BLE基础：GATT服务、连接建立与数据流

做BLE开发，如果你不理解GATT，那就像写Android不知道四大组件一样。我个人习惯先梳理清楚GATT这个“抽象层”，再动手写代码。今天我们就来彻底搞懂BLE的通信模型。

GATT服务模型：Server与Client

GATT的全称是Generic Attribute Profile。它定义了BLE设备之间如何交换数据。说白了，GATT就是一套规则：谁是数据提供者，谁是数据消费者。

• GATT Server：持有数据的一方，通常是被连接的设备（如传感器、心率带）。
• GATT Client：发起读写请求的一方，通常是手机或平板。

你可能要问：那一个设备能不能同时做Server和Client？可以。比如手机既接收心率数据（Client），又向外发送控制指令（Server）。但在大多数场景下，手机是Client，外设是Server。

讲个我自己的教训。有一次项目里，外设同时提供了多个Service，我忘了区分哪个Service对应哪个功能，结果连上去后该读的数据一直读不到。后来把每个Service的UUID打印出来才定位到问题。从那时起，我写代码前一定会先画一张GATT层级图。

GATT层级结构

一个典型的GATT Server结构如下：

Server
 └─ Service (UUID: 0x180D)
     ├─ Characteristic (UUID: 0x2A37)  // 心率测量
     │   ├─ Value
     │   ├─ Properties: Notify
     │   ├─ Client Characteristic Configuration Descriptor (CCCD)
     │   └─ User Description Descriptor
     └─ Characteristic (UUID: 0x2A38)  // 身体传感器位置
         ├─ Value
         └─ Properties: Read

每个Service包含一个或多个Characteristic。每个Characteristic又有Value和Descriptor。Descriptor用来描述这个特征的行为，比如是否启用通知。

连接建立过程

BLE连接不是一步到位的。它分几个阶段：

1. 扫描（Scanning）：Client发现广告包，获取设备地址和名称。
2. 连接（Connect）：Client发起连接请求。连接后，设备进入连接状态。
3. 服务发现（Service Discovery）：Client调用API获取Server的Service、Characteristic列表。这一步很关键，因为只有服务发现完成后，你才知道可以操作哪些特征。
4. MTU协商（MTU Exchange）：双方协商数据包的最大长度。默认是23字节，协商后可以提升到512甚至更多。
5. 数据交互：读写、通知、指示。

你想想看，如果跳过MTU协商，每次只能发20字节的有效数据（因为ATT层有3字节头部）。我曾经在一个固件升级项目里，因为没做MTU协商，几百KB的数据包被拆成上千个小包，传输时间长到用户直接拔设备。嗯，从那之后我再也不会忘记手动请求MTU了。

数据流：ATT层交互

GATT之上是ATT（Attribute Protocol）。所有的读写、通知最终都通过ATT PDU在连接上传输。一个典型的通知流程：

• Client收到通知后，会收到一个ATT_HANDLE_VALUE_NOTIFICATION PDU。
• 如果Characteristic的Properties是Indicate，Server会等Client返回确认（ATT_HANDLE_VALUE_CFM），否则直接发送。

代码层面，在Android上进行服务发现和启用通知的典型片段：

// 连接成功后，在onConnectionStateChange中调用
bluetoothGatt.discoverServices()

// 服务发现完成回调
override fun onServicesDiscovered(gatt: BluetoothGatt, status: Int) {
    val service = gatt.getService(UUID.fromString("0000180D-0000-1000-8000-00805F9B34FB"))
    val characteristic = service.getCharacteristic(UUID.fromString("00002A37-0000-1000-8000-00805F9B34FB"))
    
    // 启用通知
    gatt.setCharacteristicNotification(characteristic, true)
    val descriptor = characteristic.getDescriptor(UUID.fromString("00002902-0000-1000-8000-00805F9B34FB"))
    descriptor.value = BluetoothGattDescriptor.ENABLE_NOTIFICATION_VALUE
    gatt.writeDescriptor(descriptor)
}

GATT与数据流核心概念速查

为了方便记忆，我整理了一个速查表：

概念	说明	我的建议
Service	功能集合，如心率、电池	先罗列所有Service，用UUID字典
Characteristic	具体数据点，包含值和属性	注意区分Notify/Indicate
Descriptor	特征描述，常用CCCD	启用通知必写CCCD
MTU	单包最大长度	连接完后立即请求协商
连接间隔	设备广播和连接参数	影响功耗和吞吐量

例如，当你需要写入大数据时，如果MTU没协商，就会拆成很多个小包，丢包概率大增。我建议在onConnectionStateChange后立即调用requestMtu(512)，然后在onMtuChanged回调里继续下一步。