第3章：BLE连接生命周期与依赖注入容器：连接池管理、设备句柄注入时机、断开后的资源清理边界

3.1 架构边界：连接生命周期不是业务状态，而是容器控制面

在并发BLE系统中，连接的生命周期管理是依赖注入(DI)容器的第一道边界。常见错误是：将连接状态机直接映射到业务对象上，导致连接断开时业务对象持有的句柄变成空悬引用，而新的连接请求又无法复用池中资源。架构上，连接生命周期应完全由DI容器托管的连接池控制，业务层只通过抽象接口获取临时设备句柄。

3.2 分层职责：连接池管理策略

连接池位于驱动适配层与业务服务层之间，负责抽象物理连接、控制并发上限、管理设备句柄的注入时机。典型连接池包含三个核心组件：

• 连接管理器(ConnectionManager)：持有真实蓝牙GATT连接，维护连接ID、RSSI、MTU等物理参数。
• 设备句柄工厂(DeviceHandleFactory)：根据连接状态创建/销毁设备句柄，句柄中封装了读写特征值的操作。
• 资源清理器(ResourceCleaner)：监听连接断开事件，异步回收回调、缓冲区、订阅通知。

// 连接池配置示例（JSON格式）
{
  "pool": {
    "max_concurrent": 4,
    "idle_timeout_ms": 30000,
    "handle_ttl_ms": 10000,
    "cleanup_grace_period_ms": 5000
  },
  "injection_policy": "on_acquire",  // on_create | on_acquire | on_connect
  "cleanup_strategy": "deferred_async"
}

3.3 组件间依赖关系与注入时序

BLE服务注册与设备句柄注入必须遵循严格的序列：先通过DI容器注册服务的生命周期回调，再在连接建立后由连接池决定何时注入设备句柄。

// IDeviceHandle 接口定义
public interface IDeviceHandle : IAsyncDisposable
{
    ValueTask<ReadResult> ReadAsync(ushort handle, CancellationToken ct);
    ValueTask<WriteResult> WriteAsync(ushort handle, byte[] data, CancellationToken ct);
    event EventHandler<DisconnectionEventArgs>? Disconnected;
}

// 注册与注销序列
container.Register<IDeviceHandle>(scope: ServiceScope.Transient,
    factory: sp => pool.AcquireAsync(ct));
// 注意：不要注册为 Singleton，否则句柄将跨连接复用，造成数据交叉

3.4 控制流与数据流设计：断开后的资源清理边界

连接断开时，清理边界必须包含以下步骤：

1. 连接管理器检测到断开，立刻将连接状态标记为待清理，阻止新句柄分配。
2. 资源清理器接收断开事件，遍历所有活跃设备句柄，调用 Disconnected 事件通知业务方。
3. 业务方在事件处理中取消正在进行的读写操作（捕获 OperationCanceledException）。
4. 容器释放设备句柄的 DI 作用域，回收瞬态对象（如数据缓冲区、回调委托）。
5. 连接池从池中移除该连接，若达到重连策略阈值，则触发重连流程。

// 资源释放流程（伪代码）
async ValueTask CleanupAsync(string deviceAddress)
{
    await _connectionManager.MarkForCleanupAsync(deviceAddress);
    var handles = _handleRegistry.GetByAddress(deviceAddress);
    foreach (var handle in handles)
    {
        handle.Disconnected?.Invoke(this, args);
        await handle.DisposeAsync();  // 触发 DI 作用域释放
    }
    _handleRegistry.RemoveByAddress(deviceAddress);
    _connectionPool.Remove(deviceAddress);
}

3.5 选型权衡：连接池模式对比

3.6 风险点与妥协策略

• 空悬设备句柄：断开后业务方仍持有引用。妥协策略：在 IDeviceHandle 中嵌入版本号或连接ID，每次操作前校验有效性。
• 并发清理竞态：多个连接同时断开导致清理冲突。妥协策略：为每个连接引入清理锁，使用异步队列串行化清理。
• 注入时机与事务性：句柄注入发生在业务事务中间。妥协策略：采用“两阶段注入”：先预留连接ID，事务提交前再获取真实句柄。
• 内存泄漏：回调订阅未取消。妥协策略：使用弱事件模式(WeakEvent)或强制业务方在 Disconnected 事件中取消订阅。

3.7 落地步骤与验收标准

3.7.1 落地步骤

1. 定义 IDeviceHandle 接口及 Disconnected 事件。
2. 实现 ConnectionPool 核心类，包含 AcquireAsync / ReleaseAsync 方法。
3. 在 DI 容器中注册 IDeviceHandle 为 Transient，工厂委托池的 AcquireAsync。
4. 实现 ResourceCleaner 组件，订阅底层蓝牙驱动的断连事件。
5. 集成到现有业务服务，替换直连方式。
6. 编写集成测试：模拟连接建立、正常断开、异常断开、并发请求等场景。

3.7.2 验收标准

3.8 内联SVG：BLE连接池状态机与DI边界