MQTT 介绍

MQTT含义

随着通讯行业的发展，物联网的逐步兴起，万物互联的构想逐步成为现实。这时海量的物联网设备需要接入，设备管理对网络带宽、通信协议以及平台服务架构都带来了很大挑战。物联网设备一般存在网络环境复杂而不可靠、其内存和闪存容量小、其处理器能力有限等问题，这时候大量mqtt借简单易实现、支持 QoS、报文小等特点，成为了物联网协议中的主要协议。

MQTT(Message Queuing Telemetry Transport)是基于二进制消息的发布/订阅编程模式的消息协议，非常适合需要低功耗和网络带宽有限的IoT场景。

MQTT 相较于HTTP，能节省更多的资源，带来较多的传输负担，也因为这样，在制造业中，让更多人发现 IoT 在设备、厂房的无限可能。

MQTT术语

客户端 Client

使用MQTT的程序或设备。客户端总是通过网络连接到服务端。它可以

发布应用消息给其它相关的客户端。
订阅以请求接受相关的应用消息。
取消订阅以移除接受应用消息的请求。
从服务端断开连接。

服务端 Server

一个程序或设备，作为发送消息的客户端和请求订阅的客户端之间的中介。服务端

接受来自客户端的网络连接。
接受客户端发布的应用消息。
处理客户端的订阅和取消订阅请求。
转发应用消息给符合条件的已订阅客户端。

订阅 Subscription

订阅包含一个主题过滤器（Topic Filter）和一个最大的服务质量（QoS）等级。订阅与单个会话（Session）关联。会话可以包含多于一个的订阅。会话的每个订阅都有一个不同的主题过滤器。

主题名 Topic Name

附加在应用消息上的一个标签，服务端已知且与订阅匹配。服务端发送应用消息的一个副本给每一个匹配的客户端订阅。

主题过滤器 Topic Filter

订阅中包含的一个表达式，用于表示相关的一个或多个主题。主题过滤器可以使用通配符。

会话 Session

客户端和服务端之间的状态交互。一些会话持续时长与网络连接一样，另一些可以在客户端和服务端的多个连续网络连接间扩展。

控制报文 MQTT Control Packet

通过网络连接发送的信息数据包。MQTT规范定义了十四种不同类型的控制报文，其中一个（PUBLISH报文）用于传输应用消息。

MQTT 特点

灵活的发布订阅和主题设计

发布订阅模式是传统 Client/Server 模式的一种解耦方案。发布者通过 Broker 与消费者之间通信，Broker 的作用是将受到的消息通过某种过滤规则，正确地发送给消费者。发布/订阅模式相对于客户端/服务器模式的好处在于：

发布者和消费者之间不必预先知道对方的存在，比如不需要预先沟通对方的 IP Address 和 Port
发布者和消费者之间不必同时运行。因为 Broker 是一直运行的

在 MQTT 协议里，上面提到的过滤规则是Topic。比如：所有发布到news这个Topic的消息，都会被Broker转发给已经订阅了news的订阅者:

上图中订阅者预先订阅了news，然后发布者向Broker发布了一条消息”some msg“并制定发布到news主题，Broker 通过Topic匹配，决定将这条消息转发给订阅者

MQTT 的主题是不要预先创建的，发布者发送消息到某个主题、或者订阅者订阅某个主题的时候，Broker 就自动创建了这个主题。

带宽消耗小

MQTT 的消息格式分三部分:

固定长度头部，2 个字节，所有消息类型里都有
可变长度头部，只有某些消息类型里有
Payload，只有某些消息类型里有

中文版详细MQTT协议文档

QoS 等级

MQTT 设计了 3 个 QoS 等级，0, 1, 2:

At most once (0)
At least once (1)
Exactly once (2)

QoS 0是一种 “fire and forget” 的消息发送模式：Sender (可能是 Publisher 或者 Broker) 发送一条消息之后，就不再关心它有没有发送到对方，也不设置任何重发机制。
QoS 1包含了简单的重发机制，Sender 发送消息之后等待接收者的 ACK，如果没收到 ACK 则重新发送消息。这种模式能保证消息至少能到达一次，但无法保证消息重复。
QoS 2设计了略微复杂的重发和重复消息发现机制，保证消息到达对方并且严格值到达一次。

会话保持

MQTT 没有假设设备或 Broker 使用了 TCP 的保活机制，而是设计了协议层的保活机制：在 CONNECT 报文里可设置 Keepalive 字段，来设置保活心跳包 PINGREQ/PINGRESP 的发送时间间隔。当长时间无法收到设备的 PINGREQ 的时候，Broker 就会认为设备已经下线。

总的来说，Keepalive 有两个作用：