深入理解MQTT

1、MQTT介绍

1.1、什么是 MQTT

轻量级物联网消息传输协议，采用发布/订阅模式，允许客户端通过代理服务器

1.2、MQTT特点 / 优点

 （1）轻量级

（2）发布/订阅模式

生产者将消息发布到特定的主题（Topic），而消费者则可以订阅感兴趣的主题

（3）可靠性

提供不同的服务质量（QoS）级别，包括至多一次传递、至少一次传递和仅一次传递

（4）长连接

客户端可以通过定期发送心跳包来保持连接，减少了因频繁连接和断开而产生的开销

（5）遗嘱消息

当客户端异常断开连接时，服务端可以向 订阅了该客户端主题 的其他客户端发送遗嘱消息，以便实现状态管理和异常处理

（6）适用性广泛

包括物联网、传感器网络、移动应用、实时监控等

1.3、MQTT相比HTTP优势

（1）更轻量级

HTTP头部信息很大，MQTT其头部信息较小，传输效率高，适合在带宽有限的网络环境中使用

（2） 发布/订阅模式

（3）适用于异步通信

MQTT客户端可以订阅主题并接收实时的消息；而 HTTP 协议通常是同步通信，客户端需要主动发起请求才能获取数据。

（4）长链接：MQTT是长链接，HTTP不是长链接

（5）更适用于物联网和传感器网络

1.4、MQTT服务端选择

如EMQ X或阿里云。这些服务器软件提供了完整的 MQTT 协议实现，并且通常提供了管理界面和监控功能

2、三个服务质量（QoS）级别

（1） QoS 0：至多一次传输
消息发布者将消息发送到服务器，但服务器不会对消息进行确认。消息将被发送一次，接收者不需做任何确认，消息可能会丢失或重复。

（2）QoS 1：至少一次传输
消息发布者将消息发送到服务器，服务器将对消息进行确认。如果服务器未收到确认，则会重新发送消息。这确保消息至少会被接收一次，但可能会重复传输。

（3）QoS 2：只有一次传输（最高级）
提供最高级别的消息传递保证。消息发布者将消息发送到服务器，并且服务器会对消息进行确认。服务器还会确保消息只被传递一次。这意味着消息不会重复传输，也不会丢失。

3、MQTT 协议的工作原理/ 发布、订阅的流程

（1）连接：客户端首先需要与MQTT代理服务器建立连接

（2）订阅：一旦连接建立客户端可订阅一个或多个主题（Topic），客户端可以指定主题的服务质量（QoS）级别

（3）发布：客户端向服务器发送消息，包括消息内容和主题。服务器将收到的消息后 传递给所有已经订阅了相关主题的订阅者。

（4）接收消息：订阅了相关主题的客户端会收到服务器转发的消息。服务器会根据订阅者的QoS级别要求，确保消息按照指定的质量级别进行传递。

（5）取消订阅：客户端发送取消订阅请求

（6）断开连接：客户端发送断开连接请求

4、断线重连机制

（1）客户端断线时，MQTT 服务器会保留客户端的消息，直到客户端重新连接

（2）当客户端重新连接到 MQTT 服务器时，根据客户端的会话状态，客户端将会收到之前未分发的消息。

（3）MQTT 协议中，客户端可以设置一个“clean session”标志。如果设置为 true，表示客户端重新连接时会清除之前的会话状态

（4）遗嘱消息机制，当客户端异常断线时，服务器可以向 该客户端订阅的主题的订阅者 通知其断线情况。