MQTT協(xié)議簡介

MQTT協(xié)議全稱是Message Queuing Telemetry Transport，翻譯過來就是消息隊列遙測傳輸協(xié)議，它是物聯(lián)網(wǎng)常用的應(yīng)用層協(xié)議，運行在TCP/IP中的應(yīng)用層中，依賴TCP協(xié)議，因此它具有非常高的可靠性，同時它是基于TCP協(xié)議的 <客戶端-服務(wù)器> 模型發(fā)布/訂閱主題消息的輕量級協(xié)議，也是我們常說的發(fā)送與接收數(shù)據(jù)，下面我們來初步了解一下mqtt相關(guān)的名稱與功能。

MQTT最大的優(yōu)點在于可以以極少的代碼和有限的帶寬，為遠(yuǎn)程設(shè)備提供實時可靠的消息服務(wù)。作為一種低開銷、低帶寬占用的即時通訊協(xié)議，MQTT在物聯(lián)網(wǎng)、小型設(shè)備、移動應(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)用層常見的協(xié)議有HTTP、FTP、SSH等。MQTT協(xié)議運行于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)議提供一對多的消息發(fā)布，可以降低應(yīng)用程序的耦合性，用戶只需要編寫極少量的應(yīng)用代碼就能完成一對多的消息發(fā)布與訂閱，該協(xié)議是基于<客戶端-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端，服務(wù)器只是作為一個中轉(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)布者可以同時是訂閱者，實現(xiàn)了生產(chǎn)者與消費者的脫耦，發(fā)布的消息可以同時被多個訂閱者訂閱。

MQTT通信模型示意圖如下：

mqtt001

MQTT客戶端的功能：

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

MQTT客戶服務(wù)器功能：

MQTT 服務(wù)器常被稱為 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. 接受來自客戶端的網(wǎng)絡(luò)連接請求。
2. 接受客戶端發(fā)布的應(yīng)用消息。
3. 處理客戶端的訂閱和取消訂閱請求。
4. 轉(zhuǎn)發(fā)應(yīng)用消息給符合條件的已訂閱客戶端（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)器為每個連接的客戶端（訂閱者）添加一個標(biāo)簽，該標(biāo)簽與服務(wù)器中的所有訂閱相匹配，服務(wù)器會將消息轉(zhuǎn)發(fā)給與標(biāo)簽相匹配的每個客戶端（訂閱者），當(dāng)然訂閱者也是需要有權(quán)限才能訂閱對應(yīng)的主題，比如像阿里云中的，訂閱者只能訂閱同一個產(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訂閱者能及時收到消息。一個主題可以有多個級別，各個級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主題名字，一般為UTF-8編碼（反正用英文字符串就不會錯）的形式發(fā)布和訂閱主題，比如我們可以直接定義一個名字為“test”的主題，絕大多數(shù)的MQTT服務(wù)器支持動態(tài)發(fā)布/訂閱主題，即當(dāng)前服務(wù)器中沒有某個主題，但是客戶端直接可以向該主題發(fā)布/訂閱消息，這樣子服務(wù)器就會創(chuàng)建對應(yīng)的主題，當(dāng)然，服務(wù)器中一般也會默認(rèn)提供多個系統(tǒng)主題，所有連接的客戶端均可訂閱。

每個客戶端與服務(wù)器建立連接后就是一個會話，客戶端和服務(wù)器之間會有狀態(tài)交互，訂閱是基于會話之上，每個訂閱中，都會包含一個主題過濾器，它是一個表達(dá)式，用于標(biāo)識訂閱相關(guān)的一個或多個主題，主題過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），訂閱者能訂閱多個主題，也就能接收到多個發(fā)布者發(fā)布的消息。同理，發(fā)布者也需要首先與服務(wù)器建立會話，并且指定發(fā)送的主題名字與服務(wù)質(zhì)量，同時它也能向多個不同的主題發(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個等級：

1. QoS0：最多發(fā)送一次消息，在消息發(fā)送出去后，接收者不會發(fā)送回應(yīng)，發(fā)送者也不會重發(fā)消息，消息可能送達(dá)一次也可能根本沒送達(dá)，這個服務(wù)質(zhì)量常用在不重要的消息傳遞中，因為即使消息丟了也沒有太大關(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報文的可變報頭中包含一個報文標(biāo)識符，需要PUBACK報文確認(rèn)。即需要接收者返回PUBACK應(yīng)答報文。
3. QoS2：這是最高等級的服務(wù)質(zhì)量，消息丟失和重復(fù)都是不可接受的，只不過使用這個服務(wù)質(zhì)量等級會有額外的開銷，這個等級常用于支付中，因為支付是必須有且僅有一次成功，總不能沒給錢或者給了多次錢吧。