MQTT協(xié)議簡(jiǎn)介

MQTT協(xié)議全稱(chēng)是Message Queuing Telemetry Transport，翻譯過(guò)來(lái)就是消息隊(duì)列遙測(cè)傳輸協(xié)議，它是物聯(lián)網(wǎng)常用的應(yīng)用層協(xié)議，運(yùn)行在TCP/IP中的應(yīng)用層中，依賴(lài)TCP協(xié)議，因此它具有非常高的可靠性，同時(shí)它是基于TCP協(xié)議的 <客戶(hù)端-服務(wù)器> 模型發(fā)布/訂閱主題消息的輕量級(jí)協(xié)議，也是我們常說(shuō)的發(fā)送與接收數(shù)據(jù)，下面我們來(lái)初步了解一下mqtt相關(guān)的名稱(chēng)與功能。

MQTT最大的優(yōu)點(diǎn)在于可以以極少的代碼和有限的帶寬，為遠(yuǎn)程設(shè)備提供實(shí)時(shí)可靠的消息服務(wù)。作為一種低開(kāi)銷(xiāo)、低帶寬占用的即時(shí)通訊協(xié)議，MQTT在物聯(lián)網(wǎng)、小型設(shè)備、移動(dòng)應(yīng)用等方面有廣泛的應(yīng)用。

MQTT是哪一層的協(xié)議？

眾所周知，TCP/IP參考模型可以分為四層：應(yīng)用層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層、鏈路層。TCP和UDP位于傳輸層，應(yīng)用層常見(jiàn)的協(xié)議有HTTP、FTP、SSH等。MQTT協(xié)議運(yùn)行于TCP之上，屬于應(yīng)用層協(xié)議，因此只要是支持TCP/IP協(xié)議棧的地方，都可以使用MQTT。

MQTT通信模型

MQTT 協(xié)議提供一對(duì)多的消息發(fā)布，可以降低應(yīng)用程序的耦合性，用戶(hù)只需要編寫(xiě)極少量的應(yīng)用代碼就能完成一對(duì)多的消息發(fā)布與訂閱，該協(xié)議是基于<客戶(hù)端-服務(wù)器>模型，在協(xié)議中主要有三種身份：發(fā)布者（Publisher）、服務(wù)器（Broker）以及訂閱者（Subscriber）。其中，MQTT消息的發(fā)布者和訂閱者都是客戶(hù)端，服務(wù)器只是作為一個(gè)中轉(zhuǎn)的存在，將發(fā)布者發(fā)布的消息進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)給所有訂閱該主題的訂閱者；發(fā)布者可以發(fā)布在其權(quán)限之內(nèi)的所有主題，并且消息發(fā)布者可以同時(shí)是訂閱者，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)者與消費(fèi)者的脫耦，發(fā)布的消息可以同時(shí)被多個(gè)訂閱者訂閱。

MQTT通信模型示意圖如下：

mqtt001

MQTT客戶(hù)端的功能：

1. 發(fā)布消息給其它相關(guān)的客戶(hù)端。
2. 訂閱主題請(qǐng)求接收相關(guān)的應(yīng)用消息。
3. 取消訂閱主題請(qǐng)求移除接收應(yīng)用消息。
4. 從服務(wù)端終止連接。

MQTT客戶(hù)服務(wù)器功能：

MQTT 服務(wù)器常被稱(chēng)為 Broker（消息代理），它一般為云服務(wù)器，比如BTA三巨頭的一些物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)就是常使用MQTT協(xié)議，它是位于消息發(fā)布者和訂閱者之間，以便用于接收消息并發(fā)送到訂閱者之中，它的功能有：

1. 接受來(lái)自客戶(hù)端的網(wǎng)絡(luò)連接請(qǐng)求。
2. 接受客戶(hù)端發(fā)布的應(yīng)用消息。
3. 處理客戶(hù)端的訂閱和取消訂閱請(qǐng)求。
4. 轉(zhuǎn)發(fā)應(yīng)用消息給符合條件的已訂閱客戶(hù)端（包括發(fā)布者自身）。

消息主題與服務(wù)質(zhì)量

什么是主題？MQTT服務(wù)器為每個(gè)連接的客戶(hù)端（訂閱者）添加一個(gè)標(biāo)簽，該標(biāo)簽與服務(wù)器中的所有訂閱相匹配，服務(wù)器會(huì)將消息轉(zhuǎn)發(fā)給與標(biāo)簽相匹配的每個(gè)客戶(hù)端（訂閱者），當(dāng)然訂閱者也是需要有權(quán)限才能訂閱對(duì)應(yīng)的主題，比如像阿里云中的，訂閱者只能訂閱同一個(gè)產(chǎn)品下的主題，而不能跨產(chǎn)品訂閱，這樣子的處理就能達(dá)到信息的安全性以及多個(gè)訂閱者能及時(shí)收到消息。一個(gè)主題可以有多個(gè)級(jí)別，各個(gè)級(jí)別之間用斜杠字符分隔，例如/test 和 /test/test1/test2都 是有效的主題。

發(fā)布者與訂閱者可以通過(guò)主題名字，一般為UTF-8編碼（反正用英文字符串就不會(huì)錯(cuò)）的形式發(fā)布和訂閱主題，比如我們可以直接定義一個(gè)名字為“test”的主題，絕大多數(shù)的MQTT服務(wù)器支持動(dòng)態(tài)發(fā)布/訂閱主題，即當(dāng)前服務(wù)器中沒(méi)有某個(gè)主題，但是客戶(hù)端直接可以向該主題發(fā)布/訂閱消息，這樣子服務(wù)器就會(huì)創(chuàng)建對(duì)應(yīng)的主題，當(dāng)然，服務(wù)器中一般也會(huì)默認(rèn)提供多個(gè)系統(tǒng)主題，所有連接的客戶(hù)端均可訂閱。

每個(gè)客戶(hù)端與服務(wù)器建立連接后就是一個(gè)會(huì)話(huà)，客戶(hù)端和服務(wù)器之間會(huì)有狀態(tài)交互，訂閱是基于會(huì)話(huà)之上，每個(gè)訂閱中，都會(huì)包含一個(gè)主題過(guò)濾器，它是一個(gè)表達(dá)式，用于標(biāo)識(shí)訂閱相關(guān)的一個(gè)或多個(gè)主題，主題過(guò)濾器可以使用通配符，因此訂閱者需要指定訂閱的主題名字與服務(wù)質(zhì)量（QoS），訂閱者能訂閱多個(gè)主題，也就能接收到多個(gè)發(fā)布者發(fā)布的消息。同理，發(fā)布者也需要首先與服務(wù)器建立會(huì)話(huà)，并且指定發(fā)送的主題名字與服務(wù)質(zhì)量，同時(shí)它也能向多個(gè)不同的主題發(fā)送消息。

那么什么是服務(wù)質(zhì)量呢？MQTT的服務(wù)質(zhì)量提供3個(gè)等級(jí)：

1. QoS0：最多發(fā)送一次消息，在消息發(fā)送出去后，接收者不會(huì)發(fā)送回應(yīng)，發(fā)送者也不會(huì)重發(fā)消息，消息可能送達(dá)一次也可能根本沒(méi)送達(dá)，這個(gè)服務(wù)質(zhì)量常用在不重要的消息傳遞中，因?yàn)榧词瓜G了也沒(méi)有太大關(guān)系。
2. QoS1：最少發(fā)送一次消息（消息最少需要送達(dá)一次，也有可送達(dá)多次），QoS 1的PUBLISH報(bào)文的可變報(bào)頭中包含一個(gè)報(bào)文標(biāo)識(shí)符，需要PUBACK報(bào)文確認(rèn)。即需要接收者返回PUBACK應(yīng)答報(bào)文。
3. QoS2：這是最高等級(jí)的服務(wù)質(zhì)量，消息丟失和重復(fù)都是不可接受的，只不過(guò)使用這個(gè)服務(wù)質(zhì)量等級(jí)會(huì)有額外的開(kāi)銷(xiāo)，這個(gè)等級(jí)常用于支付中，因?yàn)橹Ц妒潜仨氂星覂H有一次成功，總不能沒(méi)給錢(qián)或者給了多次錢(qián)吧。