一:MQTT
1、MQTT协议说明
( Message Queuing Telemetry Transport)消息队列传输探测,一种基于发布/订阅模式的轻量级消息传输协议
2、MQTT协议来源
在1999年的时候,Andy Stanford-Clark和 Arlen Nipper需要一种通过卫星连接原油管道数据采集监控系统的协议,以最大限度地减少电池损耗和带宽。所以发明了MQTT协议。
3、MQTT协议使用场景
适用于低带宽和不稳定网络环境的物联网应用场景,在这样的场景中,可以用极少的代码为联网设备提供实时可靠的消息服务。
MQTT 协议广泛应用于物联网、移动互联网、智能硬件、车联网、智慧城市、远程医疗、电力、石油与能源等领域。
4、MQTT协议的特点
-
易于实现
-
轻量高效,节省带宽,最小报文仅为 2 个字节。
-
使用TCP进行连接,实现稳定、可靠的网络连接
-
基于发布订阅模型,支持双工通信。
-
灵活性、扩展性很强。
5、C/S和pub/sub的区别
C/S模式:客户端能够直接和服务器进行通信
pub/sub:将发送消息的发布者 publisher
与接收消息的订阅者 subscribers
进行分离,publisher 与 subscribers 并不会直接通信,他们甚至都不清楚对方是否存在,他们之间的交流由第三方组件 broker
代理。
发布-订阅模式的优点:
消除了传统c/s模式之间的直接通信,把通信这个操作交给了 broker 进行代理,并在空间、时间、同步三个维度上进行了解藕。
6、消息过滤
broker 能够对消息进行过滤,使每个订阅者只接收自己感兴趣的消息。
过滤选项:
(1)基于主题的过滤:MQTT 是基于 subject 的消息过滤的,每条消息都会有一个 topic ,接收客户端会向 borker 订阅感兴趣的 topic,订阅后,broker 就会确保客户端收到发布到 topic 中的消息。
(2)基于内容过滤:broker 会根据特定的内容过滤消息,接受客户端会经过过滤他们感兴趣的内容。
(3)基于类型过滤:使用面向对象的语言时,基于消息(事件)的类型过滤是一种比较常见的过滤方式。
7、MQTT和消息队列区别
- 消息队列:一条消息只能被一个客户端所消费
- MQTT:每个订阅者都会受到消息,每个订阅者有相同的负载(数据信息)
8、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,其实是一种相对的概念,就是指当前客户端是在发布消息还是在接收消息
MQTT 客户端是指运行 MQTT 库并通过网络连接到 MQTT broker 的任何设备,这些设备可以从微控制器到成熟的服务器。
9、MQTT broker
- broker 负责接收所有消息,过滤消息,确定是哪个 client 订阅了每条消息,并将消息发送给对应的 client.
- broker 还负责保存会话数据,这些数据包括订阅的和错过的消息。broker 还负责客户端的身份验证和授权。
10、MQTT连接
连接是client和broker之间的连接。 client 就会向 broker 发起 CONNECT
消息,代理会使用 CONNACK
消息和状态码进行响应。
一旦 client 和 broker 的连接建立后,broker 就会使客户端的连接一直处于打开状态,直到 client 发出断开命令或者连接中断。
11、消息类型说明
发布消息
- 当 MQTT client 在连接到 broker 之后就可以发送消息了,MQTT 使用的是基于 topic 主题的过滤。每条消息都应该包含一个 topic ,broker 可以使用 topic 将消息发送给感兴趣的 client。
- 每条消息还会包含一个
负载(Payload)
,Payload 中包含要以字节形式发送的数据。(数据格式由数据的发布者确定)
订阅消息
client 会向 broker 发送 SUBSCRIBE 消息来接收有关感兴趣的 topic,这个 SUBSCRIBE 消息非常简单,它包含了一个唯一的数据包标识和一个订阅列表。
确认消息
client 在向 broker 发送 SUBSCRIBE 消息后,为了确认每个订阅,broker 会向 client 发送 SUBACK 确认消息。
退订消息:
取消订阅也需要 broker 的确认,此时 broker 会向 client 发送一个 UNSUBACK
消息,这个 UNSUBACK 消息非常简单,只有一个 packetId 数据标识符。
12、topic 相关概念
在 MQTT 中,Topic 是指 broker 为每个连接的 client 过滤消息的 UTF-8
字符串。Topic 是一种分层的结构,可以由一个或者多个 Topic 组成。每个 Topic 由 /
进行分割。
与传统的消息队列相比,MQTT Topic 非常轻量级,client 在发布或订阅之前不需要先创建所需要的 Topic,broker 在接收每个 Topic 前不用进行初始化操作。
13、topic的通配符
当客户端订阅 Topic 时,它可以订阅已发布消息的确切 Topic,也可以使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
单级通配符可以替换 Topic 的一个级别,+
号代表 Topic 中的单级通配符。
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 能够确定和哪些 Topic 匹配,多级通配符必须作为 Topic 中的最后一个字符放置,并以 /
开头。
当 client 订阅带有多级通配符的 Topic 时,不论 Topic 有多长多深,它都会收到通配符之前 Topic 的所有消息。如果你只将 Topic 定义为 # 的话,那么你将会收到所有的消息
二:MQTT客户端工具
1、mosquitto
Mosquitto 是一种流行的MQTT代理和客户端库,它可以用于实现MQTT通信
mosquitto是一款实现了消息推送协议 MQTTv5.0, v3.1.1, v3.1 的开源消息代理软件,提供轻量级的,支持可发布/可订阅的的消息推送模式,使设备对设备之间的短消息通信变得简单,比如现在应用广泛的低功耗传感器,手机、嵌入式计算机、微型控制器等移动设备。
Mosquitto
安装之后默认提供了 mosquitto_pub
和mosquitto_sub
两个命令行 MQTT 客户端工具。
# 下载地址
https://github.com/eclipse/mosquitto
# 官网
https://mosquitto.org/
mosquitto_pub:
用于向mqtt broker
发送消息
相关参数:
-h # 指定要连接mqtt broker的地址 默认为localhost
-p # 指定mqtt broker的端口号
-u # 指定在与代理进行身份验证时要使用的用户名
-P # 指定在与代理进行身份验证时要使用的密码
-m # 消息内容
-t # 指定发送消息的topic名称
-i # 用于为连接到MQTT代理的客户端分配一个唯一的客户端ID
例如:发布消息
# 将连接到本地主机上运行的MQTT代理,并发布消息“Hello, MQTT”到主题“topic/test”上。
mosquitto_pub -h localhost -t "topic/test" -m "Hello, MQTT"