iOS 中的 CBCentralManager — 它是什么，BLE 管理和 Core Bluetooth

什么是 CBCentralManager？

CBCentralManager — 是 Core Bluetooth 在 iOS 上实现 Central 角色的主要类。它管理 BLE 连接的整个生命周期：从扫描正在广播的设备到数据传输和断开连接。CBCentralManager 通过 CBCentralManagerDelegate 委托异步工作，通知应用程序蓝牙堆栈中的事件。

CBCentralManager 的初始化启动 state restoration 过程：管理器检查设备上的蓝牙状态，如果应用程序已关闭则恢复以前的连接。初始化过程可能需要 50 到 500 毫秒，具体取决于蓝牙状态。应用程序必须在开始任何 BLE 操作之前等待 centralManagerDidUpdateState 的调用。

Core Bluetooth 架构基于 Delegation 模式：CBCentralManager 将事件处理（设备发现、连接、错误）委托给 CBCentralManagerDelegate 协议。与特定 Peripheral 一起使用 CBPeripheralDelegate 协议，该协议通知服务、特征的发现和数据的接收。这种异步模型确保了 UI 的非阻塞操作。

CBCentralManager 的状态

CBCentralManager 经历多种状态，这些状态决定 BLE 堆栈是否可用于工作。状态通过委托传递：centralManagerDidUpdateState(_:)。开发者必须处理所有状态——不仅仅是 poweredOn，还有蓝牙关闭或不可用的情况。

Unauthorized state 从 iOS 13+ 开始变得越来越常见。从该版本开始，应用程序必须在 Info.plist 中具有 NSBluetoothAlwaysUsageDescription 权限。如果没有它，中央管理器将进入 .unauthorized 状态，扫描将无法进行。用户可以随时在设置 > 隐私 > 蓝牙中更改权限。

扫描 BLE 设备

scanForPeripherals(withServices:options:) — 启动扫描的主要方法。withServices 参数接收服务 UUID 数组以进行过滤：如果传递 nil，将发现所有设备，这会显著增加能耗。建议始终根据应用程序所需服务的 UUID 进行过滤。扫描选项包括 CBCentralManagerScanOptionAllowDuplicatesKey（关于同一设备的重复通知）。

import CoreBluetooth

class BLEController: NSObject,
    CBCentralManagerDelegate {

    private var centralManager: CBCentralManager!

    override init() {
        super.init()
        centralManager =
            CBCentralManager(
                delegate: self,
                queue: nil
            )
    }

    func startScanning() {
        let serviceUUID =
            CBUUID("180F") // 电池服务

        centralManager.scanForPeripherals(
            withServices: [serviceUUID],
            options: [
                CBCentralManagerScanOptionAllowDuplicatesKey: false
            ]
        )
    }
}

当发现设备时，会调用 centralManager(_:didDiscover:advertisementData:rssi:)。advertisementData 参数包含广播包数据的完整字典，包括设备名称（CBAdvertisementDataLocalNameKey）、服务 UUID（CBAdvertisementDataServiceUUIDsKey）和制造商数据（CBAdvertisementDataManufacturerDataKey）。RSSI — 以 dBm 为单位的信号强度，在发现时可用。

连接到 Peripheral

connect(_:options:) — 与发现的 Peripheral 建立 BLE 连接的方法。调用 connect 后，iOS 尝试连接到设备。成功连接由 centralManager(_:didConnect:) 确认，错误由 centralManager(_:didFailToConnect:error:) 确认。连接选项包括用于后台通知的 CBConnectPeripheralOptionNotifyOnConnectionKey、CBConnectPeripheralOptionNotifyOnDisconnectionKey 和 CBConnectPeripheralOptionNotifyOnNotificationKey。

// 连接到 BLE 设备
func connectToPeripheral(
    _ peripheral: CBPeripheral
) {
    centralManager.connect(peripheral, options: nil)

    // 为 Peripheral 设置委托
    peripheral.delegate = self
}

// 委托：连接成功
func centralManager(
    _ central: CBCentralManager,
    didConnect peripheral: CBPeripheral
) {
    print("已连接到 " +
          "\(peripheral.name ?? "unknown")")

    // 开始服务发现
    peripheral.discoverServices(nil)
}

// 委托：连接错误
func centralManager(
    _ central: CBCentralManager,
    didFailToConnect peripheral: CBPeripheral,
    error: Error?
) {
    print("Connection failed: 
          \(error?.localizedDescription ?? "")")
}

连接超时在 iOS 上为 30 秒。如果设备在此期间未响应连接请求，将调用 didFailToConnect。影响超时的因素：到设备的距离、干扰、设备当前是否正在广播。在连接之前，确保设备处于可连接广播模式（ADV_IND，而不是 ADV_NONCONN_IND）。

发现服务和特征

连接后需要发现 Peripheral 的服务（discoverServices）和特征（discoverCharacteristics）。这是读取或写入数据之前的必要步骤。该过程是异步的：discoverServices 通过 peripheral(_:didDiscoverServices:) 返回结果，discoverCharacteristics 通过 peripheral(_:didDiscoverCharacteristicsFor:error:) 返回结果。

建议向 discoverServices 传递感兴趣的 UUID 数组，而不是 nil。过滤可加速发现并节省能源。如果未找到服务，iOS 将报告一个空数组。发现特征后，可以读取它们的值（readValue）、订阅通知（setNotifyValue）或写入数据（writeValue）。

一个重要细节：MTU 在连接后自动协商。要获取当前 MTU，使用 peripheral.maximumWriteValueLength(for: .withResponse) 或 .withoutResponse。在 iOS 中，对于 BLE 5.0 设备，最大 MTU 为 512 字节。如果需要传输大于 MTU 的数据，请在应用程序级别实现分片。

后台扫描和 iOS 限制

后台扫描 iOS 上的 BLE 设备需要特殊配置。Core Bluetooth 支持后台执行，但有显著的限制。要在后台工作，需要：在项目 Capabilities 的 Background Modes 中启用 bluetooth-central，使用 CBCentralManagerOptionRestoreIdentifierKey 选项初始化 CBCentralManager 以实现状态恢复，并在进入后台时处理中央管理器的事件。

iOS 中后台 BLE 的限制：scanForPeripherals 没有 UUID 过滤在后台不工作。应用程序必须指定用于扫描的特定服务 UUID。iOS 可能会无限期延迟 BLE 事件的传递。Core Bluetooth 在发现匹配设备时自动恢复扫描，即使应用程序在后台。后台扫描超时：iOS 可能在 10-30 分钟后停止扫描以节省能源。

State Restoration — Core Bluetooth 的机制，允许在应用程序重启或 iOS 重启后恢复 BLE 连接。使用方法：在初始化时指定 CBCentralManagerOptionRestoreIdentifierKey，在委托中实现 centralManager(_:willRestoreState:)，并从传递的字典中恢复已连接的 Peripheral 列表。State Restoration 对于在后台运行的 BLE 应用程序至关重要，例如健身追踪器或医疗设备。

错误处理和连接恢复

CBCentralManager 生成错误在几种情况下：连接失败（didFailToConnect）、连接中断（didDisconnectPeripheral）、特征不可读/写（didWriteValue error）。所有 Core Bluetooth 错误都通过带有 CBErrorDomain 域的 Error 对象返回。最常见的代码：CBErrorConnectionTimeout（0x04）、CBErrorPeripheralDisconnected（0x07）、CBErrorOperationNotSupported（0x0A）。

连接恢复策略：在收到 didDisconnectPeripheral 时检查错误代码。如果错误是 CBErrorConnectionTimeout 或 CBErrorPeripheralDisconnected — 在 1-5 秒后安排自动重新连接。如果错误是 CBErrorOperationNotSupported — 记录日志并且不要尝试重复操作。对于关键连接（医疗设备）使用 exponential backoff，最大间隔 60 秒。

// 处理断开连接并自动重新连接
func centralManager(
    _ central: CBCentralManager,
    didDisconnectPeripheral peripheral: CBPeripheral,
    error: Error?
) {
    guard let error = error else {
        return // 预期的断开
    }

    print("Disconnected: \(error.localizedDescription)")

    // 自动重新连接
    if shouldAutoReconnect {
        DispatchQueue.main.asyncAfter(
            deadline: .now() + reconnectDelay
        ) {
            central.connect(peripheral)
        }
    }
}

在 iOS 上开发可靠的 BLE 应用时考虑：Core Bluetooth 不保证在弱信号时所有数据包的传输。为了可靠传输，使用 writeType .withResponse（确认写入）并订阅通知（setNotifyValue）以从 Peripheral 接收数据。为诊断生产环境中的连接问题，维护错误日志。