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一、簡述

MQTT（Message Queuing Telemetry Transport，消息隊列遙測傳輸協(xié)議），是一種基于發(fā)布/訂閱（publish/subscribe）模式的"輕量級"通訊協(xié)議，該協(xié)議構建于TCP/IP協(xié)議上。MQTT最大優(yōu)點在于，可以以極少的代碼和有限的帶寬，為連接遠程設備提供實時可靠的消息服務。作為一種低開銷、低帶寬占用的即時通訊協(xié)議，使其在物聯(lián)網(wǎng)、小型設備、移動應用等方面有較廣泛的應用。

發(fā)布訂閱模式：與請求/回答這種同步模式不同，發(fā)布/定義模式解耦了發(fā)布消息的客戶（發(fā)布者）與訂閱消息的客戶（訂閱者）之間的關系，這意味著發(fā)布者和訂閱者之間并不需要直接建立聯(lián)系。打個比方，我們要看雜志，如果沒有郵局的話，我們要看雜志，只能通過出版社將雜志發(fā)給消費者。如果有了郵局的話，只要告訴郵局我們所要訂的雜志名、投遞的地址，付了錢就OK。出版社定期會將出版的雜志交給郵局，郵局會根據(jù)訂閱的列表，將雜志送達消費者手中。這樣我們就可以看到每一期精彩的雜志了。

MQTT是一個基于客戶端-服務端的消息發(fā)布/訂閱傳輸協(xié)議。MQTT協(xié)議是輕量、簡單、開放和易于實現(xiàn)的，這些特點使它適用范圍非常廣泛。在很多情況下，包括受限的環(huán)境中，如：機器與機器（M2M）通信和物聯(lián)網(wǎng)（loT）。其在，通過衛(wèi)星鏈路通信傳感器、偶爾撥號的醫(yī)療設備、智能家居及一些小型化設備中已廣泛使用。

二、主要特性

MQTT協(xié)議工作在寬帶低、不可靠的網(wǎng)絡的遠程傳感器和控制設備通訊而設計的協(xié)議，它具有以下主要的幾項特性：

1、使用發(fā)布/訂閱消息模式，提供一對多的消息發(fā)布，解除應用程序的耦合。

2、對負載內容屏蔽的消息傳輸：

可以對消息訂閱者所接受到的內容有所屏蔽。（類似于屏蔽消息中的不良言論）

3、使用TCP/IP提供網(wǎng)絡連接：

MQTT 是一種連接協(xié)議，它指定了如何組織數(shù)據(jù)字節(jié)并通過 TCP/IP 網(wǎng)絡傳輸它們。設備聯(lián)網(wǎng)，也需要連接到互聯(lián)網(wǎng)中，在大萬維的世界中，TCP 如同汽車，有輪子就能用來運輸數(shù)據(jù)，MQTT 就像是交通規(guī)則。在網(wǎng)絡模型中，TCP是傳輸層協(xié)議，而 MQTT是在應用層，在 TCP 的上層，因此MQTT 也是基于這個而構建的，提高了可靠性。

4、有三種消息發(fā)布服務質量QOS：

“至多一次”，消息發(fā)布完全依賴底層TCP/IP網(wǎng)絡。會發(fā)生消息丟失或重復。這一級別可適用于如下情況，環(huán)境傳感器數(shù)據(jù)，丟失一次讀記錄無所謂，因為不久后還會有第二次發(fā)送。這種方式發(fā)布消息，倘若你的智能設備在消息推送時未聯(lián)網(wǎng)，推送過去沒收到，再次聯(lián)網(wǎng)也就收不到了。

“至少一次”，確保消息到達，但消息重復可能會發(fā)生。

“只有一次”，確保消息到達一次。在一些比較嚴格的計費系統(tǒng)種，可以使用此級別（錢包助手）。在計費系統(tǒng)中，消息重復或丟失會導致不正確的結果。這種最高質量的消息發(fā)布服務還可用于及時通訊類的APP的推送，確保用戶收到且只會收到一次。

5、小型傳輸，開銷很小，協(xié)議交換最小，以降低網(wǎng)絡流量。

整體上協(xié)議可拆分為：固定頭部+可變頭部+消息體，這就是為什么在介紹里說它非常適合"在物聯(lián)網(wǎng)領域，傳感器與服務器的通信，信息的收集"。

6、使用Last Will和Testament特性通知有關各方服務端異常中斷的機制。

Last Will：即遺言機制，用于通知同一主題下的其他設備發(fā)送遺言的設備已經斷開了連接。

Testament：遺囑機制，功能類似于Last Will。

注：上述兩種方式都是通過代理來完成通知。

三、MQTT協(xié)議原理

1、MQTT協(xié)議實現(xiàn)方式

實現(xiàn)MQTT協(xié)議需要客戶端和服務端通訊完成，在通訊過程中，MQTT協(xié)議中有三種身份：發(fā)布者（Publish）、代理（Broker）（服務器）、訂閱者（Subscribe）。其中，消息的發(fā)布者和訂閱者都是客戶端，消息代理是服務器，消息發(fā)布者可以同時是訂閱者。

MQTT傳輸?shù)南⒎譃椋褐黝}（Topic）和負載（payload）兩部分：

（1）Topic，可以理解為消息的類型，訂閱者訂閱后（Subscribe）后，就會收到該主題的消息內容（payload）；

（2）payload，可以理解為消息的內容，是指訂閱者具體要使用的內容。

2、網(wǎng)絡傳輸于應用消息

MQTT會構建底層網(wǎng)絡傳輸：它將建立客戶端到服務器的連接，提供兩者之間的一個有序的、無損的、基于字節(jié)流的雙向傳輸。當應用數(shù)據(jù)通過MQTT網(wǎng)絡發(fā)送時，MQTT會把與之相關的服務質量（Qos）和主題名（Topic）相關連。

3、MQTT客戶端

一個使用MQTT協(xié)議的應用程序或者設備，它總是建立到服務器的網(wǎng)絡連接?？蛻舳丝梢裕?/p>

（1）發(fā)布其他客戶端可能會訂閱的信息；

（2）訂閱其他客戶端發(fā)布的消息；

（3）退訂或者刪除應用程序的消息；

（4）斷開與服務器的連接

4、MQTT服務端

MQTT服務器以稱為“消息代理”（Broker），可以是一個應用程序或一臺設備。它是位于消息發(fā)布者和訂閱者之間，它可以：

（1）接受來自客戶端的網(wǎng)絡連接；

（2）接收客戶發(fā)布的應用信息；

（3）處理來自客戶端的訂閱和退訂請求；

（4）向訂閱的客戶轉發(fā)應用程序消息。

5、MQTT協(xié)議中的訂閱、主題、會話

（1）訂閱（Subscription）包含主題篩選器（Topic Filter）和最大服務質量（Qos）。訂閱會與一個會話（Session）關連。一個會話可以包含多個訂閱。每一個會話中的每個訂閱都有一個不同的主題篩選器。

客戶端在成功建立TCP連接之后，發(fā)送CONNECT消息，在得到服務器端授權允許建立彼此連接的CONNACK消息之后，客戶端會發(fā)送SUBSCRIBE消息，訂閱感興趣的Topic主題列表（至少一個主題），訂閱的主題名稱采用UTF-8編碼，然后緊跟著對應的QoS值

（2）會話（Session），每個客戶端與服務器建立連接后就是一個會話，客戶端和服務器之間有狀態(tài)交互。會話存在于一個網(wǎng)絡之間，也可能在客戶端和服務器之間跨越多個聯(lián)系的網(wǎng)絡連接。

（3）主題名（Topic Name），連接到一個應用程序消息的標簽，該標簽與服務器的訂閱相匹配。服務器會將消息發(fā)送給訂閱所匹配標簽的每個客戶端。

一個主題可以有多個級別，級別之間用斜杠字符分隔。例如：/message/medchart/default/2098230/android

訂閱者的Topic name支持通配符#（支持一個主題內任意級別話題）和+（只匹配一個主題級別的通配符），簡單來書就是#可以匹配多層主題，+只能匹配一層主題。

客戶端成功訂閱某個主題后，代理會返回一條 SUBACK 消息，其中包含一個或多個 returnCode 參數(shù)。

（4）主題篩選器（Topic Filter），一個對主題名稱通配符篩選器，在訂閱表達式中使用，表示訂閱所匹配到的多個主題。

（5）負載（payload），消息訂閱者所具體接收的內容。

6、MQTT協(xié)議中的方法

MQTT協(xié)議中定義了一些方法（也被稱為動作），來表示對確定資源所進行操作。這個資源可以代表預先存在的數(shù)據(jù)或動態(tài)生成數(shù)據(jù)，這取決于服務器的實現(xiàn)。通常來說，資源指服務器上的文件或輸出。主要方法有：

（1）Connect，等待與服務器建立連接。

（2）Disconnect，等待MQTT客戶端完成所做的工作，并與服務器斷開TCP/IP會話。

（3）Subscribe，等待完成訂閱。

（4）UnSubscribe，等待服務器取消客戶端的一個或多個topics訂閱。

（5）Publish，MQTT客戶端發(fā)送消息請求，發(fā)送完成后返回應用程序線程。

四、EMQ

EMQ2.0，號稱百萬級開源MQTT消息服務器，基于高并發(fā)的Erlang/OTP語言平臺設計，支持百萬級連接和分布式集群，發(fā)布訂閱模式的開源MQTT消息服務器。完整支持MQTT V3.1/V3.1.1協(xié)議規(guī)范，擴展支持WebSocket、Stomp、CoAP、MQTT-SN或私有TCP協(xié)議。

EMQ?消息服務器啟動后，會默認加載 Dashboard 插件，啟動 Web 管理控制臺。用戶可通過 Web 控制臺，查看服務器運行狀態(tài)、統(tǒng)計數(shù)據(jù)、客戶端(Client)、會話(Session)、主題(Topic)、訂閱(Subscription)、插件(Plugin)

WebSocket工具，可以連接MQTT服務，填寫服務的Host、port、path、Client ID、Username、Password、Keep Alive時間