1. 介紹
本篇主要基于 Android 官方的低功耗藍牙連接服務。
講解如何通過 UUID 連接藍牙設備。如果你針對 GATT 服務不太了解。那么這篇應該能夠稍微幫助到你。
官方文檔地址：https://developer.android.google.cn/guide/topics/connectivity/bluetooth-le?hl=zh_cn#connect
2. 概念
如果是老用戶了，那么就應該知道曾經藍牙設備是一個高耗電的部件。根本不可能長時間開啟。而在藍牙4.0版本之后，藍牙的通訊，耗電，抗干擾都得到了顯著提升。同時藍牙成本也得到了降低。
然后才有了我們現在的各種穿戴設備例如手環，藍牙耳機，藍牙電子秤，藍牙音箱等等的爆發。
同時，其他工業或者外置設備也都開始大量支持藍牙通訊。因為能耗和成本降低了。
針對低功耗藍牙通訊，Android 4.3（API 18）開始引入了 BLE 庫。我們可以直接使用 Android SDK 中的藍牙 BLE 庫，而不用額外導入依賴庫。
以前開發藍牙通訊，還需要實現藍牙配對。需要主動跳轉到手機設置界面進行PIN碼配對，然后配對通過之后才能進行藍牙鏈接。
而使用BLE庫，我們可以直接通過藍牙設備的UUID進行連接（通過GATT服務），在當前應用內就能直接連接了。而不用通過系統設置。
市面上的各種手環的自動匹配鏈接，電子秤的自動連接等等都是通過GATT進行通訊和鏈接的。
2.1 術語
- GATT：全稱為：Generic Attribute Profile，翻譯為：通用屬性配置文件。GATT 配置文件是一種通用規范，內容針對在 BLE 鏈路上發送和接收稱為“屬性ATT”的簡短數據片段。目前所有低功耗應用配置文件均以 GATT 為基礎。
- ATT：全稱為：Attribute Protocol，翻譯為：屬性協議。它是 GATT 的構建基礎，二者的關系也被稱為 GATT/ATT。每個屬性均由通用唯一標識符 (UUID) 進行唯一標識，后者是用于對信息進行唯一標識的字符串 ID 的 128 位標準化格式。由 ATT 傳輸的屬性采用特征和服務格式。
- 特征 Characteristic： 特征包含一個值和 0 至多個描述特征值的描述符。您可將特征理解為類型，后者與類類似。
- 描述符：描述符是描述特征值的已定義屬性。例如，描述符可指定人類可讀的描述、特征值的可接受范圍或特定于特征值的度量單位。
- Service — 服務是一系列特征。例如，您可能擁有名為“心率監測器”的服務，其中包括“心率測量”等特征。
以上術語的介紹來源于Android官網
2.2 通訊過程
假如我們有一個藍牙外置設備（Device），然后有一個支持藍牙的移動設備（Phone）。兩者之間的通訊方式步驟是：
- Device 開啟藍牙。（通常這些設備都是開機之后，就默認開啟藍牙了）
- Phone 開啟藍牙。
- Phone 發現 Device。
- Phone 與 Device 創建藍牙連接。
- Phone 創建 Gatt 客戶端，與 Device Gatt 服務端連接。
- Phone 通過 Gatt 服務功能獲取 Device 中的消息，并發送消息給 Device 設備。
整個過程就是這樣的。下面我也將按照這個通訊過程進行介紹。
3.開發
基于我的使用情況，從無到有的介紹，完整的藍牙開發配置過程。給大家一個參考
語言主要為 Java
3.1 權限
要在應用中使用藍牙功能，必須聲明 BLUETOOTH 藍牙權限。需要此權限才能執行任何藍牙通信，例如請求連接、接受連接和傳輸數據等。
同時，還需要位置權限。因為藍牙 LE 信標通常與位置相關聯。如果不開啟 ACCESS_FINE_LOCATION 權限。那么我們將會無法發現藍牙設備。
也就是執行藍牙掃描 API 無法得到任何結果（PS：：Logcat 中的錯誤日志會告訴你，要開啟位置權限，否則無法掃描發現藍牙設備）。
<!-- 藍牙搜索配對 -->
<uses-permission android:name="android.permission.BLUETOOTH" />
<uses-permission android:name="android.permission.ACCESS_COARSE_LOCATION" />
<uses-permission android:name="android.permission.ACCESS_FINE_LOCATION" />
<uses-permission android:name="android.permission.BLUETOOTH_ADMIN" />
<uses-permission android:name="android.permission.BLUETOOTH_SCAN" />
<!-- 操縱藍牙的開啟-->
<uses-permission android:name="android.permission.BLUETOOTH_CONNECT" />
<!-- 如果應用必須安裝在支持藍牙的設備上，可以將下面的required的值設置為true。-->
<uses-feature
android:name="android.hardware.bluetooth_le"
android:required="false" />
其中 android.permission.ACCESS_FINE_LOCATION? 是高版本API 28 權限。如果要支持更低版本，就需要申請<uses-permission android:name="android.permission.ACCESS_COARSE_LOCATION" />。
如果要執行藍牙掃描功能，我們需要申請：<uses-permission android:name="android.permission.BLUETOOTH_SCAN" />權限
如果要執行藍牙鏈接，開關藍牙。需要申請：<uses-permission android:name="android.permission.BLUETOOTH_CONNECT" />權限
而上面兩個權限呢，是在 API 31 上才有效。而低版本就是申請：
<uses-permission android:name="android.permission.BLUETOOTH_ADMIN" />權限也就夠了。
權限配置完畢之后，就是代碼開發了。
不管是高版本，還是低版本。將權限都申請可以說最穩妥了。
3.2 檢測設備是否支持藍牙
通常情況下，手機是有藍牙的。而我們如果在其他 Android 系統的設備中，例如TV，平板，一體機等等。是否有藍牙還真不能完整保證。
如果不確定的情況下，那么可以通過以下代碼檢查 BLE 的可用性。
@Override
protected void onCreate(@Nullable Bundle savedInstanceState) {
super.onCreate(savedInstanceState);
if (!getPackageManager().hasSystemFeature(PackageManager.FEATURE_BLUETOOTH_LE)) {
//不支持藍牙設備
finish();
} else {
//支持藍牙設備
}
藍牙是否開啟都不影響檢查結果。它檢查的是設備是否有藍牙功能，而不是藍牙是否啟動，下面會介紹如何判斷藍牙是否啟動
3.3 開啟藍牙
當我們設備也支持藍牙了，權限也配置了。下一步就是獲取 BluetoothAdapter 對象了。
final BluetoothManager bluetoothManager =(BluetoothManager) getSystemService(Context.BLUETOOTH_SERVICE);
BluetoothAdapter bluetoothAdapter = bluetoothManager.getAdapter();
我們后續控制藍牙的狀態，都是通過該方法實現的。
首先，檢測藍牙是否開啟?？梢酝ㄟ^isEnabled()方法進行檢測：
if (bluetoothAdapter == null || !bluetoothAdapter.isEnabled()) {
//開啟設備的藍牙鏈接
bluetoothAdapter.enable();//開啟藍牙
//動態判斷是否擁有位置權限ACCESS_COARSE_LOCATION 或ACCESS_FINE_LOCATION ，然后再執行藍牙掃描
} else {
//動態判斷是否擁有位置權限ACCESS_COARSE_LOCATION 或ACCESS_FINE_LOCATION，然后再執行藍牙掃描
}我們其實可以直接使用bluetoothAdapter.enable()開啟藍牙。當藍牙沒有開啟時，我們可以直接開啟藍牙。
這個方法的結果，并不是實時返回的。我們如果要知道藍牙是否開啟，需要監聽藍牙狀態的廣播才行。下面會介紹廣播監聽。
PS：這個方法需要android.Manifest.permission.BLUETOOTH_CONNECT 權限才能使用。
官方是建議我們通過Intent讓系統設置進行開啟藍牙的。
if (bluetoothAdapter == null || !bluetoothAdapter.isEnabled()) {
Intent enableBtIntent = new Intent(BluetoothAdapter.ACTION_REQUEST_ENABLE);
startActivityForResult(enableBtIntent, REQUEST_ENABLE_BT);
}但是現在startActivityForResult方法已經過時。我們可以使用Launcher來調用：
ActivityResultLauncher<Intent> launcher = registerForActivityResult(new ActivityResultContracts.StartActivityForResult(), result -> {
if (result.getResultCode() == RESULT_OK) {
//處理返回結果
}
});上面的 launcher?需要在Activity? 的 onCreate 方法中初始化。然后在需要進行藍牙設置界面啟動的地方配置：
Intent enableBtIntent = new Intent(BluetoothAdapter.ACTION_REQUEST_ENABLE); //創建一個藍牙啟動的意圖
launcher.launch(enableBtIntent);//使用launcer啟動這個意圖就可以了。
我們如果使用bluetoothAdapter.enable();?時Android Studio出現代碼錯誤警告，可以在該代碼使用的方法中添加：@SuppressLint("MissingPermission")注解。
3.4 廣播監聽
其實這個廣播監聽，是否需要。根據大家實際情況來定。不一定需要。
首先，創建一個動態廣播對象：
public class BluetoothFoundReceiver extends BroadcastReceiver {
@Override
public void onReceive(Context context, Intent intent) {
String action = intent.getAction();
//監聽藍牙狀態之后，發送消息
try {
if (BluetoothAdapter.ACTION_DISCOVERY_STARTED.equals(action)) {
//開始掃描
} else if (BluetoothAdapter.ACTION_DISCOVERY_FINISHED.equals(action)) {
//結束掃描
} else if (BluetoothDevice.ACTION_FOUND.equals(action)) {
//發現設備,每掃碼到一個設備，都會觸發一次
BluetoothDevice device = intent.getParcelableExtra(BluetoothDevice.EXTRA_DEVICE);
//我們可以得到藍牙設備
} else if (action.equals(BluetoothAdapter.ACTION_STATE_CHANGED)) {
//藍牙開關狀態
int statue = bluetoothAdapter.getState();
switch (statue) {
case BluetoothAdapter.STATE_OFF:
Log.e(TAG, "藍牙狀態：,藍牙關閉");
break;
case BluetoothAdapter.STATE_ON:
Log.e(TAG, "藍牙狀態：,藍牙打開");
break;
case BluetoothAdapter.STATE_TURNING_OFF:
Log.e(TAG, "藍牙狀態：,藍牙正在關閉");
break;
case BluetoothAdapter.STATE_TURNING_ON:
Log.e(TAG, "藍牙狀態：,藍牙正在打開");
break;
}
}
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
}然后進行廣播注冊：
bluetoothFoundReceiver = new BluetoothFoundReceiver();
IntentFilter filter = new IntentFilter();
filter.addAction(BluetoothAdapter.ACTION_STATE_CHANGED);//連接藍牙，斷開藍牙
filter.addAction(BluetoothDevice.ACTION_FOUND);//找到設備的廣播
filter.addAction(BluetoothAdapter.ACTION_DISCOVERY_FINISHED);//搜索完成的廣播
filter.addAction(BluetoothDevice.ACTION_BOND_STATE_CHANGED);//狀態改變 配對開始時，配對成功時
registerReceiver(bluetoothFoundReceiver, filter);
注冊完畢后，在onDestroy方法中需要注銷注冊：
@Override
protected void onDestroy() {
if (bluetoothFoundReceiver != null)
unregisterReceiver(bluetoothFoundReceiver); //停止監聽
super.onDestroy();
}
其實，我們只需要藍牙狀態的監聽就可以了BluetoothAdapter.ACTION_STATE_CHANGED 其他的設備查找，配對?？梢圆挥?，因為觸發到廣播的設備查找效率太低，而且多次重復查找時，還會出現耗時變長。設備無法查找到的情況。
3.5 藍牙設備查找
官方文檔上推薦的查找方式是：
bluetoothAdapter.startLeScan(leScanCallback); //查找
bluetoothAdapter.stopLeScan(leScanCallback); //停止查找
可是現在這個方法也過時了。替換方法是：
BluetoothLeScanner scanner = bluetoothAdapter.getBluetoothLeScanner();
//不進行權限驗證
ScanCallback callback = new ScanCallback() {
@Override
public void onScanResult(int callbackType, ScanResult result) {
BluetoothDevice device = result.getDevice();//得到設備
// Log.e(TAG, "發現設備" + device.getName());
}
@Override
public void onScanFailed(int errorCode) {
super.onScanFailed(errorCode);
Log.e(TAG, "搜索錯誤" + errorCode);
}
};
scanner.startScan(callback);
onScanResult方法是一個在子線程觸發的回調，我們不能在該方法中直接操作UI對象。
其次，掃描到一個藍牙設備就會觸發一次消息回調。我們可以得到一個BluetoothDevice對象。 也就是說這個方法中會觸發多次回調，
所以建議，在掃描到我們的藍牙設備之后，主動調用scanner.stopScan(callback);停止掃描。
PS：這種查找方式，不會觸發藍牙的遍歷廣播。我們如果開啟廣播進行監聽設備掃描情況。如果通過startScan方法，廣播中不會有回調。
上面是一個通用搜索模式，我們還可以配置自己的過濾條件。例如：
ScanFilter sn =new ScanFilter.Builder().setDeviceName("藍牙設備的名稱").setServiceUuid(ParcelUuid.fromString("我們的設備的Service UUID")).build();
List<ScanFilter> scanFilters=new ArrayList<>();
scanFilters.add(sn);
scanner.startScan(scanFilters, new ScanSettings.Builder().build(),callback);其中ScanFilter?對象，我們可以配置我們想查找的藍牙設備的信息?？梢允莝etDeviceName，setServiceUuid，setDeviceAddress，setServiceSolicitationUuid等。
ScanSettings對象是可以定義我們的掃描模式，通過配置該項可以提高掃描效率。
默認情況下，執行的是：SCAN_MODE_LOW_POWER在低功耗模式下執行藍牙LE掃描。 這是默認的掃描模式，因為它消耗最少的電量。
3.5.1 startDiscovery
如果上面的方法還不滿足我們的情況，可以使用：
if (bluetoothAdapter.isDiscovering()) {//是否在掃描
bluetoothAdapter.cancelDiscovery(); //停止掃描
}
//查找藍牙
bluetoothAdapter.startDiscovery();我們可以直接使用bluetoothAdapter進行掃描。這個方法觸發之后是由系統進行藍牙掃描。就和我們在手機的設置界面中點擊藍牙掃描一樣。
上面的這個方法沒有回調，因為所有的藍牙設備的發現都將通過廣播事件進行傳遞。
需要通過我上面的廣播監聽介紹的內容。進行實時獲取到掃描到的設備。
使用上面的方法有幾個缺點：
1.效率慢，耗時很長。
2.重復掃描會失敗。不能說是失敗了，而是系統會將重復掃描的請求進行阻止，關鍵的問題在于這個阻止操作是手機廠商定制的。
PS：不管是BluetoothLeScanner? 還是bluetoothAdapter.startDiscovery() 去查找藍牙設備。都不建議一直重復掃描。否則會出現無法掃描到設備，沒有任何掃描結果等等情況。因為掃描是一個耗時耗電的操作。
3.6 鏈接Gatt
當我們掃描到了藍牙設備之后，就會獲取到BluetoothDevice?對象。然后我們通過BluetoothDevice?對象創建GATT服務進行后續的藍牙通訊。
BluetoothDevice device;// 當我們通過掃描得到device對象之后，進行Gatt服務創建
BluetoothGatt bluetoothGatt = device.connectGatt(this, false, gattCallback);
第一個傳參context沒有什么可以介紹的。
第二個傳參autoConnect:是一個boolean值對象，false代表直接連接到藍牙設備。true代表在藍牙設備可用時自動連接。
第三個參數BluetoothGattCallback 是Gatt服務的各種回調了。
我們通過gattCallback回調的內容，來得到與藍牙設備的鏈接狀態，數據通信內容等。
下面來詳細介紹下BluetoothGattCallback對象的幾個方法。
String SERVICE_UUID="00000-000000-000000-000000";//這個是我要鏈接的藍牙設備的ServiceUUID
BluetoothGattCallback gattCallback = new BluetoothGattCallback() {
//GATT的鏈接狀態回調
@Override
public void onConnectionStateChange(BluetoothGatt gatt, int status, int newState) {
super.onConnectionStateChange(gatt, status, newState);
if (newState == BluetoothProfile.STATE_CONNECTED) {
gatt.discoverServices();
Log.v(TAG, "連接成功");
} else if (newState == BluetoothProfile.STATE_DISCONNECTED) {
Log.e(TAG, "連接斷開");
} else if (newState == BluetoothProfile.STATE_CONNECTING) {
//TODO 在實際過程中，該方法并沒有調用
Log.e(TAG, "連接中....");
}
}
//獲取GATT服務發現后的回調
@Override
public void onServicesDiscovered(BluetoothGatt gatt, int status) {
if (status == BluetoothGatt.GATT_SUCCESS) {
Log.e(TAG, "GATT_SUCCESS"); //服務發現
for (BluetoothGattService bluetoothGattService : gatt.getServices()) {
Log.e(TAG, "Service_UUID" + bluetoothGattService.getUuid()); // 我們可以遍歷到該藍牙設備的全部Service對象。然后通過比較Service的UUID，我們可以區分該服務是屬于什么業務的
if (SERVICE_UUID.equals(bluetoothGattService.getUuid().toString())) {
for (BluetoothGattCharacteristic characteristic : bluetoothGattService.getCharacteristics()) {
prepareBroadcastDataNotify(gatt, characteristic); //給滿足條件的屬性配置上消息通知
}
return;//結束循環操作
}
}
} else {
Log.e(TAG, "onServicesDiscovered received: " + status);
}
}
//藍牙設備發送消息后的自動監聽
@Override
public void onCharacteristicChanged(BluetoothGatt gatt, BluetoothGattCharacteristic characteristic) {
// readUUID 是我要鏈接的藍牙設備的消息讀UUID值，跟通知的特性的UUID比較。這樣可以避免其他消息的污染。
if (READ_UUID.equals(characteristic.getUuid().toString())) {
try {
String chara = new String(characteristic.getValue(), "UTF-8");
Log.e(TAG, "消息內容:" + chara);
} catch (UnsupportedEncodingException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
};
我們可以通過鏈接成功和鏈接斷開。來判斷我們當前與藍牙設備的通訊狀態。
當我們比對Service?的UUID成功之后， 我們就可以獲取Service的Characteristic對象。該對象也就是特征。通過注冊特征來實現消息的監聽和發送業務。
3.7 注冊消息監聽-setCharacteristicNotification
@SuppressLint("MissingPermission")
private void prepareBroadcastDataNotify(BluetoothGatt mBluetoothGatt, BluetoothGattCharacteristic characteristic) {
Log.e(TAG, "CharacteristicUUID:" + characteristic.getUuid().toString());
int charaProp = characteristic.getProperties();
//判斷屬性是否支持消息通知
if ((charaProp | BluetoothGattCharacteristic.PROPERTY_NOTIFY) > 0) {
BluetoothGattDescriptor descriptor =
characteristic.getDescriptor(UUID.fromString(UUIDManager.READ_DEDSCRIPTION_UUID));
if (descriptor != null) {
//注冊消息通知
mBluetoothGatt.setCharacteristicNotification(characteristic, true);
descriptor.setValue(BluetoothGattDescriptor.ENABLE_NOTIFICATION_VALUE);
mBluetoothGatt.writeDescriptor(descriptor);
}
}
}在上面的示例中：READ_DEDSCRIPTION_UUID = "00002902-0000-1000-8000-00805f9b34fb" 是固定的，不管你鏈接什么樣的藍牙設備。
在注冊消息監聽，都是使用UUID值是00002902-0000-1000-8000-00805f9b34fb進行的。這個是Android系統保留的。用于動態監聽的。
你如果不想使用這個動態監聽。就需要自己寫線程主動去輪詢獲取到藍牙設備發送過來的消息了。
到這里，我們其實就能夠實現藍牙設備的實時監聽，并得到消息內容了。
3.8 寫數據到藍牙設備中
我們如果想將內容推送到藍牙設備中，在發現服務的時候onServicesDiscovered 遍歷特性中，確保是用于寫消息的特性對象后。選擇持有該特性，然后通過：
String data ="0x12";
BluetoothGattCharacteristic writeCharact = bluetoothGattService.
getCharacteristic(UUID.fromString(WRITE_UUID));
//查找UUID是寫的特性，并檢測是否擁有寫權限
if (writeCharact == null || writeCharact.getProperties() != BluetoothGattCharacteristic.PROPERTY_WRITE) {
return ;//該特性沒有寫的權限。所以無法傳入
}
// 當數據傳遞到藍牙之后
// 會回調BluetoothGattCallback里面的write方法
writeCharact.setWriteType(BluetoothGattCharacteristic.WRITE_TYPE_NO_RESPONSE);
// 將需要傳遞的數據轉為16進制數
writeCharact.setValue(data);
bluetoothGatt.writeCharacteristic(writeCharact);
3.9 關閉連接
當藍牙通訊結束，或者界面關閉時。我們需要關閉GATT服務，減少資源占用。
if (bluetoothGatt != null) {
bluetoothGatt.close();
bluetoothGatt.disconnect();
bluetoothGatt = null;
}也可以關閉BluetoothGattCallback 的回調監聽：
gattCallback.disConnectBlue();//關閉GATT服務回調監聽
4. 小結
到這里藍牙的鏈接和讀取就結束了。
我們通過bluetoothAdapter 查找到藍牙設備之后，再通過GATT服務進行藍牙設備與手機之間的配對。直接比對UUID，而不再需要PIN碼進行配對了。
（PS：有些安全性要求比較高的設備，還是會需要主動進行PIN碼配對。PIN配隊就只能通過系統設備界面中的藍牙功能項進行操作了。）
通過GATT服務連接成功后。就可以查詢該Server下的各種特性了，不同的特性對應了一個功能。有發消息的特性，也有用于收消息的特性。
同時一個藍牙設備對象，可能有多種服務功能。
如果不想自己寫線程變量輪詢設備發送過來的消息，就通過注冊消息監聽。讓BLE框架幫我們進行輪詢之后，再通知到我們。
