[Bluetooth]: android 平台上BLE连接流程之优化方案

  这是一篇关于之前工作成果的补记。我之前在一家可穿戴设备公司工作，主要工作之一是帮助改进和维护本司的android手机App和本司可穿戴设备（下文简称设备）之间蓝牙通信性能。曾经有一个性能问题困扰了公司很久，就是android手机app和设备之间的(蓝牙)同步成功率很低。相比于iOS手机App和所有设备之间轻松90%+的同步成功率，我们的Android App和各种设备的同步成功率仅仅70%~80%，GoogleStore上面用户对于我们app的差评一半以上跟“设备难以同步”有关。 于是公司决心彻底解决这个问题，我被征调以技术攻关。在经过了不断的尝试后，我们终于比较圆满的解决了这个问题。

  首先当然是分析问题。我们对android用户同步失败的具体环节在代码里做了追踪，分析了至少前后半年的数据。我们发现在所有失败原因里，连接失败大约占六到七成，其余的包括扫描超时，连接参数设置失败，蓝牙读取文件失败等等。所以，我们的重点自然是蓝牙连接失败。在网上能够搜到有关Android平台上蓝牙性能不好的很多帖子，基本没有形成立竿见影的解决方案。我只好去看代码，反复阅读我们自己App调用蓝牙的代码，以及android.bluetooth API的实现代码。android蓝牙调用连接的示例代码很简单，扫描获取一个BluetoothDevice 后，调用它的connectGatt()方法，会返回一个BluetoothGatt。之后这个连接上的所有操作，包括连接状态变化，关闭连接，读写文件等，都在这个BluetoothGatt上操作。

public class BluetoothDevice {
...
public BluetoothGatt connectGatt(Context context, boolean autoConnect, BluetoothGattCallback callback)
}

我注意到我们App的旧代码中也有对于初次连接失败的处理，它调用了BluetoothGatt.connect()

public class BluetoothGatt {
...
public boolean connect()
}

也就是直接在同样一个BluetoothGatt上继续再发起一次连接。可惜我们的追踪代码显示，这里的尝试重连在实际中的成功率非常之低，近乎无效。 显然我们面临的问题，现在变成了如何设计一个性能更好的连接(重连)逻辑。

  第一处引起我怀疑的就是旧代码中的重连函数调用。基于以前在网络编程方面的经历，我觉得BluetoothGatt的行为和TCP/IP的socket很像。socket在通信信道的两端各有一个，如果有异常发生，那么一方就关闭自己的socket，对端也会相应关闭socket。在C/S架构下，client向server重新发起连接，server收到后创建一个新的socket进行通信。所以，我觉得在每次重连时，应该使用一个全新的BluetoothGatt, 即调用BluetootDevice.connectGatt(Context, boolean, BluetoothGattCallback)，而不是继续使用旧的BluetoothGatt.connect()。

  接着，考虑到蓝牙连接失败在代码形式上分两种，要么是callback迟迟无返回导致超时，要么是callback返回错误结果。这样我们需要一个蓝牙连接成功耗时的经验值。 于是我们写了一个android上的小工具，反复向设备发起连接，建立连接后简单读取信息，关闭连接，再重连。基于重复多次的实验中重新成功连接的耗时分布，得到我们需要的连接耗时经验值。

  另外，我们在网上搜到了一些帖子，建议Android上在蓝牙关闭一个旧连接，发起一个新连接之间，最好留出一定的延时。我们也把这项参数加入了测试工具中，反复实验不同时间间隔下重连的成功率。

综合以上的思路，我们得到了如下的蓝牙重连逻辑：

新的蓝牙连接逻辑包括：在整个connect()方法内部，设有一个最多内部重连次数的参数，和一个总运行时间的参数，两参数均可配置；在每次内部尝试连接时，首先更新BluetoothGatt对象；在需要关闭一个蓝牙连接时，先“断开”，再“关闭”；在每次对BluetoothGatt连接，(蓝牙)握手，断开的单独调用中，都添加了超时控制。

  当然，在实际运行中，还会有一些事先没想到的情况。比如，internalConnect()如果当次连接成功后，如何防止connectTimer在唤醒后的干扰？是去立即终止这个timer呢，还是别的办法？ 这个问题留给读者自己去思考吧。

结局：很幸运，这个解决方案在上线后效果出乎意料的好。仅仅因为这一版改动，我们的Android设备(蓝牙)同步成功率就上升到90%以上，终于能和iOS设备的同步成功率持平了，Thank Godness!