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第3章依赖注入集成BLE的设计模式：桥接模式、工厂模式、单例管理

3.1 三种模式在BLE集成中的定位

在依赖注入框架中集成BLE组件，需要解决三个核心问题：抽象与实现的解耦、复杂对象的统一创建、全局资源的生命周期管控。桥接模式、工厂模式与单例管理分别对应上述三个问题，形成一套可复用的架构方案。

设计模式	核心作用	在BLE集成中的职责
桥接模式（Bridge）	将抽象部分与实现部分分离	分离BLE操作接口（扫描、连接、收发）与底层平台实现（Android/iOS）
工厂模式（Factory）	封装对象创建逻辑	统一创建BLE适配器、设备代理、服务特征对象，避免直接new依赖
单例管理（Singleton）	确保全局唯一实例	管理BLE中央管理器、应用上下文、连接池等共享资源

架构提示：三种模式并非孤立使用，而是通过依赖注入容器组合为有机整体。单例提供全局状态，工厂封装创建细节，桥接保证平台可移植性。

3.2 桥接模式：抽象与实现的分离

3.2.1 原理

桥接模式将BLE操作接口（扫描、连接、发现服务、收发数据）定义为抽象层，而具体实现委托给平台适配器。抽象层与实现层通过组合关系连接，两者可以独立演化。

3.2.2 接口定义

// 抽象接口：BLE 适配器
protocol IBLEAdapter {
    fun startScan(timeout: Long): Flow<ScanResult>
    fun connect(deviceId: String): Flow<ConnectionState>
    fun discoverServices(deviceId: String): Flow<List<BLEService>>
    fun writeCharacteristic(deviceId: String, service: String, char: String, data: ByteArray): Flow<WriteResult>
    fun readCharacteristic(deviceId: String, service: String, char: String): Flow<ByteArray>
    fun setNotification(deviceId: String, service: String, char: String, enable: Boolean): Flow<NotificationData>
    fun disconnect(deviceId: String)
    fun release()
}

3.2.3 实现示例

// Android 平台实现
class AndroidBLEAdapter @Inject constructor(
    private val context: Context
) : IBLEAdapter {
    private val bluetoothManager: BluetoothManager by lazy {
        context.getSystemService(Context.BLUETOOTH_SERVICE) as BluetoothManager
    }
    private val bluetoothAdapter: BluetoothAdapter by lazy {
        bluetoothManager.adapter
    }

    override fun startScan(timeout: Long): Flow<ScanResult> = callbackFlow {
        val scanner = bluetoothAdapter.bluetoothLeScanner
            ?: throw IllegalStateException("Bluetooth LE not supported")
        // ... 扫描逻辑实现
    }

    override fun release() {
        // 释放 Android 平台资源
    }
}

// iOS 平台实现
class iOSBLEAdapter @Inject constructor(
    private val centralManager: CBCentralManager
) : IBLEAdapter {
    override fun startScan(timeout: Long): Flow<ScanResult> = callbackFlow {
        // ... iOS CoreBluetooth 扫描实现
    }

    override fun release() {
        // 释放 iOS 平台资源
    }
}

  桥接优势：当新增平台（如HarmonyOS、Windows）时，只需新增一个实现类，抽象接口和上层业务代码完全不受影响。依赖注入容器负责将正确的平台实现注入到消费者中。

3.3 工厂模式：统一对象创建

3.3.1 原理

BLE组件体系中存在大量复杂对象（适配器、代理、服务特征包装器），直接使用构造函数创建会导致依赖混乱。工厂模式集中管理这些对象的创建逻辑，并配合DI框架提供注入所需的实例。

3.3.2 工厂接口与实现

// 工厂抽象
interface BLEAdapterFactory {
    fun createAdapter(): IBLEAdapter
    fun createDeviceProxy(deviceId: String): BLEDeviceProxy
    fun createServiceWrapper(service: BLEService): ServiceWrapper
}

// Android 平台工厂
class AndroidBLEAdapterFactory @Inject constructor(
    private val context: Context
) : BLEAdapterFactory {
    override fun createAdapter(): IBLEAdapter {
        return AndroidBLEAdapter(context)
    }

    override fun createDeviceProxy(deviceId: String): BLEDeviceProxy {
        val adapter = createAdapter()
        return BLEDeviceProxy(adapter, deviceId)
    }

    override fun createServiceWrapper(service: BLEService): ServiceWrapper {
        return ServiceWrapper(service)
    }
}

// iOS 平台工厂
class iOSBLEAdapterFactory @Inject constructor(
    private val centralManager: CBCentralManager
) : BLEAdapterFactory {
    override fun createAdapter(): IBLEAdapter {
        return iOSBLEAdapter(centralManager)
    }

    override fun createDeviceProxy(deviceId: String): BLEDeviceProxy {
        val adapter = createAdapter()
        return BLEDeviceProxy(adapter, deviceId)
    }

    override fun createServiceWrapper(service: BLEService): ServiceWrapper {
        return ServiceWrapper(service)
    }
}

3.3.3 在DI模块中注册工厂

// Hilt 模块示例
@Module
@InstallIn(SingletonComponent::class)
object BLEFactoryModule {

    @Provides
    @Singleton
    fun provideAdapterFactory(context: Context): BLEAdapterFactory {
        return if (Platform.isAndroid()) {
            AndroidBLEAdapterFactory(context)
        } else {
            // 通过依赖注入获取 iOS 的 CBCentralManager
            iOSBLEAdapterFactory(provideCentralManager())
        }
    }

    @Provides
    fun provideAdapter(factory: BLEAdapterFactory): IBLEAdapter {
        return factory.createAdapter()
    }
}

工厂模式陷阱：避免在工厂内部持有长时间存活的状态（如缓存列表），否则会导致单例与工厂职责混淆。工厂只负责“创建”，不负责“管理生命周期”。生命周期管理应交给单例或DI容器。

3.4 单例管理：全局资源管控

3.4.1 原理

BLE系统中存在多个必须全局唯一的资源：蓝牙中央管理器（CBCentralManager / BluetoothAdapter）、应用上下文、已连接设备池、扫描回调注册表等。单例模式确保这些资源不会重复创建，避免状态冲突。

3.4.2 BLEManager单例设计

@Singleton
class BLEManager @Inject constructor(
    private val adapterFactory: BLEAdapterFactory,
    private val adapter: IBLEAdapter
) {
    // 设备连接池：全局唯一
    private val devicePool = ConcurrentHashMap<String, BLEDeviceProxy>()

    // 扫描状态
    private val _scanState = MutableStateFlow<ScanState>(ScanState.Idle)
    val scanState: StateFlow<ScanState> get() = _scanState.asStateFlow()

    // 连接状态聚合
    private val _connectionStates = MutableStateFlow<Map<String, ConnectionState>>(emptyMap())
    val connectionStates: StateFlow<Map<String, ConnectionState>> get() = _connectionStates.asStateFlow()

    fun startScan(timeout: Long = 10_000) {
        if (_scanState.value is ScanState.Scanning) return
        _scanState.value = ScanState.Scanning
        adapter.startScan(timeout)
            .onEach { result ->
                // 处理扫描结果
            }
            .catch { error ->
                _scanState.value = ScanState.Error(error.message ?: "Unknown error")
            }
            .launchIn(CoroutineScope(Dispatchers.IO))
    }

    suspend fun connect(deviceId: String): ConnectionState {
        return adapter.connect(deviceId)
            .map { state ->
                if (state is ConnectionState.Connected) {
                    devicePool[deviceId] = adapterFactory.createDeviceProxy(deviceId)
                }
                state
            }
            .first()
    }

    fun getDeviceProxy(deviceId: String): BLEDeviceProxy? {
        return devicePool[deviceId]
    }

    fun release() {
        devicePool.values.forEach { it.disconnect() }
        devicePool.clear()
        adapter.release()
    }
}

3.4.3 单例的依赖注入注册

// Hilt 单例绑定
@Module
@InstallIn(SingletonComponent::class)
object BLEManagerModule {

    @Provides
    @Singleton
    fun provideBLECentralManager(context: Context): CBCentralManager {
        // 仅iOS需要，Android通过context获取
        return CBCentralManager(context, null, null)
    }

    @Provides
    @Singleton
    fun provideBLEManager(
        adapterFactory: BLEAdapterFactory,
        adapter: IBLEAdapter
    ): BLEManager {
        return BLEManager(adapterFactory, adapter)
    }
}

单例边界：BLEManager 单例应仅管理跨组件共享的状态（连接池、扫描状态），具体的业务数据（设备名称、服务列表）应通过数据层单独管理，避免单例膨胀为“上帝对象”。

3.5 三种模式的协作流程

在依赖注入框架下，三种模式按以下流程协同工作：

DI容器启动 → 通过 @Singleton 创建 BLEManager 实例（单例管理）。
消费方请求依赖 → DI容器查找 BLEAdapterFactory 工厂实例（工厂模式）。
工厂创建适配器 → 根据平台类型创建 AndroidBLEAdapter 或 iOSBLEAdapter（桥接模式）。
适配器注入消费者 → ViewModel/Service 通过构造函数接收 IBLEAdapter 抽象，调用扫描、连接等方法。
单例协调全局状态 → BLEManager 统一管理连接池和扫描状态，避免多个消费者之间的资源冲突。

3.6 常见错误与优化

错误/问题	原因	解决方案
工厂内缓存对象导致内存泄漏	工厂持有已创建的组件引用，阻止GC回收	工厂只负责创建，不维护缓存；缓存由单例管理
桥接接口粒度过粗	单个接口包含扫描+连接+数据收发，导致平台实现耦合	按职责拆分接口：IScanner、IConnector、IDataChannel
单例持有Activity Context	单例长生命周期持有短生命周期的Context	使用Application Context注入，避免内存泄漏
多个单例相互循环依赖	BLEManager依赖Factory，Factory依赖Manager	引入中间接口或通过DI容器延迟注入（Lazy）
平台条件判断分散	多处使用 if(platform) 判断Android/iOS	统一在工厂模块内做平台分发，其余代码面向接口编程

3.7 性能与稳定性建议

桥接层使用协程Flow：所有BLE操作返回 Flow<T>，方便上层做响应式组合和生命周期取消，避免回调嵌套。
工厂实例池化：对于频繁创建的轻量对象（如ServiceWrapper），工厂可配合对象池复用，减少GC压力。
单例状态线程安全：使用 ConcurrentHashMap、Mutex 或 StateFlow 保证多线程环境下的状态一致性。
DI作用域收敛：BLE相关的单例统一放在 @Singleton 作用域，避免跨作用域导致的重复实例。
平台适配器懒加载：在首次需要执行BLE操作时才初始化平台适配器，避免冷启动时加载不必要的蓝牙服务。

  架构总结：桥接模式提供了平台无关的抽象层，工厂模式封装了复杂对象的创建过程，单例管理保证了全局资源的唯一性与一致性。三者通过依赖注入容器无缝集成，形成一套高内聚、低耦合的BLE组件架构，可稳定支撑多平台蓝牙开发需求。

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第3章 依赖注入集成BLE的设计模式：桥接模式、工厂模式、单例管理

3.1 三种模式在BLE集成中的定位

3.2 桥接模式：抽象与实现的分离

3.2.1 原理

3.2.2 接口定义

3.2.3 实现示例

3.3 工厂模式：统一对象创建

3.3.1 原理

3.3.2 工厂接口与实现

3.3.3 在DI模块中注册工厂

3.4 单例管理：全局资源管控

3.4.1 原理

3.4.2 BLEManager单例设计

3.4.3 单例的依赖注入注册

3.5 三种模式的协作流程

3.6 常见错误与优化

3.7 性能与稳定性建议

第3章依赖注入集成BLE的设计模式：桥接模式、工厂模式、单例管理