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MQTT

基础

MQTT 采取发布/订阅（publish/subscribe）机制，客户端（client）之间的通信通过 Broker 分发，以实现客户端之间的解耦。

MQTT Publish/Subscribe Architecture

其中，客户端可以是任何设备，通过 TCP/IP 协议连接 broker，既可以作为发布者（publisher），也可以作为订阅者（subscriber）。Broker 则是整个机制的核心，负责客户端的认证和授权，保持和客户端的会话，以及处理所有消息的接收、筛选和分发。

连接

建立连接时，客户端先向 broker 发送一个连接（connect）消息，内容如下，

MQTT Connect

  • clientId：客户端 ID，Broker 用来区分不同的客户端，应当唯一
  • cleanSession：如果为false，Broker 保存客户端的所有订阅和所有错过的消息（QoS=0 的除外）；如果为true，Broker 清除该客户端以前所有会话信息
  • username/password：认证信息
  • lastWill：客户端意外断开连接时通知其他客户端
  • keepAlive

Broker 接收到上述内容后，需要发送一个连接应答（connack）消息，包括会话状态和响应码。

MQTT Connack

发布

一旦和 broker 建立了连接，客户端就可以发布消息了。

MQTT Publish Packet

  • packetId：消息 ID，仅在QoS>0时有效
  • topicName：参考Topic
  • qos：参考QoS
  • retainFlag：Broker 是否缓存主题的消息，每个主题只保留最后一条retainFlag==true的消息
  • payload：消息内容
  • dupFlag：本次消息是否是因原消息未确认而重发的消息

订阅/退订

为了获取特定的消息，客户端需要向 broker 发送订阅消息。

MQTT Subscribe Packet

  • packetId
  • qos/topic：订阅列表

接收到订阅消息后，broker 会发送订阅应答（suback）消息，以确认每一个订阅。

MQTT Suback Packet

退订（unsubscribe）流程和订阅相似。

MQTT Unsubscribe Packet

MQTT Unsuback Packet

Topic

MQTT 消息是基于 topic 的，每个消息都必须包含一个 topic，broker 根据 topic 进行消息的筛选和分发。Topic 由分级的字符串定义，例如 myhome/groundfloor/livingroom/temperature，其中 / 是 topic 的分级符号。也可以使用通配符，+ 表示单级，# 表示多级（只能用在结尾），例如 myhome/+/groundfloor/#.

QoS

服务质量（Quality of Service）是消息发送者（sender）和接收者（receiver）之间的协议，包括三个级别。

当 QoS=0 时，对于发送者发送的一条消息，接收者最多能收到一次，如果发送失败，不会重试。

MQTT QoS 0

当 QoS=1 时，如果消息发送失败，发送者会重试，保证接收者至少收到一次（即收到消息应答），但接收者有可能收到重复的消息。

MQTT QoS 1

当 QoS=2 时，在 Qos=1 的基础上，保证接收者不会因为消息重传收到重复的消息，需要至少两次的请求-应答。

MQTT QoS 2

Note

QoS 是消息发送和接收双方的协议，而非发布者和订阅者之间的协议。

MQTT vs HTTP

  • MQTT 和 HTTP 底层都基于 TCP；
  • MQTT 为数据设计，其消息载荷是二进制数据，而 HTTP 为文档传输设计，需要进行额外的编码；
  • MQTT 采用发布/订阅机制，允许双向发送消息，而 HTTP 请求是单向的；
  • MQTT 客户端和 Broker 连接建立后，可以发送任意双向消息，而 HTTP 请求是无状态的，每次都需要携带认证信息；
  • MQTT 通信是异步的，而 HTTP 则是同步的；
  • MQTT Broker 可以存储消息，订阅者断线重连后重新获取；
  • MQTT 消息最小为 2 个字节，而 HTTP 为 8 个字节，通常还会包括请求头等信息；
  • MQTT 可以通过订阅同一 topic 将消息分发给多个接收端，而 HTTP 则是一对一的；
  • 性能上，消息越多，MQTT 在速度上比 HTTP 越有优势；
  • MQTT 更适合性能有限且工作在低带宽、不可靠网络上的设备通信。

Mosquitto

EMQX

参考