CoreBluetooth 蓝牙开发（后台模式、状态保存与恢复）

作者: 望月Jarvis | 来源:发表于2018-09-08 00:38 被阅读11次

最近新进一家公司，主要是做物联网这一块的的，项目需要用到蓝牙开发，讲真的，挑战还是挺大的，做了差不多四年的iOS开发，从没有接触过蓝牙开发这一领域，我是这样学习的。

从网上找各种博客（国内的，国外的），借鉴别人写过的Demo以及官方文档，花了整整的一周时间，对iOS的CoreBluetooth这个框架的使用稍微有一些的了解，请听我一一道来；

iOS 蓝牙

简称：BLE（buletouch low energy），蓝牙 4.0 设备因为低耗电，所以也叫做 BLE，CoreBluetooth框架就是苹果公司为我们提供的一个库，我们可以使用这个库和其他支持蓝牙4.0的设备进行数据交互。值得注意的是在IOS10之后的APP中，我们需要在 info.plist文件中添加NSBluetoothPeripheralUsageDescription字段否则APP会崩溃

工作模式：蓝牙通信中，首先需要提到的就是 central 和 peripheral 两个概念。这是设备在通信过程中扮演的两种角色。直译过来就是 [中心] 和 [周边（可以理解为外设）]。iOS 设备既可以作为 central，也可以作为 peripheral，这主要取决于通信需求。

自己尝试的写了个Demo,实现的功能有：

1、通过已知外围设备的服务UUID搜索（这个UUID是指被广播出来的服务UUID）；
2、连接指定的外围设备；
3、获取指定的服务，发现需要订阅的特征；
4、接收外围设备发送的数据；
5、向外围设备写数据；
6、实现蓝牙服务的后台模式；
7、实现蓝牙服务的状态保存与恢复（应用被系统杀死的时候，系统会自动保存 central manager 的状态）；

中心角色的实现：（central）

（1）、初始化中央管理器对象

/**
第一个参数：代理
第二个参数：队列（nil为不指定队列，默认为主队列）
第三个参数：实现状态保存的时候需要用到 eg:@{CBCentralManagerOptionRestoreIdentifierKey:@"centralManagerIdentifier"} 
*/  
centerManager = [[CBCentralManager alloc]initWithDelegate:self queue:queue options:options];

中央管理器会调用 centralManagerDidUpdateState:通知蓝牙的状态

(2)、发现外围设备

[centralManager scanForPeripheralsWithServices:@[[CBUUID UUIDWithString:SERVICE_UUID]] options：nil];

每次中央管理器发现外围设备时，它都会调用centralManager:didDiscoverPeripheral:advertisementData:RSSI:其委托对象的方法。

(3)、发现想要的外围设备进行连接

#pragma mark -- 扫描发现到任何一台设备都会通过这个代理方法回调
- (void)centralManager:(CBCentralManager *)central didDiscoverPeripheral:(CBPeripheral *)peripheral advertisementData:(NSDictionary<NSString *,id> *)advertisementData RSSI:(NSNumber *)RSSI
{
    //过滤掉无效的结果
    if (peripheral == nil||peripheral.identifier == nil/*||peripheral.name == nil*/)
    {
        return;
    }
    
    NSString *pername =[NSString stringWithFormat:@"%@",peripheral.name];
    NSLog(@"所有服务****：%@",peripheral.services);

    NSLog(@"蓝牙名字：%@  信号强弱：%@",pername,RSSI);
   //连接需要的外围设备
    [self connectPeripheral:peripheral];
    //将搜索到的设备添加到列表中
    [self.peripherals addObject:peripheral];
    
    if (_didDiscoverPeripheralBlock) {
        _didDiscoverPeripheralBlock(central,peripheral,advertisementData,RSSI);
    }
}

如果连接请求成功，则中央管理器调用centralManager:didConnectPeripheral:其委托对象的方法。

（4）、发现所连接的外围设备的服务

#pragma mark -- 连接成功、获取当前设备的服务和特征 并停止扫描
- (void)centralManager:(CBCentralManager *)central didConnectPeripheral:(CBPeripheral *)peripheral
{
    NSLog(@"%@",peripheral);
    
    // 设置设备代理
    [peripheral setDelegate:self];
    // 大概获取服务和特征
    [peripheral discoverServices:@[[CBUUID UUIDWithString:SERVICE_UUID]]];
    
    NSLog(@"Peripheral Connected");
    
    if (_centerManager.isScanning) {
        [_centerManager stopScan];
    }
    NSLog(@"Scanning stopped");
    
}

发现指定的服务时，外围设备（CBPeripheral你连接的对象）会调用peripheral:didDiscoverServices:其委托对象的方法。

(5)、发现服务的特征

#pragma mark -- 获取当前设备服务services
- (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didDiscoverServices:(NSError *)error
{
    if (error) {
        NSLog(@"Error discovering services: %@", [error localizedDescription]);
        return;
    }
    NSLog(@"所有的servicesUUID%@",peripheral.services);   
    //遍历所有service
    for (CBService *service in peripheral.services)
    {
        NSLog(@"服务%@",service.UUID);
        //找到你需要的servicesuuid
        if ([[NSString stringWithFormat:@"%@",service.UUID] isEqualToString:SERVICE_UUID])
        {
            // 根据UUID寻找服务中的特征
            [peripheral discoverCharacteristics:@[[CBUUID UUIDWithString:CHARACTERISTIC_UUID]] forService:service];
        }
    }
}

peripheral:didDiscoverCharacteristicsForService:error:当发现指定服务的特征时，外围设备调用其委托对象的方法。

(6)、检索特征价值

阅读特征的值 ()

 [peripheral readValueForCharacteristic：interestingCharacteristic];

注意：并非所有特征都是可读的。你可以通过检查其properties属性是否包含CBCharacteristicPropertyRead常量来确定特征是否可读。如果尝试读取不可读的特征值，则peripheral:didUpdateValueForCharacteristic:error:委托方法将返回合适的错误。

订阅特征的值（）

虽然使用该readValueForCharacteristic:方法读取特征值对静态值有效，但它不是检索动态值的最有效方法。检索随时间变化的特征值 - 例如，你的心率 - 通过订阅它们。订阅特征值时，您会在值更改时收到外围设备的通知。

[peripheral setNotifyValue：YES forCharacteristic：interestingCharacteristic];

注意：并非所有特征都提供订阅。你可以通过检查特性是否properties包含其中一个CBCharacteristicPropertyNotify或多个CBCharacteristicPropertyIndicate常量来确定特征是否提供订阅。
当你订阅（或取消订阅）特征的值时，外围设备会调用peripheral:didUpdateNotificationStateForCharacteristic:error:其委托对象的方法。

写一个特征的值 ()

有时写一个特征的值是有意义的。例如，如果你的应用程序与蓝牙低功耗数字恒温器交互，你可能需要为恒温器提供设置房间温度的值。如果特征值是可写的，则可以NSData通过调用外设writeValue:forCharacteristic:type:方法将数据值;

[self.discoveredPeripheral writeValue:data forCharacteristic:self.characteristic1 type:CBCharacteristicWriteWithResponse];

写入特征的值时，指定要执行的写入类型。在上面的示例中，写入类型CBCharacteristicWriteWithResponse指示外围设备通过调用peripheral:didWriteValueForCharacteristic:error:其委托对象的方法让您的应用程序知道写入是否成功。

外围角色的实现

（1）、初始化外围设备管理器

peripheralManager = [[CBPeripheralManager alloc] initWithDelegate：self queue：nil options：nil];

创建外围设备管理器时，外围设备管理器会调用peripheralManagerDidUpdateState:其委托对象的方法。您必须实现此委托方法，以确保支持蓝牙低功耗并可在本地外围设备上使用。

（2）、设置服务和特征

为自定义服务和特征创建自己的UUID
在终端使用 uuidgen 命令获取以ASCII字符串形式的128位值的UUID：71DA3FD1-7E10-41C1-B16F-4430B506CDE7

构建服务树和特征

myCharacteristic =[[CBMutableCharacteristic alloc] initWithType：myCharacteristicUUID properties：CBCharacteristicPropertyRead value：myValue permissions：CBAttributePermissionsReadable];   //特征
 myService = [[CBMutableService alloc] initWithType：myServiceUUID primary：YES];    //与特征所关联的服务

myService.characteristics = @ [myCharacteristic];        //设置服务的特征数组,将特征与其关联

（3）、发布服务和特征

  [peripheralManager addService：myService];

当调用此方法发布服务时，外围管理器将调用peripheralManager:didAddService:error:其委托对象的方法。通过error可以知道是否发布成功;
将服务及其任何关联特性发布到外围设备的数据库后，该服务将被缓存，将无法再对其进行更改。

（4）、广播服务

  [peripheralManager startAdvertising：@ {CBAdvertisementDataServiceUUIDsKey：@[myFirstService.UUID，mySecondService.UUID]}];

当开始在本地外围设备上公布某些数据时，外围设备管理器会调用peripheralManagerDidStartAdvertising:error:其委托对象的方法。

（5）、响应来自中央的读取和写入请求

当连接的中央请求读取某个特征的值时，外围管理器会调用peripheralManager:didReceiveReadRequest:其委托对象的方法。

 [peripheralManager respondToRequest：request withResult：CBATTErrorInvalidOffset];

设置读取请求不要求从超出特征值的边界的索引位置读取

  request.value = [myCharacteristic.value subdataWithRange：NSMakeRange（request.offset，myCharacteristic.value.length  -  request.offset）];

将请求的特性属性（默认值为nil）的值设置为您在本地外围设备上创建的特征值，同时考虑读取请求的偏移量

设置值后，响应远程中央以指示请求已成功完成。通过调用类的respondToRequest:withResult:方法CBPeripheralManager，传回请求（其更新的值）和请求的结果

当连接的中心发送写入一个或多个特征值的请求时，外围管理器会调用peripheralManager:didReceiveWriteRequests:其委托对象的方法

（6）、将更新的特征值发送到订阅的中心

当连接的中心订阅某个特征的值时，外围管理器会调用peripheralManager:central:didSubscribeToCharacteristic:其委托对象的方法
获取特征的更新值，并通过调用类的updateValue:forCharacteristic:onSubscribedCentrals:方法将其发送到中心CBPeripheralManager。

处理常驻后台任务

首先需要在Capabilities-->Background Modes申请中心角色的后台模式说明

如图：

中心角色后台模式.jpg

（1）、状态保存与恢复

因为状态的保存和恢复 Core Bluetooth 都为我们封装好了，所以我们只需要选择是否需要这个特性即可。系统会保存当前 central manager 或 peripheral manager，并且继续执行蓝牙相关事件（即使程序已经不再运行）。一旦事件执行完毕，系统会在后台重启 app，这时你有机会去存储当前状态，并且处理一些事物。在之前提到的 “门锁” 的例子中，系统会监视连接请求，并在 centralManager:didConnectPeripheral: 回调时，重启 app，在用户回家后，连接操作结束。

Core Bluetooth 的状态保存与恢复在设备作为 central、peripheral 或者这两种角色时，都可用。在设备作为 central 并添加了状态保存与恢复支持后，如果 app 被强行关闭进程，系统会自动保存 central manager 的状态（如果 app 有多个 central manager，你可以选择哪一个需要系统保存）。

对于 CBCentralManager，系统会保存以下信息：

central 准备连接或已经连接的 peripheral
central 需要扫描的 service（包括扫描时，配置的 options）
central 订阅的 characteristic
对于 peripheral 来说，情况也差不多。系统对 CBPeripheralManager 的处理方式如下：
peripheral 在广播的数据
peripheral 存入的 service 和 characteristic 的树形结构
已经被 central 订阅了的 characteristic 的值
当系统在后台重新加载程序后（可能是因为找到了要找的 peripheral），你可以重新实例化 central manager 或 peripheral 并恢复他们的状态。

（2）、选择支持存储和恢复

如果要支持存储和恢复，则需要在初始化 manager 的时候给一个 restoration identifier。restoration identifier 是 string 类型，并标识了 app 中的 central manager 或 peripheral manager。这个 string 很重要，它将会告诉 Core Bluetooth 需要存储状态，毕竟 Core Bluetooth 恢复有 identifier 的对象。

例如，在 central 端，要想支持该特性，可以在调用 CBCentralManager 的初始化方法时，配置 CBCentralManagerOptionRestoreIdentifierKey：

centralManager = [[CBCentralManager alloc] initWithDelegate:self 
queue:nil
options:@{CBCentralManagerOptionRestoreIdentifierKey:@"centralManagerIdentifier"}];

虽然以上代码没有展示出来，其实在 peripheral manager 中要设置 identifier 也是这样的。只是在初始化时，将 key 改成了 CBPeripheralManagerOptionRestoreIdentifierKey。
因为程序可以有多个 CBCentralManager 和 CBPeripheralManager，所以要确保每个 identifier 都是唯一的。

（3）、重新初始化 central manager 和 peripheral manager

当系统重新在后台加载程序时，首先需要做的即根据存储的 identifier，重新初始化 central manager 或 peripheral manager。如果你只有一个 manager，并且 manager 存在于 app 生命周期中，那这个步骤就不需要做什么了。
.
如果 app 中包含多个 manager，或者 manager 不是在整个 app 生命周期中都存在的，那 app 就必须要区分你要重新初始化哪个 manager 了。你可以通过从 app delegate 中的 application:didFinishLaunchingWithOptions: 中取出 key（UIApplicationLaunchOptionsBluetoothCentralsKey 或 UIApplicationLaunchOptionsBluetoothPeripheralsKey）中的 value（数组类型）来得到程序退出之前存储的 manager identifier 列表：

- (BOOL)application:(UIApplication *)application
didFinishLaunchingWithOptions:(NSDictionary *)launchOptions {

NSArray *centralManagerIdentifiers =
    launchOptions[UIApplicationLaunchOptionsBluetoothCentralsKey];
    if (centralManagerIdentifiers.count) {
        //重新初始化所有的 manager 
        for (NSString *identifier in centralManagerIdentifiers) {
            NSLog(@"系统启动项目");
            //在这里创建的蓝牙实例一定要被当前类持有，不然出了这个函数就被销毁了，蓝牙检测会出现“XPC connection invalid”
            self.bluetooth = [[MSBBlueTooth alloc]initWithQueue:nil options:@{CBCentralManagerOptionRestoreIdentifierKey : identifier}];
            NSLog(@"");
        }
    }

return YES;
}

（4）、实现恢复状态的代理方法

在重新初始化 manager 之后，接下来需要同步 Core Bluetooth 存储的他们的状态。要想弄清楚在程序被退出时都在做些什么，就需要正确的实现代理方法。对于 central manager 来说，需要实现 centralManager:willRestoreState:；对于 peripheral manager 来说，需要实现 peripheralManager:willRestoreState:。
.
注意：如果选择存储和恢复状态，当系统在后台重新加载程序时，首先调用的方法是 centralManager:willRestoreState: 或 peripheralManager:willRestoreState:。如果没有选择存储的恢复状态（或者唤醒时没有什么内容需要恢复），那么首先调用的方法是 centralManagerDidUpdateState: 或 peripheralManagerDidUpdateState:。
.
无论是以上哪种代理方法，最后一个参数都是一个包含程序退出前状态的字典。字典中，可用的 key ，

central 端有：
NSString *const CBCentralManagerRestoredStatePeripheralsKey;
NSString *const CBCentralManagerRestoredStateScanServicesKey;
NSString *const CBCentralManagerRestoredStateScanOptionsKey;

peripheral 端有：
NSString *const CBPeripheralManagerRestoredStateServicesKey;
NSString *const CBPeripheralManagerRestoredStateAdvertisementDataKey;

要恢复 central manager 的状态，可以用 centralManager:willRestoreState: 返回字典中的 key 来得到。假如说 central manager 有想要或者已经连接的 peripheral，那么可以通过 CBCentralManagerRestoredStatePeripheralsKey 对应得到的 peripheral（CBPeripheral 对象）数组来得到。

- (void)centralManager:(CBCentralManager *)central
willRestoreState:(NSDictionary *)state {
NSArray *peripherals = dict[CBCentralManagerRestoredStatePeripheralsKey];
    //讲状态保存的设备加入列表，在蓝牙检测状态的回调里实现重连
    self.peripherals = [NSMutableArray arrayWithArray:peripherals];

}

具体要对拿到的 peripheral 数组做什么就要根据需求来了。如果这是个 central manager 搜索到的 peripheral 数组，那就可以存储这个数组的引用，并且开始建立连接了（注意给这些 peripheral 设置代理，否则连接后不会走 peripheral 的代理方法）。
.
恢复 peripheral manager 的状态和 central manager 的方式类似，就只是把代理方法换成了 peripheralManager:willRestoreState:，并且使用对应的 key 即可

写的不是很好，也算是东拼西凑了，但也是花了时间去整理的，如果看不懂，可以下载我的Demo自己跑一遍；

想要看实现效果，可以下载Demo,看的再多也不如项目跑一遍来的快，疗效是不骗人的；

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CoreBluetooth 蓝牙开发（后台模式、状态保存与恢复）

iOS 蓝牙

中心角色的实现：（central）

（1）、初始化中央管理器对象

(2)、发现外围设备

(3)、发现想要的外围设备进行连接

（4）、发现所连接的外围设备的服务

(5)、发现服务的特征

(6)、检索特征价值

订阅特征的值（）

写一个特征的值 ()

外围角色的实现

（1）、初始化外围设备管理器

（2）、设置服务和特征

（3）、发布服务和特征

（4）、广播服务

（5）、响应来自中央的读取和写入请求

（6）、将更新的特征值发送到订阅的中心

处理常驻后台任务

（1）、状态保存与恢复

（2）、选择支持存储和恢复

（3）、重新初始化 central manager 和 peripheral manager

（4）、实现恢复状态的代理方法

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