RabbitMQ MQTT协议和AMQP协议_amqp协议和mqtt

1        序言... 1

1.1     RabbitMq结构... 1

1.2     RabbitMq消息接收... 4

1.3     Exchange种类和消息发送模式... 4

1.4     RabbitMq的协议... 6

1.4.1       AMQP协议... 6

1.4.2       MQTT协议... 8

2        RabbitMq服务器安装和使用... 9

2.1     Windows下安装RabbitMQ.. 9

2.2     centos7 Linux安装RabbitMq. 11

3        MQTT协议C++开发... 12

3.1          库函数介绍... 12

3.2     MQTT协议实例代码... 19

4        AMQP协议开发... 25

4.1     AMQP库函数介绍... 25

4.2     AMQP实例代码... 26

4.2.1       生产者实例... 27

4.2.2       消费者实例代码... 29

 

1           序言

1.1       RabbitMq结构

RabbitMQ是一种异步通信机制，消息的发送者和接收者之间不建立直接的联系，而是通过RabbitMQ服务器去做中间代理，生产者向服务器发布消息，消费者向服务器去订阅消息；生产者与服务器建立连接，将消息发给服务器，服务器通过映射关系将消息缓存到指定队列中，消费者再与RabbitMQ服务器建立连接，队列中有消息时，服务器会将消息发给消费者；这样做可以降低发送者和接受者之间的耦合度，一方断开连接，消息也不会丢失，会在服务器中进行缓存；通过中间服务器代理可以做到负载均衡、集群扩展、 优先级分配等；

                       

图1.1.1Rabbitmq通讯机制

 

图1.1.2 RabbitMQ服务网页界面

如图1.1.1所示，发布者和接收者都是作为客户端和RabbitMq服务器建立一个TCP Connection连接，也可以建立多个TCP connection连接；在一个TCP连接之上又可以创建多个通道Channel与一个Exchange建立连接；发布者就像是淘宝卖家一样，exchange就像是快递公司，卖家与多家快递公司建立合作连接，一个卖家的多个分店和快递公司建立多个通道，rootingkey就像是快递地址，queue就像是集散中心，接收者就像是收快递的买家；相关概念如下所示：

Producer：消息的发布者；相当于淘宝卖家；

Consumer：消息的接收者；相当于淘宝买家；

Connection： 就是一个TCP的连接。Producer和Consumer都是通过TCP连接到RabbitMQ Server的。相当于卖家和快递公司建立合作协议；

Channels： 虚拟连接。它建立在上述的TCP连接中。数据流动都是在Channel中进行的。相当于卖家的分店与快递公司之间的生意往来；建立和关闭TCP连接耗资源，影响性能，而且TCP的连接数也有限制，限制了系统处理高并发的能力。但是，在TCP连接中建立Channel是没有上述代价的。对于Producer或者Consumer来说，可以并发的使用多个Channel进行Publish或者Receive；

Exchange：交换机，将消息路由到指定的消费者；相当于快递公司，将接到的快递集散之后发给各个城市的集散中心；有三种exchange，通过参数来设置；第一个模式是定向模式Direct exchange，只有当routing key 匹配时, 消息才会被传递到相应的queue中。第二种模式是广播模式Fanout exchange， 会向所有绑定的队列发送消息。第三种模式是模糊匹配模式Topic exchange，routing key由通配符构成，对routing key进行模式匹配，比如ab*可以传递到所有ab*的queue。

RootingKey：消息发送给谁的标示符，用来连接Exchange和queue；相当于快递中的地址，让快递公司知道将快递发给哪个集散中心；

Queue：消息队列，用于缓存消息的队，Consumer和Procuder都可以创建queue，队列的持久化也可以设置；相当于快递的集散中心，用来暂时存放快递；消费者从队列中取消息；相当于买家从集散中心取快递，多个买家可以从同一个集散中心取快递；相当于多个客户端从队列里取消息；一个客户端也可以创建多个通道从队列里取消息，相当于一个家庭的不同成员去取快递； 程序中就是开启多个线程，通过通道从队列中取消息，实现高并发；

Binding：绑定exchange和queue，建立联系；

1.2       RabbitMq消息接收

同一个客户端可以开启多个线程consumer从一个队列里获取消息，队列按照轮询的方式发给每个consumer，假如队列里有六条消息1、2、4、5、6，有两个consumer，consumer1接收到1、3、5，consumer2接收到2、4、6。如果希望每个consumer都获取完整的6条消息，需要进建立两个对列；为了保证数据不被丢失，RabbitMQ支持消息确认机制，即acknowledgments。Consumer正确处理数据后给Rabbit发送确认细信息，然后Rabbit再从queue中删除消息；

1.3       Exchange种类和消息发送模式

（1）default exchange

default exchange是一个没有名称的（空字符串）被broker预先申明的direct exchange。它所拥有的一个特殊属性使它对于简单的应用程序很有作用：每个创建的queue会与它自动绑定，使用queue名称作为routing key。举例说，当你申明一个名称为“search-indexing-online”的queue时，AMQP broker使用“search-indexing-online”作为routing key将它绑定到default exchange。因此，一条被发布到default exchange并且routing key为"search-indexing-online"将被路由到名称为"search-indexing-online"的queue。

（2）定向模式direct exchange

direct exchange严格根据消息的routing key来传送消息。direct exchange是单一传播路由消息的最佳选择，routing key将queue与exchange进行绑定，消息根据routing key分配到指定的queue中；一个rooting key可以绑定多个queue，多个rooting key也可以绑定到同一个queue上面；

 

图1.3.1 定向模式队列绑定示意图

（3）广播模式Fanout exchange

fanout exchange路由消息到所有的与其绑定的queue中，忽略routing key。如果N个queue被绑定到一个fanout exchange，当一条新消息被发布到exchange时，消息会被复制并且传送到这N个queue。fanout exchange是广播路由的最佳选择。

因为一个fanout exchange传送消息的副本到每一个与其绑定的queue，它的使用情况很相似：

1）大量的多用户在线（multi-player online MMO）游戏使用它更新排行榜或者其他的全体事件

2）体育新闻网站使用fanout exchange向手机客户端实时发送比分更新

3)分布式系统可以广播各种状态与配置更新

4)群聊可以使用fanout exchange让消息在参与者之间传输

 

图1.3.2广播模式示意图

（4）模糊匹配模式Topic exchange

Topic exchange路由消息到一个或者多个queue， routing key可以是包含通配符的字符串，用于模糊匹配多个rooting key。Topic exchange经常被用于实现各种发布/订阅模式的变化。Topic exchanges通常被用于多路广播路由消息。

topic类型的Exchange在匹配规则上进行了扩展，它与direct类型的Exchage相似，也是将消息路由到binding key与routing key相匹配的Queue中，但这里的匹配规则有些不同，它约定：

1）routing key与binding key是用一个句点号“. ”分隔的字符串（我们将被句点号“. ”分隔开的每一段独立的字符串称为一个单词），如“stock.usd.nyse”、“nyse.vmw”、“quick.orange.rabbit”

2）binding key中可以存在两种特殊字符“*”与“#”，用于做模糊匹配，其中“*”用于匹配一个单词，“#”用于匹配多个单词（可以是零个）

 

图1.3.3广播模式示意图

1.4       RabbitMq的协议

1.4.1        AMQP协议

AMQP是由各种数据帧组成的协议，包括方法帧、内容帧，心跳帧等，每一帧数据所有的帧都由一个头(header,7个字节),任意大小的负载(payload),和一个检测错误的帧结束（frame-end）字节组成:

图1.4.1 AMQP协议结构

要读取一个帧，我们必须:

（1）读取header,检查帧类型(frame type)和通道(channel)。

（2） 根据帧类型，我们读取负载并进行处理。

（3）读取帧结束字节。

在实际实现中，如果性能很关键的话，我们应该使用读前缓冲（read-ahead buffering）”或“收集读取（gathering reads）”，以避免为了读一个帧而做三次独立的系统调用。

AMQP是一套标准的底层协议，加入了许多其他特征来支持互用性，具有跨语言和跨平台的特性。AMQP协议的主要特性如下：

•独立于平台的底层消息传递协议

•消费者驱动消息传递

•跨语言和平台的互用性

•它是底层协议的

•有5种交换类型direct，fanout，topic，headers，system

•面向缓存的

•可实现高性能

•支持长周期消息传递

•支持经典的消息队列，循环，存储和转发

•支持事务（跨消息队列）

•支持分布式事务（XA，X/OPEN，MS DTC）

•使用SASL和TLS确保安全性

•支持代理安全服务器

•元数据可以控制消息流

•不支持LVQ

•客户端和服务端对等

•可扩展

1.4.2        MQTT协议

传输协议实际上是一种消息通讯机制，通讯的双方进行约定消息内容的格式，一方发送，另一方接收，按照协议格式进行解析，获取到正确的消息内容。传输协议一般包括协议头，版本号，消息长度，消息内容等。不同的协议头代表不同的消息类型。MQTT协议结构体如下：

typedef struct

{

       /** The eyecatcher for this structure.  must be MQTM.识别码*/

       char struct_id[4];

       /** The version number of this structure.  Must be 0 版本号*/

       int struct_version;

       /** The length of the MQTT message payload in bytes. 消息长度*/

       int payloadlen;

       /** A pointer to the payload of the MQTT message. 消息数据*/

       void* payload;

       int qos;

       int retained;

       int dup;

       int msgid;

} MQTTAsync_message;

MQTT协议是它是专门为小设备设计的。计算性能不高的设备不能适应AMQP上的复杂操作，它们需要一种简单而且可互用的方式进行通信。这是MQTT的基本要求，而如今