Android BLE 的扫描配对、连接流程梳理
Android BLE（Bluetooth Low Energy，低功耗蓝牙）连接流程涉及多个步骤，主要包括扫描、配对、连接三个阶段。以下是详细的流程梳理：
一、前提条件
1.1. 设备支持：确保Android设备支持BLE功能。从Android 4.3（API 级别 18）开始，Android系统内置了对BLE的支持。
1.2. 权限申请：在AndroidManifest.xml中申请必要的权限，包括BLUETOOTH、BLUETOOTH_ADMIN、BLUETOOTH_SCAN和BLUETOOTH_CONNECT等。
1.3. 动态权限请求：对于Android 6.0（API 级别 23）及以上版本，还需要在运行时请求位置权限（ACCESS_COARSE_LOCATION或ACCESS_FINE_LOCATION），因为从Android 6.0开始，蓝牙扫描需要位置权限。
二、扫描BLE设备
在BLE建立连接之前，需要进行设备之间的扫描。BLE扫描主要分为两种模式：主动扫描（Active Scanning）和被动扫描（Passive Scanning）。这两种扫描模式在功耗、扫描范围和响应方式上存在显著差异。
2.1.BLE扫描的模式
2.1.1. 主动扫描（Active Scanning）
特点：
- 主动扫描模式下，扫描设备会主动发送扫描请求（Scan Request）给周围的BLE广播设备。
- 收到扫描请求的BLE设备会响应一个扫描响应（Scan Response），其中可能包含设备的名称、服务UUID等额外信息。
- 由于需要发送和接收数据，主动扫描的功耗相对较高，但能够获取更详细的设备信息。
应用场景：
- 适用于需要快速发现并连接BLE设备的场景，如蓝牙音箱、蓝牙耳机等外设的配对连接。
- 在需要获取设备额外信息的情况下，主动扫描是更合适的选择。
2.1.2. 被动扫描（Passive Scanning）
特点：
- 被动扫描模式下，扫描设备仅监听周围的BLE广播信号，不发送任何扫描请求。
- 因此，它只能接收到BLE设备广播的广告包（Advertising Packet），这些数据包中通常包含设备的MAC地址（但注意在BLE 5.0及以后版本中，出于隐私考虑，设备地址可能被随机化）、设备名称的一部分等信息。
- 被动扫描的功耗较低，因为不需要发送数据，但可能无法获取到设备的全部信息。
应用场景：
- 适用于低功耗要求的场景，如物联网设备（IoT）的监控和发现。
- 当仅需要快速检测周围BLE设备的存在，而不需要详细信息时，被动扫描是更优的选择。
2.1.3. 注意事项
- 在Android系统中，特别是在Android 6.0及以上版本，由于系统对后台应用进行了更严格的限制，BLE扫描在后台运行时可能会受到更多限制。
- 在熄屏状态下，Android系统可能会将BLE扫描限制为低功耗模式，即只能进行被动扫描。
- 实际开发中需要根据应用的实际需求和用户场景，选择合适的扫描模式。
2.2. 扫描流程的主要步骤
2.2.1. 获取蓝牙适配器
通过BluetoothManager获取BluetoothAdapter对象。使用BluetoothAdapter的isEnabled()方法来检查蓝牙是否已经开启。
BluetoothAdapter bluetoothAdapter = BluetoothAdapter.getDefaultAdapter();
if (bluetoothAdapter == null || !bluetoothAdapter.isEnabled()) {
// 蓝牙未开启
}2.2.2. 开启蓝牙
如果蓝牙未开启，可以通过启动一个Intent来请求用户启用蓝牙。这通常会导致系统显示一个对话框，询问用户是否允许启用蓝牙。
if (!bluetoothAdapter.isEnabled()) {
Intent enableBtIntent = new Intent(BluetoothAdapter.ACTION_REQUEST_ENABLE);
startActivityForResult(enableBtIntent, REQUEST_ENABLE_BT);
}其中，REQUEST_ENABLE_BT是一个自定义的请求码，用于在onActivityResult()方法中识别这个特定的请求。这样，当用户响应蓝牙启用请求后，应用就可以知道用户是否允许了蓝牙的启用。
2.2.3. 处理用户响应并开始扫描
重写onActivityResult()方法来处理用户对蓝牙启用请求的响应。
@Override
protected void onActivityResult(int requestCode, int resultCode, Intent data) {
if (requestCode == REQUEST_ENABLE_BT) {
if (resultCode == Activity.RESULT_OK) {
// 蓝牙已启用，继续执行BLE操作
} else {
// 用户拒绝了蓝牙的启用，处理这种情况
Toast.makeText(this, "蓝牙未开启，无法继续操作", Toast.LENGTH_SHORT).show();
}
}
super.onActivityResult(requestCode, resultCode, data);
}如果用户允许了蓝牙的启用，可以继续执行BLE扫描和连接操作。使用BluetoothAdapter的getBluetoothLeScanner()方法获取BluetoothLeScanner对象，并调用其startScan()方法开始扫描BLE设备。可以设置扫描参数，如扫描模式（SCAN_MODE_LOW_LATENCY、SCAN_MODE_BALANCED、SCAN_MODE_LOW_POWER）和报告延迟等。
BluetoothLeScanner 类是用于执行BLE设备扫描的核心类，该类中的startScan方法允许以更灵活和强大的方式开始BLE设备的扫描。可以指定扫描过滤器（ScanFilter）、扫描设置（ScanSettings）以及扫描回调（ScanCallback），以便在发现设备时接收通知。
以下是startScan方法的一些重载版本及其简要说明：
-
带有扫描回调的startScan(List
filters, ScanSettings settings, ScanCallback callback) ：这是最常用的版本，它允许指定一个或多个扫描过滤器（用于匹配特定的设备广告数据），扫描设置（如扫描模式、报告延迟等），以及一个扫描回调（用于接收扫描结果）。 示例用法：
List filters = new ArrayList<>();
// 可以根据需要添加ScanFilter到列表中
ScanSettings settings = new ScanSettings.Builder()
.setScanMode(ScanSettings.SCAN_MODE_LOW_LATENCY) // 设置扫描模式
.setCallbackType(ScanSettings.CALLBACK_TYPE_ALL_MATCHES) // 设置回调类型
.build();
ScanCallback scanCallback = new ScanCallback() {
@Override
public void onScanResult(int callbackType, ScanResult result) {
super.onScanResult(callbackType, result);
// 处理扫描结果
}
@Override
public void onBatchScanResults(List results) {
super.onBatchScanResults(results);
// 处理批量扫描结果（如果启用了批量扫描）
}
@Override
public void onScanFailed(int errorCode) {
super.onScanFailed(errorCode);
// 处理扫描失败的情况
}
};
bluetoothLeScanner.startScan(filters, settings, scanCallback); -
带有PendingIntent的
startScan(List（不常用）：filters, ScanSettings settings, PendingIntent callbackIntent)
这个版本的startScan方法通过PendingIntent来接收扫描结果，这种方法允许应用在不直接运行的情况下（例如，当应用处于后台或被系统挂起时），通过广播接收器（Broadcast Receiver）或其他方式接收扫描到的BLE设备信息。然而，在大多数情况下，直接使用ScanCallback会更简单、更直接。
下面是一个基本的示例：首先，需要创建一个 PendingIntent，它指向一个能够接收扫描结果的广播接收器（Broadcast Receiver）：
Intent intent = new Intent(context, YourBroadcastReceiver.class);
PendingIntent pendingIntent = PendingIntent.getBroadcast(context, 0, intent, PendingIntent.FLAG_UPDATE_CURRENT);然后，使用 startScan 方法，并传入扫描过滤器、扫描设置和上面创建的 PendingIntent：
List filters = new ArrayList<>();
// 如果需要，可以向filters列表中添加ScanFilter
ScanSettings settings = new ScanSettings.Builder()
.setScanMode(ScanSettings.SCAN_MODE_LOW_LATENCY)
.build();
bluetoothLeScanner.startScan(filters, settings, pendingIntent); 在广播接收器中，需要处理接收到的扫描结果。但是，需要注意的是，BLE扫描的 PendingIntent 并不直接传递扫描结果作为Intent的额外数据（extras）。相反，当扫描到匹配的设备时，系统会发送一个带有特定动作（action）的广播，而广播接收器需要监听这个action，并可能需要通过其他方式（如查询最新的扫描结果）来获取具体的设备信息。
2.2.4. 处理扫描结果
通过BluetoothLeScanner.ScanCallback的onScanResult(int callbackType, ScanResult result)回调中，可以处理扫描到的BLE设备信息。这个回调方法会在每次扫描到新的BLE设备或已扫描到的设备更新了其广播数据时被调用。以下是如何在onScanResult回调中处理BLE设备信息的基本步骤：
ScanCallback scanCallback =
new ScanCallback() {
@Override
public void onScanResult(int callbackType, ScanResult result) {
if (callbackType != ScanSettings.CALLBACK_TYPE_ALL_MATCHES) {
// Should not happen.
Log.e(TAG, "LE Scan has already started");
return;
}
ScanRecord scanRecord = result.getScanRecord();
if (scanRecord == null) {
return;
}
if (serviceUuids != null) {
List uuids = new ArrayList();
for (UUID uuid : serviceUuids) {
uuids.add(new ParcelUuid(uuid));
}
List scanServiceUuids = scanRecord.getServiceUuids();
if (scanServiceUuids == null
|| !scanServiceUuids.containsAll(uuids)) {
if (DBG) {
Log.d(TAG, "uuids does not match");
}
return;
}
}
callback.onLeScan(
result.getDevice(), result.getRssi(), scanRecord.getBytes());
}
}; 2.2.5. 停止扫描
在适当的时候（比如找到了目标设备或者用户请求停止扫描时），调用BluetoothLeScanner的stopScan()方法来停止扫描。这有助于减少不必要的功耗，并避免在不再需要时继续接收扫描结果。
// 停止扫描
scanner.stopScan(scanCallback);注意：在上面的stopScan()调用中，scanCallback是传递给startScan()方法的同一个ScanCallback实例。然而，从Android API 21（Lollipop）开始，stopScan()方法实际上并不要传递任何参数。如果没有引用到特定的ScanCallback实例，或者只是想停止所有扫描（无论是由哪个ScanCallback触发的），可以简单地调用无参数的stopScan()方法。
// 更简单的停止扫描方式（不需要传递ScanCallback）
scanner.stopScan();实际开发中结合具体需求和Android API版本选择适当的方法。
三、配对BLE设备（可选）
BLE设备通常不需要像经典蓝牙那样进行配对，因为它们通过密钥交换来确保通信安全。但是，某些BLE设备可能要求配对或绑定操作，可以通过调用BluetoothDevice对象的createBond()方法来发起配对请求。这个过程对于需要更高安全性的通信场景尤为重要，因为配对过程中会生成并存储密钥，这些密钥在未来的连接中用于身份验证和加密通信，从而保护数据的机密性和完整性。
3.1. 配对过程
3.1.1. 发起配对请求
通过调用BluetoothDevice的createBond()方法，可以向远程蓝牙设备发起配对请求。这个方法会返回一个布尔值，但在Android中，由于配对是异步进行的，这个返回值通常不会被用来判断配对是否成功。相反，为了确定配对是否成功，需要注册一个BroadcastReceiver来监听BluetoothDevice.ACTION_BOND_STATE_CHANGED这一系统广播。当蓝牙设备的配对状态发生变化时（如从未配对变为正在配对，或从正在配对变为已配对或配对失败），系统会发送这个广播。
在BroadcastReceiver的onReceive()方法中，通过检查Intent中的BluetoothDevice.EXTRA_DEVICE和BluetoothDevice.EXTRA_BOND_STATE来获取发生状态变化的蓝牙设备和其新的配对状态。配对状态可以是以下几种之一：
BluetoothDevice.BOND_NONE：表示设备未配对。BluetoothDevice.BOND_BONDING：表示设备正在配对过程中。BluetoothDevice.BOND_BONDED：表示设备已经成功配对。
通过检查这些状态，你可以在UI中相应地更新状态，或者在配对成功后执行其他操作（如建立BLE连接）。
此外，值得注意的是，在某些情况下（如用户取消配对请求或设备不支持配对），配对可能会失败。在这些情况下，你也应该在UI中向用户显示适当的错误消息。
最后，别忘了在不再需要监听配对状态变化时注销BroadcastReceiver，以避免内存泄漏或其他潜在问题。
3.1.2. 监听配对状态
为了获知配对的状态，需要注册一个BroadcastReceiver来监听BluetoothDevice.EXTRA_BOND_STATE和BluetoothDevice.EXTRA_DEVICE这两个Intent extra来获取配对状态和相关的BluetoothDevice对象。
3.1.3. 处理配对结果
- 如果配对成功（即状态变为
BOND_BONDED），就可以安全地与该设备进行通信了。Android系统会自动保存配对信息，并在后续的连接尝试中自动使用这些信息进行身份验证。 - 如果配对失败（例如，用户拒绝了配对请求或设备不支持配对），应该在UI中向用户显示适当的错误消息，并可能提供重试配对的选项。
3.1.4. 更新UI或执行后续操作
根据配对状态，可以在UI中显示相应的消息，或者执行其他必要的操作（如尝试建立BLE连接）。
3.1.5. 注销BroadcastReceiver
当不再需要监听配对状态变化时（例如，当用户离开包含蓝牙功能的Activity时），应该注销BroadcastReceiver以避免内存泄漏。
3.2. 代码示例
下面是一个简化的代码示例，展示了如何调用createBond()方法并注册一个BroadcastReceiver来监听配对状态变化：
// 假设已经有了BluetoothDevice对象 bluetoothDevice
// 调用createBond()方法（注意：这个方法不返回配对结果）
boolean result = bluetoothDevice.createBond();
// 注意：这里的result只是表示请求是否已经被系统接收，并不表示配对是否成功
// 注册BroadcastReceiver来监听配对状态变化
IntentFilter filter = new IntentFilter(BluetoothDevice.ACTION_BOND_STATE_CHANGED);
registerReceiver(mBondStateChangeReceiver, filter);
// BroadcastReceiver的实现
private final BroadcastReceiver mBondStateChangeReceiver = new BroadcastReceiver() {
@Override
public void onReceive(Context context, Intent intent) {
final String action = intent.getAction();
if (BluetoothDevice.ACTION_BOND_STATE_CHANGED.equals(action)) {
final BluetoothDevice device = intent.getParcelableExtra(BluetoothDevice.EXTRA_DEVICE);
if (device == bluetoothDevice) {
final int state = intent.getIntExtra(BluetoothDevice.EXTRA_BOND_STATE, BluetoothDevice.BOND_NONE);
// 处理配对状态变化...
switch (state) {
case BluetoothDevice.BOND_NONE:
// 未配对
break;
case BluetoothDevice.BOND_BONDING:
// 正在配对
break;
case BluetoothDevice.BOND_BONDED:
// 已配对
break;
}
}
}
}
};
// 不要忘记在适当的时候注销BroadcastReceiver
unregisterReceiver(mBondStateChangeReceiver);3.3. 注意事项
- 并非所有BLE设备都支持配对。一些设备可能只使用基于密钥的加密（如AES加密）来保护通信，而不需要传统的配对过程。
- 配对过程可能需要用户交互，特别是在Android 6.0（API级别23）及更高版本上，由于隐私和安全性的考虑，系统可能会限制对蓝牙扫描和连接行为的访问。
- 配对信息（包括密钥）是敏感信息，应该妥善保管，并在不再需要时及时删除。然而，在Android中，一旦配对成功，通常不需要手动删除配对信息，因为系统会自动管理这些信息。但是，用户可以在系统设置中手动取消配对。
- 在实际进行BLE开发时，查阅最新的Android文档和蓝牙规范，以了解最新的安全特性和最佳实践。
四、连接BLE设备
连接到BLE设备的GATT Server并与之交互的过程，通常包括连接设备、发现服务、读写数据等步骤。以下是一个简化的流程说明，以及如何在Android应用中使用这些步骤的示例代码。
4.1. 连接到GATT Server
首先，需要有一个BluetoothDevice对象，通常是通过扫描BLE设备并选择一个来获得的。然后，可以使用connectGatt()方法来尝试连接到该设备的GATT Server。
BluetoothGatt bluetoothGatt = bluetoothDevice.connectGatt(context, false, bluetoothGattCallback);
onnectGatt方法参数和返回值的说明：
-
Context context：是一个上下文对象，用于应用级别的操作，如启动服务、发送广播或加载资源。在大多数情况下，可以使用当前的Activity或Application的上下文。 -
boolean autoConnect：这个参数指定是否应该自动连接到BLE设备。如果设置为true，则当BLE设备变为可连接状态时，系统会自动尝试连接。如果设置为false，则系统将立即尝试连接，如果BLE设备当前不可连接，则连接将失败。 -
BluetoothGattCallback callback：是一个回调接口，用于接收来自BLE设备的异步事件。这个接口包含多个回调方法，如onConnectionStateChange()（当连接状态发生变化时调用）、onServicesDiscovered()（当发现BLE设备的服务时调用）、onCharacteristicRead()（当读取特性值时调用）等。需要在实现这个接口的类中定义这些方法，以处理BLE通信中的不同事件。
-
请注意，BLE通信是异步的，因此不能在调用
connectGatt()之后立即执行特征读写等操作，而应该在onConnectionStateChange()回调中等待连接成功后再执行这些操作。同样地，在onServicesDiscovered()回调中，应该遍历发现的服务和特征，以便找到想要交互的特定特征。
4.2. 处理连接回调
在BluetoothGattCallback的onConnectionStateChange()方法中处理连接状态的改变。当连接状态变为BluetoothGatt.STATE_CONNECTED时，表示连接成功。
private final BluetoothGattCallback bluetoothGattCallback = new BluetoothGattCallback() {
@Override
public void onConnectionStateChange(BluetoothGatt gatt, int status, int newState) {
if (newState == BluetoothProfile.STATE_CONNECTED) {
// 连接成功，开始发现服务
gatt.discoverServices();
} else if (newState == BluetoothProfile.STATE_DISCONNECTED) {
// 连接丢失，处理断开连接的情况
// ...
}
}
// 其他回调方法，如onServicesDiscovered(), onCharacteristicRead()等
};4.3. 发现服务
连接成功后，调用BluetoothGatt的discoverServices()方法来发现设备提供的所有服务。服务发现的结果将在onServicesDiscovered()回调中返回。
@Override
public void onServicesDiscovered(BluetoothGatt gatt, int status) {
if (status == BluetoothGatt.GATT_SUCCESS) {
// 服务发现成功，可以开始读取或写入数据
// 遍历gatt.getServices()获取服务列表
// ...
} else {
// 服务发现失败
// ...
}
}4.4. 读写数据
通过服务中的特性（Characteristic）来读写数据。可以使用BluetoothGatt的readCharacteristic()或writeCharacteristic()方法来进行数据的读写操作。
// 假设你已经找到了一个BluetoothGattCharacteristic对象名为characteristic
// 读取数据
bluetoothGatt.readCharacteristic(characteristic);
// 写入数据
characteristic.setValue(data); // data是一个byte[]，包含你想要写入的数据
bluetoothGatt.writeCharacteristic(characteristic);
// 注意：写操作可能需要在`onCharacteristicWrite()`回调中确认是否成功五、断开连接
5.1. 调用disconnect()方法
在不再需要BLE连接时，应调用BluetoothGatt的disconnect()方法来断开连接。
if (bluetoothGatt != null) {
bluetoothGatt.disconnect();
}5.2. 设置标志以跟踪连接状态
同样地，由于断开连接是异步的，可能需要设置一个标志来跟踪连接状态，并在onConnectionStateChange()回调中处理断开连接后的逻辑。
private boolean isConnected = false;
// ...
@Override
public void onConnectionStateChange(BluetoothGatt gatt, int status, int newState) {
if (newState == BluetoothProfile.STATE_CONNECTED) {
isConnected = true;
// 连接成功，开始发现服务
gatt.discoverServices();
} else if (newState == BluetoothProfile.STATE_DISCONNECTED) {
isConnected = false;
// 连接已断开，清理资源
if (gatt != null) {
gatt.close();
bluetoothGatt = null; // 避免内存泄漏
}
// 处理断开连接后的逻辑
// ...
}
}5.3. 释放BluetoothGatt对象
一旦连接状态变为STATE_DISCONNECTED，并且确定不再需要BluetoothGatt对象，就应该调用close()方法来释放它。这有助于避免资源泄漏，特别是如果应用可能会频繁地连接和断开BLE设备。
在上面的onConnectionStateChange()回调示例中，当连接状态变为STATE_DISCONNECTED时，我们调用了gatt.close()并将bluetoothGatt设置为null，以确保没有引用指向该对象，从而允许垃圾回收器回收它。
5.4. 清理其他资源
除了BluetoothGatt对象外，如果应用还使用了其他与BLE相关的资源（如线程、定时器、监听器等），也应该在断开连接后适当地清理它们。
5.5. 注意事项
- 确保在调用
disconnect()之前，BluetoothGatt对象不是null。- 调用
disconnect()后，不要立即调用close()，因为disconnect()是异步的，并且close()应该在连接状态确实变为STATE_DISCONNECTED后调用。- 如果应用可能会频繁地连接和断开BLE设备，请确保你的逻辑能够处理这种情况，以避免资源耗尽或性能问题。
- 始终在UI线程之外执行BLE操作，以避免阻塞UI。如果你需要在UI中显示结果，请使用
Handler或runOnUiThread()等方法将结果传回UI线程。
以上即为Android BLE蓝牙的扫描、配对与连接流程的大致梳理。需要注意的是，不同设备和不同应用场景下，具体的实现细节可能会有所不同。