多数异常码，可以通过重连来达到连接成功的目的。
错误代码:
133 ：连接超时或未找到设备。
8 ： 设备超出范围
22 ：表示本地设备终止了连接
//定义重连次数
private int reConnectionNum = 0;
//最多重连次数
private int maxConnectionNum = 3;
public class daqiBluetoothGattCallback extends BluetoothGattCallback{
//连接状态回调
@Override
public void onConnectionStateChange(BluetoothGatt gatt, int status, int newState) {
super.onConnectionStateChange(gatt, status, newState);
// status 用于返回操作是否成功,会返回异常码。
//操作成功的情况下
if (status == BluetoothGatt.GATT_SUCCESS){
}else{
//重连次数不大于最大重连次数
if(reConnectionNum < maxConnectionNum){
//重连次数自增
reConnectionNum++
//连接设备
if (Build.VERSION.SDK_INT >= Build.VERSION_CODES.M) {
mBluetoothGatt = mBluetoothDevice.connectGatt(mContext,
false, mGattCallback, BluetoothDevice.TRANSPORT_LE);
} else {
mBluetoothGatt = mBluetoothDevice.connectGatt(mContext, false, mGattCallback);
}
}else{
//断开连接，返回连接失败回调
}
}
}
//其他回调方法
｝
复制代码2、发现服务
连接成功后，触发BluetoothGattCallback#onConnectionStateChange()方法。
2.1、发现服务：
public class daqiBluetoothGattCallback extends BluetoothGattCallback{
//连接状态回调
@Override
public void onConnectionStateChange(BluetoothGatt gatt, int status, int newState) {
super.onConnectionStateChange(gatt, status, newState);
// status 用于返回操作是否成功,会返回异常码。
//操作成功的情况下
if (status == BluetoothGatt.GATT_SUCCESS){
//判断是否连接码
if (newState == BluetoothProfile.STATE_CONNECTED) {
//可延迟发现服务，也可不延迟
mHandler.post(() ->
//发现服务
mBluetoothGatt.discoverServices();
);
}else if(newState == BluetoothProfile.STATE_DISCONNECTED){
//判断是否断开连接码
}
}
}
//其他回调方法
｝
复制代码当发现服务成功后，会触发BluetoothGattCallback#onServicesDiscovered()回调：
//定义需要进行通信的ServiceUUID
private UUID mServiceUUID = UUID.fromString("0000xxxx-0000-1000-8000-00805f9b34fb");
//定义蓝牙Gatt回调类
public class daqiBluetoothGattCallback extends BluetoothGattCallback{
//服务发现回调
@Override
public void onServicesDiscovered(BluetoothGatt gatt, int status) {
super.onServicesDiscovered(gatt, status);
if (status == BluetoothGatt.GATT_SUCCESS) {
mHandler.post(() ->
//获取指定uuid的service
BluetoothGattService gattService = mBluetoothGatt.getService(mServiceUUID);
//获取到特定的服务不为空
if(gattService != null){
}else{
//获取特定服务失败
}
);
}
}
｝
复制代码2.2、发现服务失败：
发现服务时，会存在发现不了特定服务的情况。或者说，整个BluetoothGatt对象中的服务列表为空。
BluetoothGatt类中存在一个隐藏的方法refresh（），用于刷新Gatt的服务列表。当发现不了服务时，可以通过反射去调用该方法。
3、修改特征值并监听外设特征值改变
3.1、读写特定特征：
//定义需要进行通信的ServiceUUID
private UUID mServiceUUID = UUID.fromString("0000xxxx-0000-1000-8000-00805f9b34fb");
//定义需要进行通信的CharacteristicUUID
private UUID mCharacteristicUUID = UUID.fromString("0000yyyy-0000-1000-8000-00805f9b34fb");
//定义蓝牙Gatt回调类
public class daqiBluetoothGattCallback extends BluetoothGattCallback{
//服务发现回调
@Override
public void onServicesDiscovered(BluetoothGatt gatt, int status) {
super.onServicesDiscovered(gatt, status);
if (status == BluetoothGatt.GATT_SUCCESS) {
mHandler.post(() ->
//获取指定uuid的service
BluetoothGattService gattService = mBluetoothGatt.getService(mServiceUUID);
//获取到特定的服务不为空
if(gattService != null){
//获取指定uuid的Characteristic
BluetoothGattCharacteristic gattCharacteristic = gattService.getCharacteristic(mCharacteristicUUID);
//获取特定特征成功
if（gattCharacteristic != null）{
//写入你需要传递给外设的特征值（即传递给外设的信息）
gattCharacteristic.setValue(bytes);
//通过GATt实体类将，特征值写入到外设中。
mBluetoothGatt.writeCharacteristic(gattCharacteristic);
//如果只是需要读取外设的特征值：
//通过Gatt对象读取特定特征（Characteristic）的特征值
String readValue = mBluetoothGatt.readCharacteristic(gattCharacteristic);
}
}else{
//获取特定服务失败
}
);
}
}
｝
复制代码当成功读取特征值时，会触发BluetoothGattCallback#onCharacteristicRead()回调。
@Override
public void onCharacteristicRead(BluetoothGatt gatt, BluetoothGattCharacteristic characteristic, int status) {
super.onCharacteristicRead(gatt, characteristic, status);
if (status == BluetoothGatt.GATT_SUCCESS) {
//获取读取到的特征值
characteristic.getValue()
｝
}
复制代码当成功写入特征值到外设时，会触发BluetoothGattCallback#onCharacteristicWrite()回调。
@Override
public void onCharacteristicWrite(BluetoothGatt gatt, BluetoothGattCharacteristic characteristic, int status) {
super.onCharacteristicWrite(gatt, characteristic, status);
if (status == BluetoothGatt.GATT_SUCCESS) {
//获取写入到外设的特征值
characteristic.getValue()
｝
}
复制代码当写入完特征值后，外设会修改自己的特征值，手机会触发BluetoothGattCallback#onCharacteristicChanged()方法，进行双向通信。
@Override
public void onCharacteristicChanged(BluetoothGatt gatt, BluetoothGattCharacteristic characteristic) {
if (status == BluetoothGatt.GATT_SUCCESS) {
//获取外设修改的特征值
String value = characteristic.getValue()
//对特征值进行解析
｝
｝
复制代码4、断开连接
断开连接的操作分为两步：
1、mBluetoothGatt.disconnect();
2、mBluetoothGatt.close();
调用disconnect()后，会触发手机会触发BluetoothGattCallback#onConnectionStateChange()的回调，回调断开连接信息，newState = BluetoothProfile.STATE_DISCONNECTED。但接着马上调用close()，会终止BluetoothGattCallback#onConnectionStateChange()的回调，可以看情况将两个进行拆分调用，但一般都是成对出现。
例如：
需要在外设修改特征值触发BluetoothGattCallback#onCharacteristicChanged()时，断开连接。可以先在BluetoothGattCallback#onCharacteristicChanged()中调用disconnect(),并等调用BluetoothGattCallback#onConnectionStateChange()回调，返回断开连接信息后，再调用close()对Gatt资源进行关闭。
当和外设进行ble通信时，如出现任何意外情况，马上调用断开连接操作。
