從BluetoothChat範例程式學藍芽連線原理

撰寫時間︰2012/04/15 16:06

更新時間︰2012/04/14 10:34

文章更新次數︰1

一、前言

Bluetooth藍芽裝置在手機界已經存在很久了，
也早就成為連低階Android手機都有的基本配備。
官方也提供了一個利用藍芽連線互相對話的範例程式，
讓我們能快速地了解藍芽在Android中的使用方式。
 
二、文章開始
首先，
我們先建立一個觀念︰
藍芽一定分成2個端點，
分別為被動的Server端和主動的Client端。

底下是BluetoothChat的Sample Code程式流程︰

=========現在在BluetoothChat.java底下==============

BluetoothChat.java是這個範例程式的主頁面，可以在跟已連線的藍芽設備對話。

1.在onCreate()時，呼叫

BluetoothAdapter mBluetoothAdapter = BluetoothAdapter.getDefaultAdapter();
 

一起來看看官方文件裡怎麼說BluetoothAdapter

BluetoothAdapter represents the local Bluetooth adapter (Bluetooth radio).

The BluetoothAdapter is the entry-point for all Bluetooth interaction.

Using this, you can discover other Bluetooth devices, query a list of bonded (paired) devices, instantiate a BluetoothDevice using a known MAC address, and create a BluetoothServerSocket to listen for communications from other devices.

BluetoothAdapter是區域藍芽接口(藍芽廣播)。BluetoothAdapter也是所有藍芽交易互動的啟始點。用這個接口，我們可以偵測區域內有哪些其它的藍芽裝置、查詢已配對過的藍芽列表、用已知的MAC地址建立一個BluetoothDevice實體、建立一個BluetoothServerSocket來監聽是否有其它藍芽裝置傳來的通訊…等。

2-1.得到一個BluetoothAdapter實體之後，
在onStart()裡，
如果沒有啟動藍芽，則要求使用者開啟藍芽。
指令是︰

        
        if (!mBluetoothAdapter.isEnabled()) {
            Intent enableIntent = new Intent(BluetoothAdapter.ACTION_REQUEST_ENABLE);
            startActivityForResult(enableIntent, REQUEST_ENABLE_BT);
        // Otherwise, setup the chat session
        }else {
            if (mChatService == null) setupChat();
        }
 

2-2.透過setupChat()建立起基本的對話視窗和BluetoothChatService背景服務，並把主Thread的Handler傳給Service以供日後傳回message。

            mChatService = new BluetoothChatService(this, mHandler);
 

3.在onResume()裡，也做一樣的事，如果檢查沒有開啟藍芽BluetoothChatService背景服務，則再次開始該服務。

if (mChatService.getState() == BluetoothChatService.STATE_NONE) {
              // Start the Bluetooth chat services
              mChatService.start();
            }
 

=========現在進入BluetoothChatService.java裡==============

程式碼才剛開出來，
馬上就看到這個Service的程式架構中，塞了3個執行緒，
分別為︰
(1)AcceptThread
(2)ConnectThread
(3)ConnectedThread

馬上來看看它們在Service裡，分別擔任什麼樣的任務︰

// Cancel any thread attempting to make a connection
        if (mConnectThread != null) {mConnectThread.cancel(); mConnectThread = null;}

        // Cancel any thread currently running a connection
        if (mConnectedThread != null) {mConnectedThread.cancel(); mConnectedThread = null;}

        // Start the thread to listen on a BluetoothServerSocket
        if (mAcceptThread == null) {
            mAcceptThread = new AcceptThread();
            mAcceptThread.start();
        }
 

1.在onStart()中，
檢查如果ConnectThread和ConnectedThread存在，則將他們關掉。
2.啟動一個AcceptThread(現在的流程是在藍芽開啟中的狀態，開啟了一個AcceptThread待命)。

這個AcceptThread存在的目的，是因為程式先假設每臺裝置都有可能想要跟它做藍芽連線。

來看一下這個程式一啟動後就執行的AcceptThread裡面做了些什麼︰

  /**
     * This thread runs while listening for incoming connections. It behaves
     * like a server-side client. It runs until a connection is accepted
     * (or until cancelled).
     */
    private class AcceptThread extends Thread {
        // The local server socket
        private final BluetoothServerSocket mmServerSocket;

        public AcceptThread() {
            BluetoothServerSocket tmp = null;

            // Create a new listening server socket
            try {
                tmp = mAdapter.listenUsingRfcommWithServiceRecord(NAME, MY_UUID);
            } catch (IOException e) {
                Log.e(TAG, "listen() failed", e);
            }
            mmServerSocket = tmp;
        }

        public void run() {
            if (D) Log.d(TAG, "BEGIN mAcceptThread" + this);
            setName("AcceptThread");
            BluetoothSocket socket = null;

            // Listen to the server socket if we're not connected
            while (mState != STATE_CONNECTED) {
                try {
                    // This is a blocking call and will only return on a
                    // successful connection or an exception
                    socket = mmServerSocket.accept();
                } catch (IOException e) {
                    Log.e(TAG, "accept() failed", e);
                    break;
                }

                // If a connection was accepted
                if (socket != null) {
                    synchronized (BluetoothChatService.this) {
                        switch (mState) {
                        case STATE_LISTEN:
                        case STATE_CONNECTING:
                            // Situation normal. Start the connected thread.
                            connected(socket, socket.getRemoteDevice());
                            break;
                        case STATE_NONE:
                        case STATE_CONNECTED:
                            // Either not ready or already connected. Terminate new socket.
                            try {
                                socket.close();
                            } catch (IOException e) {
                                Log.e(TAG, "Could not close unwanted socket", e);
                            }
                            break;
                        }
                    }
                }
            }
            if (D) Log.i(TAG, "END mAcceptThread");
        }

        public void cancel() {
            if (D) Log.d(TAG, "cancel " + this);
            try {
                mmServerSocket.close();
            } catch (IOException e) {
                Log.e(TAG, "close() of server failed", e);
            }
        }
    }
 

我們看到了在AcceptThread裡面，埋入了一個BluetoothServerSocket。
看一下Bluetooth Android官方對它的解釋︰

BluetoothServerSocket represents an open server socket that listens for incoming requests (similar to a TCP ServerSocket). In order to connect two Android devices, one device must open a server socket with this class. When a remote Bluetooth device makes a connection request to the this device, the BluetoothServerSocket will return a connected BluetoothSocket when the connection is accepted.

BluetoothServerSocket是一個開放式的server socket，用來監聽任何傳進來的請求(原理類似TCP ServerSocket)。為了讓2隻Android devices能夠連線，其中一隻裝置必須開啟server socket。當遠端的藍芽裝置向手上這隻裝備請求連線後，這隻裝置上的BluetoothServerSocket會回傳一個accepted的BluetoothSocket給呼叫那一方。

因此我們知道，上面程式碼中

BluetoothSocket  socket = mmServerSocket.accept();
 

就是應證了BluetoothServerSocket會吐BluetoothSocket出來這件事。

回到一開始呼叫AcceptThread.start()的那個時間點，

也就是說，

程式在一啟動時，

都先要求使用者開啟藍芽，

然後隨時準備接收別臺藍芽裝置會傳送連線請求的事件。

我們取到了BluetoothSocket後，
看看這個BluetoothSocket能做些什麼。

首先，
在官方技術文件提到︰

BluetoothSocket represents the interface for a Bluetooth socket (similar to a TCP Socket). This is the connection point that allows an application to exchange data with another Bluetooth device via InputStream and OutputStream.

BluetoothSocket是一個Bluetooth socket的接口(原理類似TCP Socket)。這個連結點允許APP透過InputStream和OutpusStream互相交換資料。

因此我們得知，
BluetoothSocket可以讓我們做到資料交換的功能。

因為在Service onStart()呼叫AcceptThread.start()後，
馬上將藍芽狀態設定成setState(STATE_LISTEN);
因此，在switch迴圈中，
程式執行了connected()函式。

這段程式碼如下︰

                        case STATE_LISTEN:
                        case STATE_CONNECTING:
                            // Situation normal. Start the connected thread.
                            connected(socket, socket.getRemoteDevice());
                            break;

馬上來看看connected()函式做了哪些事

    /**
     * Start the ConnectedThread to begin managing a Bluetooth connection
     * @param socket  The BluetoothSocket on which the connection was made
     * @param device  The BluetoothDevice that has been connected
     */
    public synchronized void connected(BluetoothSocket socket, BluetoothDevice device) {
        if (D) Log.d(TAG, "connected");

        // Cancel the thread that completed the connection
        if (mConnectThread != null) {mConnectThread.cancel(); mConnectThread = null;}

        // Cancel any thread currently running a connection
        if (mConnectedThread != null) {mConnectedThread.cancel(); mConnectedThread = null;}

        // Cancel the accept thread because we only want to connect to one device
        if (mAcceptThread != null) {mAcceptThread.cancel(); mAcceptThread = null;}

        // Start the thread to manage the connection and perform transmissions
        mConnectedThread = new ConnectedThread(socket);
        mConnectedThread.start();

        // Send the name of the connected device back to the UI Activity
        Message msg = mHandler.obtainMessage(BluetoothChat.MESSAGE_DEVICE_NAME);
        Bundle bundle = new Bundle();
        bundle.putString(BluetoothChat.DEVICE_NAME, device.getName());
        msg.setData(bundle);
        mHandler.sendMessage(msg);

        setState(STATE_CONNECTED);
    }
 

為了避免重覆連線，
先檢查有沒有已存在的ConectThread、ConnectedThrad和AcceptThread。
如果有，一律先關掉。
然後，啟動ConnectedThread，
並將MESSAGE_DEVICE_NAME用handler(mHandler，還記得我們前面有提到在BluetoothChat.java傳了一個主Thread的Handler給Service嗎？)傳訊的方式，
將Client端的裝置資料傳回BluetoothChat.java，
讓Server端知道是誰在跟它做連結。

前面提到，
一旦取得了BluetoothSocket之後，
就可以開始執行互相傳遞資料的工作了 。
這個被啟動的ConnectedThread就是在做資料互傳的監聽工作，
我們看看ConnectedThread做了些什麼

   /**
     * This thread runs during a connection with a remote device.
     * It handles all incoming and outgoing transmissions.
     */
    private class ConnectedThread extends Thread {
        private final BluetoothSocket mmSocket;
        private final InputStream mmInStream;
        private final OutputStream mmOutStream;

        public ConnectedThread(BluetoothSocket socket) {
            Log.d(TAG, "create ConnectedThread");
            mmSocket = socket;
            InputStream tmpIn = null;
            OutputStream tmpOut = null;

            // Get the BluetoothSocket input and output streams
            try {
                tmpIn = socket.getInputStream();
                tmpOut = socket.getOutputStream();
            } catch (IOException e) {
                Log.e(TAG, "temp sockets not created", e);
            }

            mmInStream = tmpIn;
            mmOutStream = tmpOut;
        }

        public void run() {
            Log.i(TAG, "BEGIN mConnectedThread");
            byte[] buffer = new byte[1024];
            int bytes;

            // Keep listening to the InputStream while connected
            while (true) {
                try {
                    // Read from the InputStream
                    bytes = mmInStream.read(buffer);

                    // Send the obtained bytes to the UI Activity
                    mHandler.obtainMessage(BluetoothChat.MESSAGE_READ, bytes, -1, buffer)
                            .sendToTarget();
                } catch (IOException e) {
                    Log.e(TAG, "disconnected", e);
                    connectionLost();
                    break;
                }
            }
        }

        /**
         * Write to the connected OutStream.
         * @param buffer  The bytes to write
         */
        public void write(byte[] buffer) {
            try {
                mmOutStream.write(buffer);

                // Share the sent message back to the UI Activity
                mHandler.obtainMessage(BluetoothChat.MESSAGE_WRITE, -1, -1, buffer)
                        .sendToTarget();
            } catch (IOException e) {
                Log.e(TAG, "Exception during write", e);
            }
        }

        public void cancel() {
            try {
                mmSocket.close();
            } catch (IOException e) {
                Log.e(TAG, "close() of connect socket failed", e);
            }
        }
    }
 

是的！
有看到嗎？
ConnectedThread正在用BluetoothSocket取得InputStream和OutputStream，
並透過旗下的write()和read()在做2隻藍芽裝置的溝通！

現在剩下ConnectThread還沒有去理解了，
查了一下ConnectThread被start的時間是發生在一開始對話頁面的menu鍵中！

原來ConnectThread的目的是要主動連接其它已開啟藍芽的裝置。
當使用者點擊Connect a device時，
會啟動ConnectThread，
開始尋找附近的藍芽裝置，
並對對方發出連線訊號，
對方監聽到你的配對要求後，
對方手機裡原本程式就開啟中的AcceptThread便答應你的請求，
然後開啟ConnectedThread，
並利用連結成功後得到的BluetoothSocket和你做藍芽傳輸溝通。

主動連線端是Client端，被動接收端是Server端，
就好像精子與受精卵…

三、總結

在這裡我把整個程式流程重覆敍述一次︰

在連線的一開始，兩隻手機的程式一開始都先建立一個AcceptThread

(因為誰都不知道誰最後會成為被動接收的Server端，誰又是主動的Client端)，
然後都跟RFCOMM頻道索取這隻app專屬的BluetoothServerSocket實體。

Server方做了些什麼︰
用BluetoothServerSocket這個實體去等待Client端用ConnectThread發出的請求連線事件，
連線若成功會得到這次藍芽溝通專用的BluetoothSocket。

Client方做了些什麼︰
Client端執行ConnectThread。
1.Client端在與Server方連線(Connect a deivce)之前，
會先取得到Server端的身份證MAC address，
並用該address得到Server端的BluetoothDevice實體。
2.Client端藉由自己的MY_UUID和Server端的BluetoothDevice實體，
從RFCOMM頻道拿到這次藍芽溝通專用的BluetoothSocket。

兩方在這個時候都拿到這次藍芽溝通專用的BluetootheSocket，
也都在此時知道了對方的BluetoothDevice實體(知道對方的身份)。
這時候雙方都同時開啟ConnectedThread，
彼此利用BluetoothSocket互相做資料傳輸。

註︰資料傳輸利用 InputStream和OutputStream。