BluetoothGattとは何か、メソッド、AndroidでのGATT BLEプロトコル

// BluetoothGatt接続を作成中
import android.bluetooth.*

class GattConnector(private val context: Context) {

    private var bluetoothGatt: BluetoothGatt? = null

    fun connect(device: BluetoothDevice): BluetoothGatt? {
        // 既存の接続があれば閉じる
        close()

        bluetoothGatt = device.connectGatt(
            context,
            false,  // autoConnect = false ( )
            object : BluetoothGattCallback() {
                override fun onConnectionStateChange(
                    gatt: BluetoothGatt, status: Int, newState: Int
                ) {
                    when (newState) {
                        BluetoothProfile.STATE_CONNECTED -> {
                            // 2. 接続確立 → 検出
                            gatt.discoverServices()
                        }
                        BluetoothProfile.STATE_DISCONNECTED -> {
                            // 3. 接続が失われました
                            close()
                        }
                    }
                }

                override fun onServicesDiscovered(
                    gatt: BluetoothGatt, status: Int
                ) {
                    if (status == BluetoothGatt.GATT_SUCCESS) {
                        // 4. GATT階層を受信しました
                        onGattReady(gatt)
                    }
                }
            },
            BluetoothDevice.TRANSPORT_LE
        )
        return bluetoothGatt
    }

    private fun onGattReady(gatt: BluetoothGatt) {
        // GATTは読み取り/書き込み操作の準備ができています
    }

    fun close() {
        bluetoothGatt?.disconnect()
        bluetoothGatt?.close()
        bluetoothGatt = null
    }
}

// サービス検出と特性検索
class GattServiceExplorer {

    // UUIDでサービスを検索
    fun findService(gatt: BluetoothGatt, uuid: UUID): BluetoothGattService? {
        return gatt.services?.firstOrNull { it.uuid == uuid }
    }

    // サービス内の特性を検索
    fun findCharacteristic(
        service: BluetoothGattService,
        uuid: UUID
    ): BluetoothGattCharacteristic? {
        return service.characteristics?.firstOrNull { it.uuid == uuid }
    }

    // サポートされているすべての特性操作を取得
    fun getCharacteristicProperties(chars: BluetoothGattCharacteristic): List<String> {
        val props = mutableListOf<String>()
        with(chars.properties) {
            if (and(BluetoothGattCharacteristic.PROPERTY_READ) != 0) props.add("READ")
            if (and(BluetoothGattCharacteristic.PROPERTY_WRITE) != 0) props.add("書き込み")
            if (and(BluetoothGattCharacteristic.PROPERTY_WRITE_NO_RESPONSE) != 0) props.add("応答なし書き込み")
            if (and(BluetoothGattCharacteristic.PROPERTY_NOTIFY) != 0) props.add("NOTIFY")
            if (and(BluetoothGattCharacteristic.PROPERTY_INDICATE) != 0) props.add("INDICATE")
        }
        return props
    }

    // GATT階層全体をログに記録
    fun dumpGattTree(gatt: BluetoothGatt) {
        gatt.services?.forEach { service ->
            print("Service: ${service.uuid}")
            service.characteristics?.forEach { char ->
                print("  Characteristic: ${char.uuid}, properties: ${char.properties}")
                char.descriptors?.forEach { desc ->
                    print("    Descriptor: ${desc.uuid}")
                }
            }
        }
    }
}

// BluetoothGattを介した特性と記述子の読み取り
class GattReader {

    fun readHeartRate(gatt: BluetoothGatt) {
        // 心拍数サービスUUID = 0x180D
        val service = gatt.getService(UUID.fromString("0000180D-0000-1000-8000-00805F9B34FB"))
            ?: return
        // 心拍数測定UUID = 0x2A37
        val characteristic = service.getCharacteristic(
            UUID.fromString("00002A37-0000-1000-8000-00805F9B34FB")
        ) ?: return

        if (hasProperty(characteristic, BluetoothGattCharacteristic.PROPERTY_READ)) {
            gatt.readCharacteristic(characteristic)
        }
    }

    fun readDescriptor(gatt: BluetoothGatt, characteristic: BluetoothGattCharacteristic) {
        // CCCD（0x2902）
        val cccd = characteristic.getDescriptor(
            UUID.fromString("00002902-0000-1000-8000-00805F9B34FB")
        )
        cccd?.let { gatt.readDescriptor(it) }
    }

    // onCharacteristicReadコールバックでデータを処理：
    fun parseHeartRate(value: ByteArray): Int {
        // BLE心拍数：bytes = flags、second = bpm
        return if (value.isNotEmpty()) value[1].toInt() and 0xFF else 0
    }

    private fun hasProperty(char: BluetoothGattCharacteristic, prop: Int): Boolean {
        return char.properties and prop != 0
    }
}

// Android API 33+でのBLE特性書き込み
class GattWriter {

    // 応答付き書き込み（withResponse）
    fun writeWithResponse(gatt: BluetoothGatt, characteristic: BluetoothGattCharacteristic, data: ByteArray) {
        if (Build.VERSION.SDK_INT >= Build.VERSION_CODES.TIRAMISU) {
            // API 33+：writeCharacteristic
            val request = BluetoothGattCharacteristicWriteRequest(
                characteristic,
                data,
                BluetoothGattCharacteristicWriteRequest.WRITE_TYPE_DEFAULT,
                @android.annotation.RequiresPermission(android.Manifest.permission.BLUETOOTH_CONNECT)
            )
            gatt.writeCharacteristic(request)
        } else {
            // API < 33:   (deprecated)
            characteristic.setValue(data)
            gatt.writeCharacteristic(characteristic)
        }
    }

    // 応答なし書き込み（最大速度）
    fun writeWithoutResponse(gatt: BluetoothGatt, characteristic: BluetoothGattCharacteristic, data: ByteArray) {
        if (Build.VERSION.SDK_INT >= Build.VERSION_CODES.TIRAMISU) {
            val request = BluetoothGattCharacteristicWriteRequest(
                characteristic,
                data,
                BluetoothGattCharacteristicWriteRequest.WRITE_TYPE_NO_RESPONSE,
                @android.annotation.RequiresPermission(android.Manifest.permission.BLUETOOTH_CONNECT)
            )
            gatt.writeCharacteristic(request)
        } else {
            characteristic.setValue(data)
            characteristic.writeType = BluetoothGattCharacteristic.WRITE_TYPE_NO_RESPONSE
            gatt.writeCharacteristic(characteristic)
        }
    }

    // onCharacteristicWriteコールバック（API 33+）
    private val writeCallback = object : BluetoothGattCallback() {
        override fun onCharacteristicWrite(
            gatt: BluetoothGatt,
            characteristic: BluetoothGattCharacteristic,
            value: ByteArray,
            status: Int,
            callbackType: Int
        ) {
            if (status == BluetoothGatt.GATT_SUCCESS) {
                print("Write success: ${value.size} bytes")
            }
        }
    }
}

// 正しいBLE通知購読
class GattNotificationManager {

    // 1. 通知を有効にする
    fun enableNotification(gatt: BluetoothGatt, characteristic: BluetoothGattCharacteristic) {
        // ステップ1：ローカルAndroid購読
        val success = gatt.setCharacteristicNotification(characteristic, true)
        if (!success) {
            print("購読に失敗しました")
            return
        }

        // ステップ2：BLEデバイスにCCCD（0x2902）を書き込む
        val cccdDescriptor = characteristic.getDescriptor(
            UUID.fromString("00002902-0000-1000-8000-00805F9B34FB")
        ) ?: return

        // 0x0100 = 通知、0x0200 = 表示
        val cccdValue = if (characteristic.properties
            and BluetoothGattCharacteristic.PROPERTY_NOTIFY != 0) {
            BluetoothGattDescriptor.ENABLE_NOTIFICATION_VALUE  // [0x01、0x00]
        } else {
            BluetoothGattDescriptor.ENABLE_INDICATION_VALUE     // [0x02、0x00]
        }

        cccdDescriptor.setValue(cccdValue)
        gatt.writeDescriptor(cccdDescriptor)
    }

    // 2. 特性検出
    fun disableNotification(gatt: BluetoothGatt, characteristic: BluetoothGattCharacteristic) {
        gatt.setCharacteristicNotification(characteristic, false)
        val cccdDescriptor = characteristic.getDescriptor(
            UUID.fromString("00002902-0000-1000-8000-00805F9B34FB")
        ) ?: return
        cccdDescriptor.setValue(BluetoothGattDescriptor.DISABLE_NOTIFICATION_VALUE)
        gatt.writeDescriptor(cccdDescriptor)
    }

    // 3. 通知コールバック
    private val notificationCallback = object : BluetoothGattCallback() {
        override fun onCharacteristicChanged(
            gatt: BluetoothGatt,
            characteristic: BluetoothGattCharacteristic,
            value: ByteArray,
            callbackType: Int
        ) {
            // BLE周辺機器から新しい値
            print("Notification: ${value.size} bytes")
        }
    }
}

// Kotlinでのコルーチンを使用した完全なGATTクライアント
class GattClient(context: Context) {

    private val context = context.applicationContext
    private var gatt: BluetoothGatt? = null

    // コルーチンで接続
    suspend fun connect(device: BluetoothDevice): Boolean =
        suspendCoroutine { continuation ->
            gatt = device.connectGatt(
                context, false,
                object : BluetoothGattCallback() {
                    override fun onConnectionStateChange(
                        gatt: BluetoothGatt, status: Int, newState: Int
                    ) {
                        if (newState == BluetoothProfile.STATE_CONNECTED) {
                            gatt.discoverServices()
                        } else {
                            continuation.resume(false)
                        }
                    }

                    override fun onServicesDiscovered(gatt: BluetoothGatt, status: Int) {
                        continuation.resume(status == BluetoothGatt.GATT_SUCCESS)
                    }
                },
                BluetoothDevice.TRANSPORT_LE
            )
        }

    // コルーチンを介して特性を読み取る
    suspend fun readCharacteristicValue(char: BluetoothGattCharacteristic): ByteArray? =
        suspendCoroutine { continuation ->
            gatt?.let { gatt ->
                // コールバック識別用に特性タグを保存
                gatt.setCharacteristic(char, null)  // API用< 33
                gatt.readCharacteristic(char)
            }
        }

    // 接続を閉じる
    fun release() {
        gatt?.disconnect()
        gatt?.close()
        gatt = null
    }
}