[网络协议]MQTT协议及使用

前言：最近公司有一个项目要用到MQTT，这就涉及到了我的知识盲区了，知识有限的我，立即查资料看文档学习一下，然后将学习心得整理记录一下。

MQTT是什么

MQTT（Message Queuing Telemetry Transport，消息队列遥测传输）借用 官方 的话：轻量级物联网消息推送协议。从这句话中就可以提炼出几个重要的信息：

• 轻量级
• 用于物联网
• 是一种传输协议

既然是一种轻量级的传输协议，那么必然是容易上手的，简单的。他是IBM开发的一个即时通讯协议，它是一种轻量级的、基于代理的“发布/订阅”模式的消息传输协议。与HTTP之类的协议相比，MQTT在通过网络传输数据时表现出众。
目前已经有PHP，JAVA，Python，C，C#，Go，JavaScript等多个语言版本，基本可以使用在任何平台上。当前我做的项目就是基于JavaScript版本支持的MQTT。

MQTT的历史

在官网中并没有提及MQTT的来历，也不知道是谁给创造出来的，既然要学习MQTT，最开始肯定是要了解一下其历史的，那么继续扒一扒MQTT的跟脚。

IBM公司的 安迪·斯坦福-克拉克 及 Cirrus Link公司的 阿兰·尼普 于 1999年 撰写了该协议的第一个版本。

上面这段是我再百度百科中找到的，这是地址

其应用范围及场景主要有：

MQTT的基本原理

在MQTT协议通讯中，有两个最为重要的角色。它们分别是服务端和客户端。

• 服务端

  MQTT服务端其实就是一台服务器。它是MQTT信息传输的枢纽，负责将MQTT客户端发送来的信息传递给MQTT客户端。MQTT服务端还负责管理MQTT客户端。确保客户端之间的通讯顺畅，保证MQTT消息得以正确接收和准确投递。

• 客户端

  MQTT客户端可以向服务端发布信息，也可以从服务端收取信息。我们把客户端发送信息的行为成为发布信息。而客户端要想从服务端收取信息，则首先要向服务端订阅信息。

  例：
  “订阅” 信息这一操作很像我们在视频网站订阅某一部电视剧。当这部电视剧上新后，视频网站会向订阅了该剧的用户发送信息，告诉他们有新剧上线了。

• 主题

  刚刚我们在讲解MQTT客户端订阅信息时，使用了用户在视频网站订阅电视剧这个例子。在MQTT通讯中，客户端所订阅的肯定不是一部部电视剧，而是一个个主题。上面例子中的电视剧名称其实就是这里所说的主题，MQTT服务端在管理MQTT信息通讯时，就是使用“主题”来控制的。

• 发布与订阅

  从以上实例我们可以看到，MQTT通讯的核心枢纽是MQTT服务端。有了服务端对MQTT信息的接收、储存、处理和发送，客户端在发布和订阅信息时，可以相互独立，且在空间上可以分离，时间上可以异步。这里所说的相互独立、空间和时间分离具体指的是什么呢？

MQTT的特点

• 开放消息协议，简单且容易在客户端实现

  因此，MQTT成为了当今世界上最受欢迎的物联网协议。它已广泛应用于车联网、智能家居、即时聊天应用和工业互联网等领域。目前通过MQTT协议连接的设备已经过亿，这些都得益于MQTT 协议为设备提供了稳定、可靠、易用的通信基础。

• 发布订阅模式，一对多消息发布
  
  图示这里只有一台客户端客户端可以发布消息，但并不是最多只能一台客户端进行发布消息，而是所有的客户端都可以发布消息，所以这里就要具体分析具体处理，根据自身业务需求来定。

• 基于TCP/IP网络连接,提供有序，无损，双向连接。

• 1字节固定报头，2字节心跳报文，最小化传输开销和协议交换，有效减少网络流量。

• 消息QoS支持，可靠传输保证

MQTT都有哪些功能

• 准备工作

  // 下载依赖包并引入，不论是React 或者 Vue 都可以正常跑起来
  import MQTT from 'mqtt';
  
  // 成功连接MQTT服务器后返回的客户端信息
  let client = {};
   	
  // 连接MQTT服务端的基础配置
  const connection = {
     host: 'MQTT服务器IP地址',
     port: '端口号',
     endpoint: '/mqtt', // 默认"/mqtt"，string
     clean: true, // 保留会话
     connectTimeout: 4000, // 超时时间
     reconnectPeriod: 4000, // 重连时间间隔
     // 认证信息
     clientId: '客户端唯一ID标识', // 根据自己需要自定义
     username: '用户名', // 用户名和密码根据实际情况而定
     password: '密码',
     lastWillTopic: 'maker',
   };
    
   // 订阅主题
   const subscription = {
     topic: 'topic', // 主题
     qos: 1, // 等级
   };
  
   // 发布消息
   const publish = {
     topic: 'topic',
     qos: 1, // 等级
     payload: '{ "msg": "Hello, I am browser." }', // 需要发布的信息，格式为字符串或者Arrybuffer
   };
  

• 连接MQTT服务器

  const creatConnectFun = async () => {
    const { host, port, endpoint, ...options } = connection;
    const connectUrl = `mqtt://${host}:${port}${endpoint}`;
  
    try {
      // 连接MQTT服务器并返回客户端信息
      client = MQTT.connect(connectUrl, options);
    } catch (error) {
      console.log('mqtt.connect error', error);
    }
  
  // 客户端连接成功监听事件
    client.on('connect', () => {
      console.log('Connection succeeded!');
    });
  
  // 客户端连接失败监听事件
    client.on('error', (error: any) => {
      console.log('Connection failed', error);
    });
  
    // 客户端接收MQTT服务端发布的实时消息
    client.on('message', (topic: any, message: any) => {
      console.log('message', message);
    });
  };
  

  
  这是连接MQTT服务器成功后返回客户端信息的对象数据

• 断开与MQTT服务器

  const disConnectFun = async () => {
  	if (client?.connected) {
  		try {
  			 client.end();
  			 client = {};
  			 console.log('Successfully disconnected!');
  		} catch (error: any) {
  		 	console.log('Disconnect failed', error.toString());
  		}
  	}
  };
  

• 订阅消息

  const doSubscribe = async () => {
    const { topic, qos } = subscription;
    client.subscribe(topic, { qos }, (error: any, res: any) => {
      if (error) {
        console.log('Subscribe to topics error', error);
        return;
      }
      console.log('Subscribe to topics res', res);
    });
  };
  

• 发布消息

  const pubFun = async () => {
     const { topic, qos, payload } = publish;
     client.publish(topic, payload, { qos }, (error: any) => {
       if (error) {
         console.log('Publish error', error);
       } else {
         console.log('已发布的消息：', publish);
       }
     });
   };
  

  
  这是订阅主题及发布消息。

  注意：此处发布消息可以是字符串或者ArrayBuffer

  // 此段代码来自于MQTT源码
  public publish (topic: string, message: string | Buffer,
                opts: IClientPublishOptions, callback?: PacketCallback): this
  public publish (topic: string, message: string | Buffer,
                callback?: PacketCallback): this
  

  注意：此处客户端监听到发布的消息并进行接收到的数据是ArrayBuffer格式，需要对其进行数据转换。

   client.on('message', (topic: any, message: any) => {
   	/*
  		对未加密数据而言，返回的ArrayBUffer格式数据转换为字符串即可；
  		对于已经加密的数据，则需要根据自身需求进行解密处理即可，此处不过多赘述。
  	*/
      console.log('message', message.toString());
    });
  

• 取消订阅

  const doUnSubscribe = async () => {
     const { topic } = subscription;
     client.unsubscribe(topic, (error: any) => {
       if (error) {
         console.log('Unsubscribe error', error);
       }
       console.log('Unsubscribe success');
     });
   };
  

MQTT的通信质量

MQTT服务质量(Quality of Service 缩写 QoS)正是用于告知物联网系统，哪些信息是重要信息需要准确无误的传输，而哪些信息不那么重要，即使丢失也没有问题，因为很快下一次读记录就会产生。

MQTT协议有三种服务质量级别：

• QoS = 0 – 最多发一次

  0是服务质量QoS的最低级别。当QoS为0级时，MQTT协议并不保证所有信息都能得以传输。也就是说，QoS=0的情况下，MQTT服务端和客户端不会对消息传输是否成功进行确认和检查。消息能否成功传输全看网络环境是否稳定。
  也就是说，在QoS为0时。发送端一旦发送完消息后，就完成任务了。发送端不会检查发出的消息能否被正确接收到。
  在网络环境稳定的情况下，信息传输一般是不会出现问题的。但是在环境不稳定的情况下，可能会在传输过程中出现MQTT消息丢失的情况。

• QoS = 1 – 最少发一次

• QoS = 2 – 保证收一次

  以上三种不同的服务质量级别意味着不同的MQTT传输流程。对于较为重要的MQTT消息，我们通常会选择QoS>0的服务级别（即QoS 为1或2）。

以上基本就是我学习MQTT以及在项目中应用的一些粗浅心得，可以说连他的冰山一角都没有碰到，因为时间有限，希望后面有时间再继续深度学习一下。

另外我再学习的过程中查看了一些前人的资料，我这里要特别感谢：太极创客 这个网站，因为有他我才学习的更加轻松自如。
这个网站对于MQTT讲解的还是比较的细致，有文章，也有视频讲解，真的是很贴心啊，另外我文章中也有引用到他们的文章段落，主要是他们的讲解描述确实是很通俗易懂。