Connect Bluetooth devices to Apple Watch

Highlight

watchOS 8 允许应用在 Background App Refresh 期间连接蓝牙设备，这让 complications 可以持续从蓝牙配件获取数据并更新，无需用户主动打开应用。

核心内容

以前的问题：蓝牙只能在应用前台连接

（00:31）

在 watchOS 7 及之前，应用只能在两种状态下连接蓝牙设备：前台运行时，或后台会话期间。这意味着如果用户想看 complication 上显示蓝牙设备的最新数据，必须先打开应用建立连接。

这对很多场景都不够友好。比如一个温度传感器，用户希望抬腕就能看到当前温度，而不是每次都要打开应用。

watchOS 8 的解决方案：后台刷新期间连接蓝牙

（00:57）

watchOS 8 允许应用在 Background App Refresh 期间连接蓝牙配件。这带来了两个核心能力：

1. 更新 complications：从蓝牙设备获取数据，直接更新表盘上的 complication
2. 发送本地通知：比如蓝牙设备电量低时提醒用户

要使用这个功能，只需要在 Info.plist 中添加 bluetooth-central 到 UIBackgroundModes。

连接的生命周期

（02:04）

蓝牙连接的生命周期分几个阶段：

首次配对（前台）：

• 用户打开应用
• 应用扫描并发现蓝牙设备
• 建立初始连接，可能需要配对
• 用户退出应用，蓝牙连接断开

后台刷新期间（watchOS 8 新增）：

• 系统触发 Background App Refresh
• 应用发起对已配对设备的连接请求
• 设备发送 advertisement，Apple Watch 建立连接
• 应用获取数据，处理完成后主动断开连接

（02:36）

配件设计的最佳实践

（02:55）

Background App Refresh 可能在任何时间发生，所以配件应该在有重要更新时尽可能频繁地广播。如果配件为了省电很少广播，可能在后台刷新期间收不到 advertisement，导致连接失败。

一个策略是在配件上缓冲传感器数据。当缓冲区快满时，提高广播频率以增加与 Apple Watch 重新连接的机会。

（03:37）

在理想的射频条件下，建议至少每两秒广播一次。如果在更具挑战性的射频环境中使用，应该更频繁地广播。

三种用户流程

（04:02）

Session 展示了三种可能的连接流程：

流程一：正常连接和断开

• 应用在后台刷新期间发起连接
• 收到 advertisement，建立连接
• 获取数据，调用 cancelPeripheralConnection 主动断开
• 这是最理想的流程

流程二：配件不在附近或未广播

• 应用发起连接，但没有收到 advertisement
• expiration handler 被调用
• 应用取消连接请求，准备下一次后台刷新
• 建议主动在 expiration handler 之前断开以节省电量

流程三：未在后台刷新结束前断开

• 应用建立连接，但在后台刷新结束前没来得及断开
• Core Bluetooth 会在后台刷新结束时自动断开连接
• 下一次后台刷新时，应用收到 didDisconnectPeripheral 回调
• 应用可以重新发起连接或等待下一次刷新

（05:28）

详细内容

前台发现设备

（07:35）

当用户在前台使用应用时，发现设备并连接：

func centralManager(_ central: CBCentralManager,
                    didDiscover peripheral: CBPeripheral,
                    advertisementData: [String: Any],
                    rssi RSSI: NSNumber) {
    // 添加到已发现设备列表，然后连接
    central.connect(peripheral, options: nil)
}

关键点：

• didDiscoverPeripheral 在检测到 advertisement 时调用
• 将发现的设备保存到数组中供后续使用
• central.connect 发起连接请求

后台刷新期间连接

（07:55）

在 Extension Delegate 的后台任务处理中发起蓝牙连接：

func handle(_ backgroundTasks: Set<WKRefreshBackgroundTask>) {
    for task in backgroundTasks {
        if let refreshTask = task as? WKApplicationRefreshBackgroundTask {
            // 开始后台工作：连接蓝牙设备
            central.connect(peripheral, options: nil)

            refreshTask.expirationHandler = {
                // 后台时间即将用完，取消连接
                if let peripheral = self.bluetoothReceiver.connectedPeripheral {
                    self.central.cancelPeripheralConnection(peripheral)
                }
                refreshTask.setTaskCompletedWithSnapshot(false)
            }
        }
    }
}

关键点：

• 在 WKApplicationRefreshBackgroundTask 中发起蓝牙连接
• expirationHandler 是 watchOS 8 新增 API，在后台时间即将用完时调用
• 在 expiration handler 中取消连接并标记任务完成
• 主动在 expiration handler 之前断开连接可以节省电量

断开连接的处理

（08:51）

当蓝牙设备断开时，系统会调用 delegate 方法：

func centralManager(_ central: CBCentralManager,
                    didDisconnectPeripheral peripheral: CBPeripheral,
                    error: Error?) {
    connectedPeripheral = nil
    delegate?.didCompleteDisconnection(from: peripheral)
}

关键点：

• didDisconnectPeripheral 在前后台都可能被调用
• 清空 connectedPeripheral 引用
• 通知 delegate 断开完成

在 Extension Delegate 中完成后台任务

（09:08）

func didCompleteDisconnection(from peripheral: CBPeripheral) {
    if let refreshTask = currentRefreshTask {
        refreshTask.setTaskCompletedWithSnapshot(false)
        currentRefreshTask = nil
    }
}

关键点：

• 确认当前处于 Background App Refresh 状态
• 标记后台任务完成
• 这会终止 Background App Refresh，让应用回到挂起状态
• 将 currentRefreshTask 设为 nil 避免重复完成

Info.plist 配置

要使用后台蓝牙连接，需要在 WatchKit Extension 的 Info.plist 中添加：

<key>UIBackgroundModes</key>
<array>
    <string>bluetooth-central</string>
</array>

（01:35）

这也可以显示为 “Required background modes” 和 “App communicates using CoreBluetooth”。

平台支持配置对比

（01:50）

不同平台上蓝牙低功耗的支持配置有所不同。在 watchOS 上，当前支持的配置包括前台连接和后台刷新期间的连接。后台扫描新设备只在 iOS 上支持，watchOS 不支持在后台扫描新设备。

首次设备设置的要求

（09:26）

首次设置蓝牙设备时，应用必须在前台运行。用户需要主动使用应用，此时可以扫描新设备并建立初始连接。一旦设备被发现并配对，后续就可以在后台刷新期间重新连接。

应用退出前台后不能扫描新设备，只能请求连接已发现的设备。连接后获取数据，然后应该主动断开以保存电量。

核心启发

• 做一个蓝牙温度计 complication：连接蓝牙温度传感器，在表盘 complication 上实时显示当前温度。利用后台刷新每小时最多四次更新数据。入口 API 是 CBCentralManager + WKApplicationRefreshBackgroundTask。

• 做一个运动 GPS 追踪器配套应用：连接蓝牙 GPS 追踪器，在 complication 上显示配速和距离。运动结束后自动断开以省电。入口 API 是 CBPeripheral 的 didUpdateValueFor + HKWorkoutSession。

• 做一个医疗设备数据监测应用：连接蓝牙血氧仪或血压计，在后台刷新期间读取数据并记录到 HealthKit。数据异常时发送本地通知提醒。入口 API 是 HKHealthStore.save + UNUserNotificationCenter。

• 做一个蓝牙设备电量监控工具：在后台连接时读取蓝牙设备的电池电量，电量低于阈值时在 complication 上显示警告图标。入口 API 是 CBCharacteristic 的电池服务 UUID 0x180F。

• 做一个智能家居手表遥控器：连接蓝牙门锁或灯光控制器，在 complication 上显示设备状态，点击快速控制。入口 API 是 CBPeripheral.writeValue + 自定义 GATT 服务。

关联 Session

• What’s new in watchOS 8 — watchOS 8 新特性概览，包括蓝牙后台连接的背景介绍
• Build a workout app for Apple Watch — 用 SwiftUI 和 HealthKit 构建 workout app，可结合蓝牙传感器
• There and back again: Data transfer on Apple Watch — Apple Watch 数据通信策略，包括后台任务处理