关于mqtt:MQTT-协议入门基础知识和快速教程

本文是 MQTT 协定的入门指南，提供了实用的代码示例。物联网和 MQTT 的初学者能够通过本文把握 MQTT 的基本概念，疾速开启 MQTT 服务和利用的开发。

什么是 MQTT？

MQTT（Message Queuing Telemetry Transport）是一种轻量级、基于公布 - 订阅模式的音讯传输协定，实用于资源受限的设施和低带宽、高提早或不稳固的网络环境。它在物联网利用中广受欢迎，可能实现传感器、执行器和其它设施之间的高效通信。

为什么 MQTT 是实用于物联网的最佳协定？

MQTT 所具备的实用于物联网特定需要的特点和性能，使其成为物联网畛域最佳的协定之一。它的次要特点包含：

• 轻量级： 物联网设施通常在解决能力、内存和能耗方面受到限制。MQTT 开销低、报文小的特点使其非常适合这些设施，因为它耗费更少的资源，即便在无限的能力下也能实现高效的通信。
• 牢靠： 物联网网络经常面临高提早或连贯不稳固的状况。MQTT 反对多种 QoS 等级、会话感知和长久连贯，即便在艰难的条件下也能保障音讯的牢靠传递，使其非常适合物联网利用。
• 平安通信： 平安对于物联网网络至关重要，因为其常常波及敏感数据的传输。为确保数据在传输过程中的机密性，MQTT 提供传输层平安（TLS）和安全套接层（SSL）加密性能。此外，MQTT 还通过用户名 / 明码凭证或客户端证书提供身份验证和受权机制，以爱护网络及其资源的拜访。
• 双向通信：MQTT 的公布 - 订阅模式为设施之间提供了无缝的双向通信形式。客户端既能够向主题公布音讯，也能够订阅接管特定主题上的音讯，从而实现了物联网生态系统中的高效数据交换，而无需间接将设施耦合在一起。这种模式也简化了新设施的集成，同时保障了零碎易于扩大。
• 间断、有状态的会话：MQTT 提供了客户端与 Broker 之间放弃有状态会话的能力，这使得零碎即便在断开连接后也能记住订阅和未传递的音讯。此外，客户端还能够在建设连贯时指定一个保活距离，这会促使 Broker 定期检查连贯状态。如果连贯中断，Broker 会贮存未传递的音讯（依据 QoS 级别确定），并在客户端从新连贯时尝试传递它们。这个个性保障了通信的可靠性，升高了因间断性连贯而导致数据失落的危险。
• 大规模物联网设施反对： 物联网零碎往往波及大量设施，须要一种可能解决大规模部署的协定。MQTT 的轻量级个性、低带宽耗费和对资源的高效利用使其成为大规模物联网利用的现实抉择。通过采纳公布 - 订阅模式，MQTT 实现了发送者和接收者的解耦，从而无效地缩小了网络流量和资源应用。此外，协定对不同 QoS 等级的反对使得消息传递能够依据需要进行定制，确保在各种场景下获得最佳的性能体现。
• 语言反对： 物联网零碎蕴含应用各种编程语言开发的设施和利用。MQTT 具备宽泛的语言反对，使其可能轻松与多个平台和技术进行集成，从而实现了物联网生态系统中的无缝通信和互操作性。您能够浏览咱们的 MQTT 客户端编程系列文章，学习如何在 PHP、Node.js、Python、Golang、Node.js 等编程语言中应用 MQTT。

MQTT 的工作原理

要理解 MQTT 的工作原理，首先须要把握以下几个概念：MQTT 客户端、MQTT Broker、公布 - 订阅模式、主题、QoS。

MQTT 客户端

任何运行 MQTT 客户端库的利用或设施都是 MQTT 客户端。例如，应用 MQTT 的即时通讯利用是客户端，应用 MQTT 上报数据的各种传感器是客户端，各种 MQTT 测试工具也是客户端。

MQTT Broker

MQTT Broker 是负责解决客户端申请的要害组件，包含建设连贯、断开连接、订阅和勾销订阅等操作，同时还负责音讯的转发。一个高效弱小的 MQTT Broker 可能轻松应答海量连贯和百万级音讯吞吐量，从而帮忙物联网服务提供商专一于业务倒退，疾速构建牢靠的 MQTT 利用。

公布 - 订阅模式

公布 - 订阅模式与客户端 - 服务器模式的不同之处在于，它将发送音讯的客户端（发布者）和接管音讯的客户端（订阅者）进行理解耦。发布者和订阅者之间无需建设间接连贯，而是通过 MQTT Broker 来负责音讯的路由和散发。

下图展现了 MQTT 公布 / 订阅过程。温度传感器作为客户端连贯到 MQTT Broker，并通过公布操作将温度数据公布到一个特定主题（例如 Temperature）。MQTT Broker 接管到该音讯后会负责将其转发给订阅了相应主题（Temperature）的订阅者客户端。

主题

MQTT 协定依据主题来转发音讯。主题通过 / 来辨别层级，相似于 URL 门路，例如：

chat/room/1

sensor/10/temperature

sensor/+/temperature

MQTT 主题反对以下两种通配符：+ 和 #。

• +：示意单层通配符，例如 a/+ 匹配 a/x 或 a/y。
• #：示意多层通配符，例如 a/# 匹配 a/x、a/b/c/d。

留神 ：通配符主题只能用于订阅，不能用于公布。

QoS

MQTT 提供了三种服务质量（QoS），在不同网络环境下保障音讯的可靠性。

• QoS 0：音讯最多传送一次。如果以后客户端不可用，它将失落这条音讯。
• QoS 1：音讯至多传送一次。
• QoS 2：音讯只传送一次。

MQTT 的工作流程

在理解了 MQTT 的根本组件之后，让咱们来看看它的个别工作流程：

1. 客户端应用 TCP/IP 协定与 Broker 建设连贯 ，能够抉择应用 TLS/SSL 加密来实现平安通信。客户端提供认证信息，并指定会话类型（Clean Session 或 Persistent Session）。
2. 客户端既能够向特定主题公布音讯，也能够订阅主题以接管音讯 。当客户端公布音讯时，它会将音讯发送给 MQTT Broker；而当客户端订阅音讯时，它会接管与订阅主题相干的音讯。
3. MQTT Broker 接管公布的音讯 ，并将这些音讯转发给订阅了对应主题的客户端。它依据 QoS 等级确保音讯牢靠传递，并依据会话类型为断开连接的客户端存储音讯。

开始应用 MQTT：疾速教程

上面咱们将通过一些简略的示例来展现如何应用 MQTT。在开始之前，须要筹备 MQTT Broker 和 MQTT 客户端。

筹备 MQTT Broker

您能够抉择公有部署或齐全托管的云服务来建设本人的 MQTT Broker。或者您也能够应用收费的公共 Broker。

• 公有部署

  EMQX 是最具扩展性的开源 MQTT Broker，实用于物联网、工业物联网和车联网。您能够运行以下 Docker 命令来装置 EMQX。

  docker run -d --name emqx -p 1883:1883 -p 8083:8083 -p 8084:8084 -p 8883:8883 -p 18083:18083 emqx/emqx

• 全托管的云服务

  通过全托管的云服务启动 MQTT 服务是最便捷的形式。如下图所示，EMQX Cloud 能够在几分钟内启动，并在 AWS、Google Cloud 和 Microsoft Azure 的 17 个区域提供运行反对。

• 收费的公共 MQTT Broker

  在本文中，咱们将应用 EMQ 提供的收费公共 MQTT Broker，它基于齐全托管的 MQTT 云服务 – EMQX Cloud 创立。服务器信息如下：

  Server: broker.emqx.io

  TCP Port: 1883

  WebSocket Port: 8083

  SSL/TLS Port: 8883

  Secure WebSocket Port: 8084

筹备 MQTT 客户端

在本文中，咱们将应用 MQTTX 提供的反对浏览器拜访的 MQTT 客户端工具，拜访地址为 http://www.emqx.io/online-mqtt-client。MQTTX 还提供了桌面客户端和命令行工具。

MQTTX 是一款跨平台的 MQTT 5.0 桌面客户端，可在 macOS、Linux、Windows 操作系统上运行。其用户敌对的聊天式界面使用户可能轻松创立多个 MQTT/MQTTS 连贯，并进行 MQTT 音讯的订阅和公布。

目前，各种编程语言都领有成熟的开源 MQTT 客户端库。咱们在风行的 MQTT 客户端库和 SDK 中精选了多个编程语言的 MQTT 客户端库，并提供了具体的代码示例，旨在帮忙您疾速理解 MQTT 客户端的应用。

创立 MQTT 连贯

在应用 MQTT 协定进行通信之前，客户端须要创立一个 MQTT 连贯来连贯到 Broker。

在浏览器中关上 http://www.emqx.io/online-mqtt-client , 点击页面两头的 New Connection 按钮，将看到如下页面。

咱们在 Name 中输出 Simple Demo，而后点击右上角的 Connect 按钮，建设一个 MQTT 连贯。如下图所示，示意连贯胜利。

通过通配符订阅主题

接下来，咱们在下面创立的 Simple Demo 连贯中通过通配符订阅主题 sensor/+/temperature，这样就能够接管所有传感器发送的温度数据了。

如下图所示，点击 New Subscription 按钮，在弹出框中的 Topic 字段中输出主题 sensor/+/temperature，QoS 放弃默认值 0。

订阅胜利后，会在订阅列表的两头看到新增了一条记录。

公布 MQTT 音讯

接下来，咱们点击左侧菜单上的 + 按钮创立两个连贯，别离命名为 Sensor 1 和 Sensor 2，用来模仿两个温度传感器。

连贯创立胜利后，会看到三个连贯，每个连贯左侧的在线状态指示灯都是绿色的。

抉择 Sensor 1 连贯，在页面下方的公布主题中输出 sensor/1/temperature，在音讯框中输出以下 JSON 格局的音讯，而后点击右下方的公布按钮发送音讯。

{"msg": "17.2"}

如下图所示，音讯发送胜利。

应用雷同的步骤，在 Sensor 2 连贯中公布以下 JSON 音讯到 sensor/2/temperature 主题。

{"msg": "18.2"}

您会看到 Simple Demo 连贯收到两条新音讯。

点击 Simple Demo 连贯，会看到两个传感器发送的两条音讯。

MQTT 性能演示

保留音讯

当 MQTT 客户端向服务器公布音讯时，能够设置保留音讯标记。保留音讯存储在音讯服务器上，后续订阅该主题的客户端依然能够收到该音讯。

如下图所示，咱们在 Sensor 1 连贯中勾选 Retain 选项，而后向 retained_message 主题发送两条音讯。

接着，咱们在 Simple Demo 连贯中订阅 retained_message 主题。订阅胜利后，会收到 Sensor 1 发送的第二条保留音讯，这阐明服务器只会为主题保留最近的一条保留音讯。

Clean Session

MQTT 客户端通常只能在在线状态下接管其它客户端公布的音讯。如果客户端离线后从新上线，它将无奈收到离线期间的音讯。

然而，如果客户端连贯时设置 Clean Session 为 false，并且应用雷同的客户端 ID 再次上线，那么音讯服务器将为客户端缓存肯定数量的离线音讯，并在它从新上线时发送给它。

本次演示应用的公共 MQTT 服务器设置为缓存 5 分钟的离线音讯，最大音讯数为 1000 条，且不保留 QoS 0 音讯。

上面，咱们创立一个 MQTT 3.1.1 连贯，并用 QoS 1 来演示 Clean Session 的应用。

MQTT 5.0 中将 Clean Session 拆分成了 Clean Start 与 Session Expiry Interval。

创立一个名为 MQTT V3 的连贯，设置 Clean Session 为 false，抉择 MQTT 版本为 3.1.1。

连贯胜利后，订阅 clean_session_false 主题，并将 QoS 设置为 1。

订阅胜利后，点击右上角的断开按钮，断开连接。

而后，创立一个名为 MQTT_V3_Publish 的连贯，MQTT 版本也设置为 3.1.1。连贯胜利后，向 clean_session_false 主题公布三条音讯。

接着，抉择 MQTT_V3 连贯，点击连贯按钮从新连贯到服务器，会收到三条离线音讯。

遗嘱音讯

MQTT 客户端在向服务器发动 CONNECT 申请时，能够抉择是否发送遗嘱音讯标记，并指定遗嘱音讯的主题和有效载荷。

如果 MQTT 客户端异样离线（在断开连接前没有向服务器发送 DISCONNECT 音讯），MQTT 服务器会公布遗嘱音讯。

咱们创立一个名为 Last Will 的连贯来演示这个性能。

• 为了疾速看到成果，咱们把 Keep Alive 设置为 5 秒。
• Last-Will Topic 设置为 last_will。
• Last-Will QoS 设置为 1。
• Last-Will Retain 设置为 true。
• Last-Will Payload 设置为 offline。

连贯胜利后，咱们断开电脑网络超过 5 秒（模仿客户端异样断开连接），而后再复原网络。

接着启动 Simple Demo 连贯，并订阅 last_will 主题。您会收到 Last Will 连贯设置的遗嘱音讯。

深刻学习 MQTT

本文具体介绍了 MQTT 的基本概念和应用流程，您能够依照本文所学的内容尝试应用 MQTT 协定。

如果您想理解更多 MQTT 的常识，建议您浏览 EMQ 提供的 MQTT 教程：从入门到精通系列文章，理解 MQTT 主题、通配符、保留音讯、遗嘱音讯等性能。通过这些文章，您将可能摸索 MQTT 的更高级利用场景，并开始进行 MQTT 利用和服务的开发。

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原文链接：https://www.emqx.com/zh/blog/the-easiest-guide-to-getting-started-with-mqtt