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简介：本文全面介绍了Android平台上的NFC技术，包括数据读写、Android Beam数据传输、NDEF消息和记录的结构，以及安全和权限管理。文章详细讲解了如何使用NfcAdapter和NdefRecord类操作NFC，实现快速数据交换和设备间通信，强调了NFC在智能设备中的应用和开发注意事项。
1. Android NFC基础知识
在本章中，我们将为读者提供Android NFC技术的入门知识。首先，我们将对NFC（Near Field Communication，近场通信）技术的原理进行简要概述，帮助读者了解它如何允许设备之间进行短距离无线通信。NFC是物联网（IoT）技术的重要组成部分，广泛应用于移动支付、数据交换、身份验证等领域。
NFC技术简介
NFC技术允许电子设备在几厘米的距离内进行数据交换。它基于无线电频率识别（RFID）技术发展而来，但NFC提供了双向通信。NFC技术的运作依赖于两个主要组件：NFC标签和NFC读写器。NFC标签可以存储信息，而NFC读写器则可以读取或写入标签信息。与传统的RFID技术相比，NFC标签不需要外部电源，因为它们可以从读写器中获取能量。
NFC在Android中的支持
Android系统提供了对NFC的全面支持，使得开发者可以利用NFC进行数据传输、读写标签等操作。通过Android的NfcAdapter类，开发者可以检测NFC硬件的存在，发起NFC通信，并处理NFC标签读写事件。在这一章，我们将介绍如何在Android设备上启用NFC功能，以及如何通过NfcAdapter类进行基本的NFC事件处理。我们将继续深入探讨NFC Manager与NdefRecord类的应用，为读者构建坚实的NFC应用开发基础。
2. NFC Manager与NdefRecord类的应用
2.1 NFC Manager的使用方法
NFC（Near Field Communication，近场通信）是Android平台上一种非常实用的技术，它允许设备在极短的距离内与另一台设备进行通信。NFC Manager是Android提供的一个API，用来帮助开发者管理NFC功能。本章节将详细介绍NFC Manager的基本功能，并讲述如何监听和处理NFC相关的事件。
2.1.1 NFC Manager的基本功能介绍
NFC Manager的主要功能是检测NFC标签和NFC设备，以及处理它们之间的数据交换。它提供了许多有用的方法来实现NFC应用的核心功能，例如：
启用和禁用NFC适配器 监听NFC标签和设备的出现 检测NFC标签类型 读取和写入NFC标签数据 处理NDEF消息
例如，启用NFC适配器可以使用以下代码：
NfcAdapter nfcAdapter = NfcAdapter.getDefaultAdapter(context);
if (nfcAdapter == null) {
// 设备不支持NFC
} else if (!nfcAdapter.isEnabled()) {
// NFC功能未开启，引导用户开启NFC功能
Intent enableNfcIntent = new Intent(Settings.ACTION_NFC_SETTINGS);
startActivity(enableNfcIntent);
}
2.1.2 NFC Manager的事件监听和回调处理
为了响应NFC事件，应用程序需要注册一个广播接收器来处理NFC相关的Intent。当NFC标签或设备被检测到时，Android系统会发送一个包含NDEF消息的Intent，应用程序可以从中读取数据。
IntentFilter filter = new IntentFilter(NfcAdapter.ACTION_NDEF_DISCOVERED);
PendingIntent pendingIntent = PendingIntent.getActivity(context, 0, new Intent(context, getClass()).addFlags(Intent.FLAG_ACTIVITY_SINGLE_TOP), 0);
nfcAdapter.enableForegroundDispatch(this, pendingIntent, filter, null);
当NFC事件发生时，应用程序需要在 onNewIntent 方法中处理这个Intent：
@Override
protected void onNewIntent(Intent intent) {
super.onNewIntent(intent);
if (NfcAdapter.ACTION_NDEF_DISCOVERED.equals(intent.getAction())) {
Parcelable[] rawMessages = intent.getParcelableArrayExtra(NfcAdapter.EXTRA_NDEF_MESSAGES);
if (rawMessages != null && rawMessages.length > 0) {
NdefMessage message = (NdefMessage) rawMessages[0];
NdefRecord[] records = message.getRecords();
// 对NDEF记录进行解析
}
}
}
2.2 NdefRecord类的应用技巧
2.2.1 NdefRecord类的结构和使用
NdefRecord类是NFC数据交换的基础，它代表了一个NDEF（NFC Data Exchange Format）记录。NDEF是一种标准的数据格式，用于在NFC标签和设备之间传输数据。每个NDEF消息是由一个或多个NDEF记录组成的。
一个NDEF记录主要包含以下部分：
类型（TNF Type Name Format） ID（可选） 有效载荷（记录的实际内容） 有效载荷长度
创建一个NdefRecord对象可以使用其构造函数，如下示例创建一个包含文本的有效载荷的NDEF记录：
NdefRecord ndefRecord = new NdefRecord(
NdefRecord.TNF_WELL_KNOWN,
NdefRecord.RTD_TEXT,
new byte[0],
"Hello, NFC!".getBytes()
);
2.2.2 NdefRecord类的数据封装与解析
要将数据封装成NDEF格式，首先需要了解NDEF记录的结构。文本记录可以按照以下格式创建：
TNF（Type Name Format）字段，通常是NdefRecord.TNF_WELL_KNOWN。 类型字段，对于文本记录，通常是NdefRecord.RTD_TEXT。 有效载荷字段，包含语言代码和文本内容。
例如，要读取一个NDEF文本记录，可以使用以下代码：
if (ndefRecord.getTnf() == NdefRecord.TNF_WELL_KNOWN && Arrays.equals(ndefRecord.getType(), NdefRecord.RTD_TEXT)) {
// 提取语言代码和文本内容
String languageCode = new String(ndefRecord.getPayload(), 0, 2, StandardCharsets.US_ASCII);
String text = new String(ndefRecord.getPayload(), 2, ndefRecord.getPayloadLength() - 2, StandardCharsets.UTF_8);
}
这样，我们就能够解析NDEF记录中的文本内容，并将其用于应用程序。
通过使用NFC Manager和NdefRecord类，开发者能够开发出各种各样的NFC功能应用，如标签读写、数据交换、设备配对等。下一章节将会介绍读取和写入NFC标签数据的具体方法。
3. 读取与写入NFC标签数据
在移动设备上使用NFC技术的一个主要应用场景是读取和写入NFC标签。本章深入探讨这两个方面，帮助开发者掌握NFC标签数据交互的技术细节。
3.1 读取NFC标签数据
读取NFC标签数据是NFC应用中的核心功能之一。这一小节会指导你完成NFC标签数据的读取方法，并展示如何对读取到的数据进行解析和应用。
3.1.1 NFC标签数据的读取方法
要在Android设备上读取NFC标签，首先需要确保设备支持NFC，并且已经打开了NFC功能。接着，使用Android提供的NFC API，通过合适的Intent过滤器来监听NFC标签的靠近，并读取数据。
以下是实现读取NFC标签数据的基本步骤：
在AndroidManifest.xml中添加NFC权限和相关的Intent过滤器： xml
在Activity中设置NFC适配器，并注册回调： java NfcAdapter nfcAdapter = NfcAdapter.getDefaultAdapter(this); PendingIntent pendingIntent = PendingIntent.getActivity( this, 0, new Intent(this, getClass()).addFlags(Intent.FLAG_ACTIVITY_SINGLE_TOP), 0); IntentFilter[] intentFiltersArray = new IntentFilter[] { }; nfcAdapter.enableForegroundDispatch(this, pendingIntent, intentFiltersArray, null);
实现onNewIntent方法以处理检测到的NFC标签： java @Override protected void onNewIntent(Intent intent) { super.onNewIntent(intent); if (NfcAdapter.ACTION_NDEF_DISCOVERED.equals(intent.getAction())) { Parcelable[] rawMessages = intent.getParcelableArrayExtra(NfcAdapter.EXTRA_NDEF_MESSAGES); NdefMessage ndefMessage = (NdefMessage) rawMessages[0]; NdefRecord[] ndefRecords = ndefMessage.getRecords(); // 处理标签数据 } }
在上述代码中，我们首先获取NfcAdapter实例，然后在前台调度中注册了一个PendingIntent。当NFC标签靠近时，onNewIntent方法会被调用，我们可以通过它来读取NdefMessage和NdefRecord。
3.1.2 NFC标签数据的解析和应用
获取到NdefRecord数组后，我们通常需要解析它以提取有用信息。NdefRecord类提供了getPayload方法来获取记录数据的字节数组。根据记录类型，我们可以对数据进行不同的解析。
例如，如果标签包含一个文本记录，则可以这样处理：
for (NdefRecord record : ndefRecords) {
if (record.getTnf() == NdefRecord.TNF_WELL_KNOWN &&
Arrays.equals(record.getType(), NdefRecord.RTD_TEXT)) {
String text = readTextFromNdefRecord(record);
// 使用读取的文本数据
}
}
public String readTextFromNdefRecord(NdefRecord record) {
try {
byte[] payload = record.getPayload();
// NFC文本记录格式是UTF-8编码，第一个字节是状态字节（语言代码长度和字符编码）
String textEncoding = ((payload[0] & 128) == 0) ? "UTF-8" : "UTF-16";
int语言代码长度 = payload[0] & 0063;
return new String(payload, language代码长度 + 1, payload.length - language代码长度 - 1, textEncoding);
} catch (UnsupportedEncodingException e) {
throw new AssertionError(e);
}
}
通过解析NdefRecord，我们可以从NFC标签中提取文本、URL、MIME类型等不同类型的数据，并将其应用于应用程序中。
3.2 写入NFC标签数据
与读取NFC标签数据类似，写入数据也是NFC应用开发的一个重要方面。这一小节将介绍如何将数据写入NFC标签，以及如何进行写入后的验证和更新。
3.2.1 NFC标签数据的写入方法
向NFC标签写入数据的过程与读取过程相似。首先，我们需要确定标签是否支持我们想要写入的数据类型。然后，使用NdefMessage和NdefRecord类创建要写入的数据，并通过NfcAdapter的writeNdefMessage方法发送数据。
以下是写入NFC标签的基本步骤：
创建NdefMessage和NdefRecord： java NdefRecord textRecord = createTextRecord("en", "Hello, World!"); NdefMessage message = new NdefMessage(new NdefRecord[]{textRecord});
将NdefMessage写入NFC标签： java private boolean writeNdefMessage(NdefMessage message, NdefTag tag) { Ndef ndef = Ndef.get(tag); if (ndef != null) { try { ndef.connect(); if (ndef.isWritable()) { ndef.writeNdefMessage(message); return true; } else { // 标签不可写 } } catch (IOException e) { // 通信错误 } finally { try { ndef.close(); } catch (IOException e) { // 通信错误 } } } return false; }
3.2.2 NFC标签数据的验证和更新
写入数据后，应立即进行验证以确保数据正确写入，并且标签的状态正常。如果需要更新标签内容，我们通常需要先擦除旧内容，然后重复写入过程。
以下是如何验证和更新NFC标签数据的示例：
public boolean verifyWriteAndUpdateTag(NdefMessage message, NdefTag tag) {
try {
// 首先尝试读取标签内容
Ndef ndef = Ndef.get(tag);
if (ndef != null) {
ndef.connect();
NdefMessage currentMessage = ndef.getCachedNdefMessage();
if (currentMessage == null) {
// 标签为空或者无法读取，尝试写入
if (writeNdefMessage(message, tag)) {
// 重试读取以验证数据
currentMessage = ndef.getCachedNdefMessage();
if (currentMessage != null && Arrays.equals(message.toByteArray(), currentMessage.toByteArray())) {
return true;
} else {
// 数据写入失败
}
} else {
// 标签无法写入
}
} else {
// 标签已有内容，进行更新
// 如果需要，先擦除标签内容，然后写入新内容
}
}
} catch (IOException e) {
// 通信错误
} finally {
if (ndef != null) {
try {
ndef.close();
} catch (IOException e) {
// 通信错误
}
}
}
return false;
}
在这个过程中，我们首先尝试连接NFC标签并读取当前数据，以判断是否需要执行写入。在实际应用中，还需处理各种异常情况，并确保对NFC标签的操作符合应用逻辑。
在本章节的详细介绍中，我们了解了如何读取NFC标签数据，并对读取的数据进行解析。接着，我们学习了写入NFC标签数据的过程，并探索了写入后的验证和更新方法。这些知识对于实现基本的NFC数据交互至关重要。接下来的章节将继续深入探讨Android Beam与NDEF消息处理等高级主题。
4. Android Beam与NDEF消息处理
4.1 Android Beam数据传输机制
4.1.1 Android Beam的工作原理和实现
Android Beam 是一种基于NFC的近场通信技术，它允许设备之间快速共享信息。Android Beam 使用NFC芯片进行点对点的数据传输，不需要额外的互联网连接。工作时，当两台支持NFC的Android设备背靠背接触时，Android Beam 就可以通过无线信号在它们之间传输数据。
要实现Android Beam，需要在应用程序中设置NFC适配器，并确保NFC功能已经打开。一旦检测到另一台NFC设备，就可以通过适当的NFC意图触发数据的传输过程。Android Beam 的实现关键在于正确使用Android的NFC API来构建和发送NDEF消息。
// 示例代码：启动Android Beam传输
NfcAdapter nfcAdapter = NfcAdapter.getDefaultAdapter(context);
if (nfcAdapter != null && nfcAdapter.isEnabled()) {
Intent intent = new Intent(NfcAdapter.ACTION_NDEF_DISCOVERED);
// 设置需要传输的数据
intent.putExtra(NfcAdapter.EXTRA_NDEF_MESSAGES, new NdefMessage[] {ndefMessage});
// 确保该应用在前台并且Beam是可用的
PendingIntent pendingIntent = PendingIntent.getActivity(context, 0, new Intent(context, getClass()).addFlags(Intent.FLAG_ACTIVITY_SINGLE_TOP), 0);
nfcAdapter.enableForegroundDispatch(this, pendingIntent, null, null);
// 启动Beam传输
if (nfcAdapter.isBeamPushEnabled()) {
nfcAdapter.setBeamPushUris(new Uri[]{Uri.parse("file://path/to/data")}, this);
}
}
在此代码中，我们首先获取了NFC适配器的实例，并检查其是否可用。然后，创建了一个意图来启动Android Beam传输，并且设置了包含NDEF消息的意图。通过设置前台调度，我们可以确保应用在NFC事件发生时能够响应。最后，如果Android Beam是开启的，我们就可以使用 setBeamPushUris() 方法来推送数据。
4.1.2 Android Beam的数据安全和传输限制
尽管Android Beam 提供了一个方便的方法来在设备之间传输数据，但它也有着数据安全和传输限制。对于数据传输，Android Beam 采用加密机制来保证传输过程的安全性，但如果接收设备没有适当的权限，它将无法接收数据。
此外，Android Beam 传输存在文件大小限制。由于传输是通过NFC进行的，其速度和范围都受到限制。通常，文件大小不宜超过几兆字节。对于更大的数据文件，可能需要考虑使用其他无线技术，例如Wi-Fi直连（Wi-Fi Direct）或蓝牙。
4.2 NDEF消息和记录结构
4.2.1 NDEF消息的基本结构
NDEF（NFC Data Exchange Format）消息是一种用于NFC设备之间的数据交换格式。NDEF消息由一系列的NDEF记录组成，每条记录包含不同类型的数据。一个NDEF消息可以包含一个或多个NDEF记录，这种结构使得它非常灵活，可以适应不同的应用场景。
一个NDEF记录的典型结构包含以下部分：
TNF（Type Name Format）：记录数据类型的格式标识符。 Type Length：数据类型标识符的长度。 Payload Length：有效载荷的长度。 ID Length：记录标识符的长度。 Record Type：记录的类型，例如“text”、“uri”、“smart poster”等。 ID：记录的唯一标识符。 Payload：实际传输的数据。
例如，文本记录通常以 TNF_WELL_KNOWN 和类型 "T" 开始，其后是文本字符串本身。
4.2.2 NDEF记录的类型和处理
NDEF消息支持多种记录类型，每种类型都对应不同的数据处理方式。以下是一些常见的NDEF记录类型：
Text Record：用于传输文本数据，是最常见的类型之一。 URI Record：用于传输统一资源标识符（URI）。 Smart Poster：包含了多种类型的数据，例如文本、URI和其他NDEF消息。 Generic Record：用于传输自定义类型的数据。
每种类型的NDEF记录都有其特定的格式和使用场景。例如，文本记录通常用于交换简单的文本信息，而smart poster记录可以用于广告或复杂的交互式信息。
处理NDEF记录时，通常需要读取记录类型，然后根据类型进行解析。Android提供了一套API来处理不同的NDEF记录类型。例如，使用 NdefMessage 类来解析整个NDEF消息，并使用 NdefRecord 类来处理每条记录。
// 示例代码：解析NDEF消息中的文本记录
public String parseNdefTextRecord(NdefMessage message) {
NdefRecord[] records = message.getRecords();
for (NdefRecord record : records) {
if (record.getTnf() == NdefRecord.TNF_WELL_KNOWN && Arrays.equals(record.getType(), NdefRecord.RTD_TEXT)) {
try {
// 解析NDEF文本记录
String text = readTextRecord(record);
return text;
} catch (UnsupportedEncodingException e) {
// 处理错误情况
Log.e(TAG, "Unsupported Encoding", e);
}
}
}
return null;
}
这段代码演示了如何从NDEF消息中解析出文本类型的NDEF记录。首先，我们遍历了所有的NDEF记录，检查其类型是否为文本记录。如果是，则调用 readTextRecord 方法进行解析，该方法需要处理字符编码的转换，以确保正确地读取文本数据。
5. NFC高级应用与安全机制
5.1 NFC安全和权限管理
5.1.1 NFC的安全机制和权限配置
随着NFC技术在移动支付、门禁系统等敏感领域的应用，安全性成为考量NFC功能不可忽视的一部分。NFC的安全机制主要依赖于设备的硬件安全模块（如SE Secure Element），它能够存储密钥并进行加密操作，确保数据交换的安全。
Android平台提供了一系列权限设置，以控制对NFC硬件的访问。应用需要在AndroidManifest.xml中声明 NFC 权限，才能进行NFC功能的开发。
此外，NFC API还提供了对NDEF消息的签名和验证功能，以保证数据的完整性和认证性。通过 NdefMessage 的 writeNdefMessage 方法，开发者可以写入已签名的消息。
5.1.2 NFC标签的安全访问和数据保护
安全NFC标签具备加密存储和数据传输的能力。在读写NFC标签时，可以使用 KeyChain 或 Keystore API来管理与NFC相关的密钥。通过这些密钥，可以实现如加密解密、签名验证等安全操作。
KeyStore keyStore = KeyStore.getInstance("AndroidKeyStore");
keyStore.load(null);
Key key = keyStore.getKey("NFC_KEY_NAME", null);
在应用中，可以根据需要选择不同的安全级别进行配置。例如，在Android Beam中传输数据时，可以启用HCE（Host Card Emulation）模式，允许在不需要物理卡片的情况下进行安全的交易。
5.2 Tag Operations API介绍
5.2.1 Tag Operations API的基本使用
Tag Operations API 是Android 4.4 KitKat引入的，为NFC标签操作提供了一系列的高级接口，用于更直接地与NFC标签交互。开发者可以使用这个API执行读写标签的低级别操作，如读写扇区、块等。
Tag tag; // from NfcAdapterondeTagDiscovered callback
TechnologyTechnology[] techLists = new Technology[] { Ndef.class, NdefFormatable.class };
// Check that the tag supports the NDEF technology
Ndef ndef = Ndef.get(tag);
if (ndef != null) {
// NDEF is supported by this Tag.
} else {
// NDEF is not supported.
}
5.2.2 Tag Operations API的高级应用和案例
Tag Operations API 的高级应用可以包括创建自定义NDEF消息、直接读写NFC标签的存储区域。例如，创建一个文本NDEF消息，并写入NFC标签：
NdefMessage message = new NdefMessage(
new NdefRecord[] {
createMimeRecord("text/plain", "Hello World!"),
}
);
Ndef ndef = Ndef.get(tag);
if (ndef != null && ndef.isWritable()) {
ndef.connect();
ndef.writeNdefMessage(message);
ndef.close();
}
这段代码展示了如何创建一个NDEF消息并写入NFC标签。实际应用中，还可以通过 Tag Operations API 实现更复杂的交互，如在POS机应用中，读取信用卡信息进行支付验证。
5.3 应用过滤器设置
5.3.1 Android NfcAdapter的应用过滤器配置
为了优化用户体验，Android允许开发者设置NFC标签的过滤条件，这样当用户接触到NFC标签时，只有符合过滤条件的应用才会被触发。这通过NfcAdapter的 setFilter 方法和 IntentFilter 来实现。
// 设置过滤器以监听特定类型的NFC标签
IntentFilter ndef = new IntentFilter(NfcAdapter.ACTION_NDEF_DISCOVERED);
ndef.addDataType("*/*"); // 任何MIME类型
try {
ndef.addDataType("text/plain");
} catch (IntentFilter.MalformedMimeTypeException e) {
throw new RuntimeException("fail", e);
}
IntentFilter[] intentFiltersArray = new IntentFilter[] { ndef, };
NfcAdapter nfcAdapter = NfcAdapter.getDefaultAdapter(this);
if (nfcAdapter != null) {
nfcAdapter.enableForegroundDispatch(this, mPendingIntent, intentFiltersArray, null);
}
5.3.2 应用过滤器的实际应用和效果展示
应用过滤器的使用能够确保在用户接触到NFC标签时，最相关或功能最强的应用会被优先启动。比如，一个地铁站的NFC标签可能包含多种信息：地铁线路图、站点时间表、购票信息等。通过应用过滤器，可以设置地铁APP只处理与地铁相关的NDEF记录，而其它应用则处理其它类型的记录，从而提升用户体验。
PendingIntent pendingIntent = PendingIntent.getActivity(
this, 0, new Intent(this, getClass()).addFlags(Intent.FLAG_ACTIVITY_SINGLE_TOP), 0);
NfcAdapter nfcAdapter = NfcAdapter.getDefaultAdapter(this);
nfcAdapter.enableForegroundDispatch(this, pendingIntent, intentFiltersArray, null);
上述代码展示了如何使用 enableForegroundDispatch 方法设置前台分发系统，当NFC标签靠近设备时，系统会根据过滤条件唤醒相应的应用。这不仅提升了应用的响应速度，还增强了应用的专业性和用户体验。
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简介：本文全面介绍了Android平台上的NFC技术，包括数据读写、Android Beam数据传输、NDEF消息和记录的结构，以及安全和权限管理。文章详细讲解了如何使用NfcAdapter和NdefRecord类操作NFC，实现快速数据交换和设备间通信，强调了NFC在智能设备中的应用和开发注意事项。
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