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说到做到！
之前有位读者给我留言说想要理解一下什么是 MQTT 协定，顺便还把我夸了一把，有点不好意思啦。
那么读者的要求必须要满足啊，所以当初 @一下这位小姐姐，来听课啦！
什么是 MQTT 协定
MQTT 协定的全称是 Message Queuing Telemetry Transport，翻译为音讯队列传输探测，它是 ISO 规范下的一种基于 公布 – 订阅 模式的音讯协定，它是基于 TCP/IP 协定簇的，它是为了改善网络设备硬件的性能和网络的性能来设计的。MQTT 个别多用于 IoT 即物联网上，广泛应用于工业级别的利用场景，比方汽车、制作、石油、天然气等。
在理解了 MQTT 的概念和利用场景后，咱们下来就来走进 MQTT 的学习中了，先来看一下 MQTT 有哪些概念。
MQTT 根底
下面咱们解释了 MQTT 协定的基本概念，MQTT 协定总结一点就是一种 轻量级的二进制协定 ，MQTT 协定与 HTTP 相比具备一个显著的劣势： 数据包开销较小，数据包开销小就意味着更容易进行网络传输。还有一个劣势就是 MQTT 在客户端容易实现，而且具备易用性，非常适合当今资源无限的设施。
你可能对这些概念有些守口如瓶，为什么具备 xxx 这种个性呢？这就须要从 MQTT 的设计说起了。
MQTT 协定由 Andy Stanford-Clark (IBM) 和 Arlen Nipper（Arcom，现为 Cirrus Link）于 1999 年创造。他们须要一种通过卫星连贯石油管道的协定，以最大限度地缩小电池损耗和带宽。所以他们为这个协定规定了几种要求：
- 这个协定必须易于实现；
- 这个协定中的数据必须易于传输，耗费老本小；
- 这个协定必须提供服务质量治理；
- 这个协定必须反对间断的会话管制
- 假如数据不可知，不强求传输数据的类型与格局，放弃灵活性。
这些设计也是 MQTT 的精华所在，MQTT 通过一直的倒退，曾经成为了物联网 IoT 所必备的一种音讯探测协定，官网强烈推荐应用的版本是 MQTT 5。
公布 – 订阅模式
公布 – 订阅模式我置信接触消息中间件架构的同学都听过，这是一种传统的 客户端 – 服务器 架构的代替计划，因为个别传统的客户端 - 服务器是客户端可能间接和服务器进行通信。
然而公布 – 订阅模式 pub/sub就不一样了，公布订阅模式会将发送音讯的发布者 publisher与接管音讯的订阅者 subscribers进行拆散，publisher 与 subscribers 并不会间接通信，他们甚至都不分明对方是否存在，他们之间的交换由第三方组件 broker 代理。
pub/sub 最重要的方面是 publisher 与 subscriber 的解藕，这种耦合度有上面三个维度：
- 空间解耦：publisher 与 subscriber 并不知道对方的存在，例如不会有 IP 地址和端口的交互，也更不会有音讯的交互。
- 工夫解藕：publisher 与 subscriber 并不一定须要同时运行。
- 同步
Synchronization解藕：两个组件的操作比方 publish 和 subscribe 都不会在公布或者接管过程中产生中断。
总之，公布 / 订阅模式打消了传统客户 - 服务器之间的间接通信，把通信这个操作交给了 broker 进行代理，并在空间、工夫、同步三个维度上进行理解藕。
可拓展性
pub/sub 比传统的客户端 - 服务器模式有了更好的拓展，这是因为 broker 的高度 并行化 ，并且是基于 事件驱动 的模式。可拓展性还体现在音讯的缓存和音讯的智能路由，还能够通过集群代理来实现数百万的连贯，应用负载均衡器将负载调配到更多的单个服务器上，这就是 MQTT 的深度利用了。
你可能不明确什么是事件驱动，我在这里解释下事件驱动的概念。
事件驱动是一种 编程范式 ，编程范式是软件工程中的概念， 它指的是一种编程办法或者说程序设计形式，比如说面向对象编程和面向过程编程就是一种编程范式，事件驱动中的程序流程会由诸如用户操作（点击鼠标、键盘）、传感器输入或者从其余程序或传递的音讯事件决定。事件驱动编程是图形用户界面和其余应用程序比方 Web 中应用的次要范式，这些应用程序可能响应用户输出执行某些操作为核心，这同时也实用于驱动程序的编程。
音讯过滤
在 pub/sub 的架构模式中，broker 扮演着至关重要的作用，其中十分重要的一点就是 broker 可能对音讯进行过滤，使每个订阅者只接管本人感兴趣的音讯。
broker 有几个能够过滤的选项
- 基于主题的过滤
MQTT 是基于 subject 的音讯过滤的，每条音讯都会有一个 topic，接管客户端会向 borker 订阅感兴趣的 topic，订阅后，broker 就会确保客户端收到公布到 topic 中的音讯。
- 基于内容的过滤
在基于内容的过滤中，broker 会依据特定的内容过滤音讯，承受客户端会通过过滤他们感兴趣的内容。这种办法的一个显著的毛病就是必须当时晓得音讯的内容，不能加密或者轻易批改。
- 基于类型的过滤
在应用面向对象的语言时，基于音讯（事件）的类型过滤是一种比拟常见的过滤形式。
为了公布 / 订阅零碎的挑战，MQTT 具备三个服务质量级别，你能够指定音讯从客户端传到 broker 或者从 broker 传到客户端，在 topic 的订阅中，会存在 topic 没有 subscriber 订阅的状况，作为 broker 必须晓得如何解决这种状况。
MQTT 与音讯队列的区别
咱们当初晓得，MQTT 是一种音讯队列传输探测协定，这种协定是看似是以音讯队列为根底，但却与音讯队列有所差异。
在传统的音讯队列模式中，一条音讯会存储在音讯队列中期待被生产，每个传入的音讯都存储在音讯队列中，直到它被客户端（通常称之为消费者）所接管，如果没有客户端生产音讯的话，这条音讯就会存在音讯队列中期待被生产。然而在音讯队列中，不会存在音讯没有客户端生产的状况，然而在 MQTT 中，确存在 topic 无 subscriber 订阅的状况。
在传统的音讯队列模式中，一条音讯只能被一个客户端所生产，负载 会散布在队列的每个消费者之间；而在 MQTT 中，每个订阅者都会受到音讯，每个订阅者有雷同的负载。
在传统的音讯队列模式中，必须应用独自的命令来显式创立队列，只有队列创立后，才能够生产或者生产音讯；而在 MQTT 中，topic 比拟灵便，能够即时创立。
HiveMQ 当初是开源的，HiveMQ 社区版实现了 MQTT broker 标准，并兼容了 MQTT 3.1、3.1.1 和 MQTT 5。HiveMQ MQTT Client 是一个基于 Java 的 MQTT 客户端实现，兼容 MQTT 3.1.1 和 MQTT 5。这两个我的项目都能够在 HiveMQ 的 github https://github.com/hivemq 上找到。
咱们晓得，broker 将 publisher 和 subscriber 进行拆散，因而客户端的连贯由 broker 代理，所以在咱们深刻了解 MQTT 之前，咱们须要先晓得客户端和代理的含意。
MQTT 重要概念
MQTT client
当咱们探讨对于客户端的概念时，个别指的就是 MQTT Client，publisher 和 subscriber 都属于 MQTT Client。之所以有发布者和订阅者这个概念，其实是一种绝对的概念，就是指以后客户端是在公布音讯还是在接管音讯，公布和订阅的性能也能够由同一个 MQTT Client 实现。
MQTT 客户端是指运行 MQTT 库并通过网络连接到 MQTT broker 的任何设施，这些设施能够从微控制器到成熟的服务器。基本上，任何应用 TCP/IP 协定应用 MQTT 设施的都能够称之为 MQTT Client。MQTT 协定的客户端实现非常简单间接。易于施行是 MQTT 非常适合小型设施的起因之一。MQTT 客户端库可用于多种编程语言。例如，Android、Arduino、C、C++、C#、Go、iOS、Java、JavaScript 和 .NET。
MQTT broker
与 MQTT client 对应的就是 MQTT broker，broker 是任何公布 / 订阅机构的外围，依据实现的不同，代理能够解决多达数百万连贯的 MQTT client。
broker 负责接管所有音讯，过滤音讯，确定是哪个 client 订阅了每条音讯，并将音讯发送给对应的 client，broker 还负责保留会话数据，这些数据包含订阅的和错过的音讯。broker 还负责客户端的身份验证和受权。
MQTT Connection
MQTT 是基于 TCP/IP 协定根底之上的，所以 MQTT 的 client 和 broker 都须要 TCP/IP 协定的反对。
MQTT 的连贯总是在 client 和 broker 之间进行，client 和 client 之间并不会相互连接。如果要发动连贯的话，那么 client 就会向 broker 发动 CONNECT 音讯，代理会应用 CONNACK 音讯和状态码进行响应。一旦 client 和 broker 的连贯建设后，broker 就会使客户端的连贯始终处于关上状态，直到 client 收回断开命令或者连贯中断。
消息报文
MQTT 的消息报文次要分为 CONNECT 和 CONNACK 音讯。
CONNECT
咱们下面提到了为了初始化连贯，须要 client 向 broker 发送 CONNECT 音讯，如果这个 CONNECT 音讯格局谬误或者关上套接字（因为基于 TCP/IP 协定栈须要初始化 Socket 连贯）工夫过长，亦或是发送连贯音讯工夫过长的话，broker 就会敞开这条连贯。
一个 MQTT 客户端发送一条 CONNECT 连贯，这条 CONNECT 连贯可能会蕴含上面这些信息：
我这里解释一下这些信息都是什么概念
ClientId：不言而喻，这个就是每个客户端的 ID 标识，也就是连贯到 MQTT broker 的每个 client。这个 ID 应该是每个 client 和 broker 惟一的，如果你不须要 broker 持有状态的话，你能够发送一个空的 ClientId，空的 ClientId 会没有任何状态。在这种状况下，ClientSession 须要设置为 true，否则将会回绝连贯。
clientSession 是什么咱们上面会说。
CleanSession：CleanSession 会话标记会通知 broker client 是否须要建设长久会话。在长久会话（CleanSession = false）中，broker 存储 client 的所有订阅以及 服务质量(Qos) 是 1 或 2 订阅的 client 的所有失落的音讯。如果会话不是长久的（CleanSession = true），那么 broker 则不会为 client 存储任何内容并且会革除先前长久会话中的所有信息。Username/Password：MQTT 会发送 username 和 password 进行 client 认证和受权。如果此信息没有通过加密或者 hash，那么明码将会以纯文本的模式发送。所以，个别强烈建议 username 和 password 要通过加密平安传输。像 HiveMQ 这样的 broker 能够与 SSL 证书进行身份验证，因而不须要用户名和明码。LastWillxxx：LastWillxxx 示意的是遗愿，client 在连贯 broker 的时候将会设立一个遗愿，这个遗愿会保留在 broker 中，当 client 因为 非正常起因 断开与 broker 的连贯时，broker 会将遗愿发送给订阅了这个 topic（订阅遗愿的 topic）的 client。keepAlive：keepAlive 是 client 在连贯建设时与 broker 通信的工夫距离，通常以秒为单位。这个工夫指的是 client 与 broker 在不发送音讯下所能接受的最大时长。
在聊完 client 与 broker 之间发送建设连贯的 CONNECT 音讯后，咱们再来聊一下 broker 须要对 CONNECT 进行确认的 CONNACK 音讯。
CONNACK
当 broker 收到 CONNECT 音讯时，它有任务回复 CONNACK 音讯进行响应。CONNACK 音讯包含两局部内容
-
SessionPresent：会话以后标识，这个标记会通知 client 以后 broker 是否有一个持久性会话与 client 进行交互。SessionPresent 标记和 CleanSession 标记无关，当 client 在 CleanSession 设置为 true 的状况下连贯时，SessionPresent 始终为 false，因为没有持久性会话能够应用。如果 CleanSession 设置为 false，则有两种可能性，如果 ClientId 的会话信息可用，并且 broker 曾经存储了会话信息，那么 SessionPresent 为 true，否则如果没有 ClientId 的任何会话信息，那么 SessionPresent 为 false。 ReturnCode：CONNACK 音讯中的第二个标记是连贯确认标记。这个标记蕴含一个返回码，通知客户端连贯尝试是否胜利。连贯确认标记有上面这些选项。
对于每个连贯的具体阐明，能够参考 https://docs.oasis-open.org/m…
音讯类型
公布
当 MQTT client 在连贯到 broker 之后就能够发送音讯了，MQTT 应用的是基于 topic 主题的过滤。每条音讯都应该蕴含一个 topic，broker 能够应用 topic 将音讯发送给感兴趣的 client。除此之外，每条音讯还会蕴含一个 负载(Payload)，Payload 中蕴含要以字节模式发送的数据。
MQTT 是数据无关性的，也就是说数据是由发布者 – publisher 决定要发送的是 XML、JSON 还是二进制数据、文本数据。
MQTT 中的 PUBLISH 音讯构造如下。
Packet Identifier：这个 PacketId 标识在 client 和 broker 之间惟一的音讯标识。packetId 仅与大于零的 Qos 级别相干。TopicName：主题名称是一个简略的字符串，/代表着分层构造。Qos：这个数字示意的是服务质量程度，服务质量程度有三个等级：0、1 和 2，服务级别决定了音讯达到 client 或者 broker 的保障类型，来决定音讯是否失落。RetainFlag：这个标记示意 broker 将最近收到的一条 RETAIN 标记位为true的音讯保留在服务器端（内存或者文件）。
MQTT 服务器只会为每一个 Topic 保留最近收到的一条 RETAIN 标记位为
true的音讯。也就是说，如果 MQTT 服务器上曾经为某个 Topic 保留了一条 Retained 音讯，当客户端再次公布一条新的 Retained 音讯时，那么服务器上原来的那条音讯会被笼罩。
Payload：这个是每条音讯的理论内容。MQTT 是数据无关性的。能够发送任何文本、图像、加密数据以及二进制数据。Dupflag：这个标记示意该音讯是反复的并且因为预期的 client 或者 broker 没有确认所以从新发送了一次。这个标记仅仅与 Qos 大于 0 相干。
当 client 向 broker 发送音讯时，broker 会读取音讯，依据 Qos 的级别进行音讯确认，而后解决音讯。解决音讯其实就是确定哪些 subscriber 订阅了 topic 并将音讯发送给他们。
最后公布音讯的 client 只关怀将 PUBLISH 音讯发送给 broker，一旦 broker 收到 PUBLISH 音讯，broker 就有责任将其传递给所有 subscriber。公布音讯的 client 不会晓得是否有人对公布的音讯感兴趣，同时也不晓得多少 client 从 broker 收到了音讯。
订阅
client 会向 broker 发送 SUBSCRIBE 音讯来接管无关感兴趣的 topic，这个 SUBSCRIBE 音讯非常简单，它蕴含了一个惟一的数据包标识和一个订阅列表。
Packet Identifier：这个 PacketId 和下面的 PacketId 一样，都示意音讯的惟一标识符。ListOfSubscriptions：SUBSCRIBE 音讯能够蕴含一个 client 的多个订阅，每个订阅都会由一个 topic 和一个 Qos 形成。订阅音讯中的 topic 能够蕴含通配符。
确认音讯
client 在向 broker 发送 SUBSCRIBE 音讯后，为了确认每个订阅，broker 会向 client 发送 SUBACK 确认音讯。这个 SUBACK 蕴含原始 SUBSCRIBE 音讯的 packetId 和返回码列表。
其中
Packet Identifier：这个数据包标识符和 SUBSCRIBE 中的雷同。ReturnCode：broker 为每个接管到的 SUBSCRIBE 音讯的 topic/Qos 对发送一个返回码。例如，如果 SUBSCRIBE 音讯有五个订阅音讯，则 SUBACK 音讯蕴含五个返回码作为响应。
到当初咱们曾经探讨过了三种音讯类型，公布 – 订阅 – 确认音讯，这三种音讯的示意图如下。
退订
SUBSCRIBE 音讯对应的是 UNSUBSCRIBE 音讯，这条音讯发送后，broker 会删除对于 client 的订阅。所以，UNSUBSCRIBE 音讯与 SUBSCRIBE 音讯相似，都具备 packetId 和 topic 列表。
确认退订
勾销订阅也须要 broker 的确认，此时 broker 会向 client 发送一个 UNSUBACK 音讯，这个 UNSUBACK 音讯非常简单，只有一个 packetId 数据标识符。
退订和确认退订的流程如下。
当 client 收到来自 broker 的 UNSUBACK 音讯后，就能够认为 UNSUBSCRIBE 音讯中的订阅被删除了。
聊聊 Topic
聊了这么多对于 MQTT 的内容，然而咱们还没有好好聊过 Topic。在 MQTT 中，Topic 是指 broker 为每个连贯的 client 过滤音讯的 UTF-8 字符串。Topic 是一种分层的构造，能够由一个或者多个 Topic 组成。每个 Topic 由 / 进行宰割。
与传统的音讯队列相比，MQTT Topic 十分轻量级，client 在公布或订阅之前不须要先创立所须要的 Topic，broker 在接管每个 Topic 前不必进行初始化操作。
通配符
当客户端订阅 Topic 时，它能够订阅已公布音讯的确切 Topic，也能够应用通配符来同时订阅多个 Topic。通配符有两种：单级和多级。
单级通配符
单级通配符能够替换 Topic 的一个级别，+ 号代表 Topic 中的单级通配符。
如果 Topic 蕴含任意字符串而不是通配符，则任何 Topic 都可能和单级通配符匹配。例如
myhome/groundfloor/+/temperature 就有上面这几种匹配形式。
多级通配符
多级通配符涵盖多个 Topic，# 代表 Topic 中的多级通配符。为了让 broker 可能确定和哪些 Topic 匹配，多级通配符必须作为 Topic 中的最初一个字符搁置，并以 / 结尾。
上面是 myhome/groundfloor/# 的几个例子
当 client 订阅带有多级通配符的 Topic 时，不管 Topic 有多长多深，它都会收到通配符之前 Topic 的所有音讯。如果你只将 Topic 定义为 # 的话，那么你将会收到所有的音讯。
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