MQTT簡(jiǎn)介

MQTT 全稱為 Message Queuing Telemetry Transport（消息隊(duì)列遙測(cè)傳輸）是一種基于發(fā)布/訂閱范式的“輕量級(jí)”消息協(xié)議。該協(xié)議構(gòu)建于TCP/IP協(xié)議上。

MQTT協(xié)議是輕量、簡(jiǎn)單、開放和易于實(shí)現(xiàn)的，這些特點(diǎn)使它適用范圍非常廣泛。在很多情況下，包括受限的環(huán)境中，如：機(jī)器與機(jī)器（M2M）通信和物聯(lián)網(wǎng)（IoT）。

其在，通過(guò)衛(wèi)星鏈路通信傳感器、偶爾撥號(hào)的醫(yī)療設(shè)備、智能家居、及一些小型化設(shè)備中已廣泛使用。

MQTT特點(diǎn)

1、使用發(fā)布/訂閱消息模式，提供一對(duì)多的消息發(fā)布，解除應(yīng)用程序耦合。該協(xié)議需要客戶端和服務(wù)端，而協(xié)議中主要有三種身份：發(fā)布者（Publisher）、代理（Broker，服務(wù)器）、訂閱者（Subscriber）。其中，消息的發(fā)布者和訂閱者都是客戶端，消息代理是服務(wù)器，而消息發(fā)布者可以同時(shí)是訂閱者，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)者與消費(fèi)者的脫耦；

2、對(duì)負(fù)載內(nèi)容屏蔽的消息傳輸；

3、使用 TCP/IP 提供網(wǎng)絡(luò)連接；

4、有三種消息發(fā)布服務(wù)質(zhì)量：

“至多一次”，消息發(fā)布完全依賴底層 TCP/IP 網(wǎng)絡(luò)。會(huì)發(fā)生消息丟失或重復(fù)。這一級(jí)別可用于如下情況，環(huán)境傳感器數(shù)據(jù)，丟失一次讀記錄無(wú)所謂，因?yàn)椴痪煤筮€會(huì)有第二次發(fā)送。 “至少一次”，確保消息到達(dá)，但消息重復(fù)可能會(huì)發(fā)生。 “只有一次”，確保消息到達(dá)一次。這一級(jí)別可用于如下情況，在計(jì)費(fèi)系統(tǒng)中，消息重復(fù)或丟失會(huì)導(dǎo)致不正確的結(jié)果。

5、小型傳輸，開銷很小（固定長(zhǎng)度的頭部是 2 字節(jié)），協(xié)議交換最小化，以降低網(wǎng)絡(luò)流量；

6、使用 Last Will 和 Testament 特性通知有關(guān)各方客戶端異常中斷的機(jī)制。

原理

MQTT協(xié)議有三種身份：發(fā)布者、代理、訂閱者，發(fā)布者和訂閱者都為客戶端，代理為服務(wù)器，同時(shí)消息的發(fā)布者也可以是訂閱者（為了節(jié)約內(nèi)存和流量發(fā)布者和訂閱者一般都會(huì)定義在一起）。

MQTT傳輸?shù)南⒎譃橹黝}（Topic，可理解為消息的類型，訂閱者訂閱后，就會(huì)收到該主題的消息內(nèi)容（payload））和負(fù)載（payload，可以理解為消息的內(nèi)容）兩部分。

1.MQTT協(xié)議實(shí)現(xiàn)方式

實(shí)現(xiàn)MQTT協(xié)議需要客戶端和服務(wù)器端通訊完成，在通訊過(guò)程中，MQTT協(xié)議中有三種身份：發(fā)布者（Publish）、代理（Broker）（服務(wù)器）、訂閱者（Subscribe）。其中，消息的發(fā)布者和訂閱者都是客戶端，消息代理是服務(wù)器，消息發(fā)布者可以同時(shí)是訂閱者。

MQTT傳輸?shù)南⒎譃椋褐黝}（Topic）和負(fù)載（payload）兩部分：

（1）Topic，可以理解為消息的類型，訂閱者訂閱（Subscribe）后，就會(huì)收到該主題的消息內(nèi)容（payload）；

（2）payload，可以理解為消息的內(nèi)容，是指訂閱者具體要使用的內(nèi)容。

2.網(wǎng)絡(luò)傳輸與應(yīng)用消息

MQTT會(huì)構(gòu)建底層網(wǎng)絡(luò)傳輸：它將建立客戶端到服務(wù)器的連接，提供兩者之間的一個(gè)有序的、無(wú)損的、基于字節(jié)流的雙向傳輸。

當(dāng)應(yīng)用數(shù)據(jù)通過(guò)MQTT網(wǎng)絡(luò)發(fā)送時(shí)，MQTT會(huì)把與之相關(guān)的服務(wù)質(zhì)量（QoS）和主題名（Topic）相關(guān)連。

3.MQTT客戶端

一個(gè)使用MQTT協(xié)議的應(yīng)用程序或者設(shè)備，它總是建立到服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)連接。客戶端可以：

（1）發(fā)布其他客戶端可能會(huì)訂閱的信息；

（2）訂閱其它客戶端發(fā)布的消息；

（3）退訂或刪除應(yīng)用程序的消息；

（4）斷開與服務(wù)器連接。

4.MQTT服務(wù)端

MQTT服務(wù)器以稱為'消息代理'（Broker），可以是一個(gè)應(yīng)用程序或一臺(tái)設(shè)備。它是位于消息發(fā)布者和訂閱者之間，它可以：

（1）接受來(lái)自客戶的網(wǎng)絡(luò)連接；

（2）接受客戶發(fā)布的應(yīng)用信息；

（3）處理來(lái)自客戶端的訂閱和退訂請(qǐng)求；

（4）向訂閱的客戶轉(zhuǎn)發(fā)應(yīng)用程序消息。

5.MQTT協(xié)議中的訂閱、主題、會(huì)話

一、訂閱（Subscription）

訂閱包含主題篩選器（Topic Filter）和最大服務(wù)質(zhì)量（QoS）。訂閱會(huì)與一個(gè)會(huì)話（Session）關(guān)聯(lián)。一個(gè)會(huì)話可以包含多個(gè)訂閱。每一個(gè)會(huì)話中的每個(gè)訂閱都有一個(gè)不同的主題篩選器。

二、會(huì)話（Session）

每個(gè)客戶端與服務(wù)器建立連接后就是一個(gè)會(huì)話，客戶端和服務(wù)器之間有狀態(tài)交互。會(huì)話存在于一個(gè)網(wǎng)絡(luò)之間，也可能在客戶端和服務(wù)器之間跨越多個(gè)連續(xù)的網(wǎng)絡(luò)連接。

三、主題名（Topic Name）

連接到一個(gè)應(yīng)用程序消息的標(biāo)簽，該標(biāo)簽與服務(wù)器的訂閱相匹配。服務(wù)器會(huì)將消息發(fā)送給訂閱所匹配標(biāo)簽的每個(gè)客戶端。

四、主題篩選器（Topic Filter）

一個(gè)對(duì)主題名通配符篩選器，在訂閱表達(dá)式中使用，表示訂閱所匹配到的多個(gè)主題。

五、負(fù)載（Payload）

消息訂閱者所具體接收的內(nèi)容。

6.MQTT協(xié)議中的方法

MQTT協(xié)議中定義了一些方法（也被稱為動(dòng)作），來(lái)于表示對(duì)確定資源所進(jìn)行操作。這個(gè)資源可以代表預(yù)先存在的數(shù)據(jù)或動(dòng)態(tài)生成數(shù)據(jù)，這取決于服務(wù)器的實(shí)現(xiàn)。通常來(lái)說(shuō)，資源指服務(wù)器上的文件或輸出。主要方法有：

（1）Connect。等待與服務(wù)器建立連接。

（2）Disconnect。等待MQTT客戶端完成所做的工作，并與服務(wù)器斷開TCP/IP會(huì)話。

（3）Subscribe。等待完成訂閱。

（4）UnSubscribe。等待服務(wù)器取消客戶端的一個(gè)或多個(gè)topics訂閱。

（5）Publish。MQTT客戶端發(fā)送消息請(qǐng)求，發(fā)送完成后返回應(yīng)用程序線程。

7.應(yīng)用場(chǎng)景

因?yàn)樗鼈鬏斚⒕哂挟惒叫裕òl(fā)布訂閱模式），同時(shí)該協(xié)議本身的輕量特定，因此可用于輕量級(jí)應(yīng)用，

可作為物聯(lián)網(wǎng)的通信組件使用，例如樹莓派上完全可以搭建一個(gè)mqtt服務(wù)器，當(dāng)未來(lái)智能家居全面普及的時(shí)候，

家居中的消息通訊都可用此實(shí)現(xiàn)，如智能冰箱溫度檢測(cè)，房間溫度檢測(cè)等信息都能通過(guò)mqtt去實(shí)現(xiàn)，遙感數(shù)據(jù)、

汽車檢測(cè)數(shù)據(jù)、智能家居、智慧城市、醫(yī)療醫(yī)護(hù)都具有應(yīng)用場(chǎng)景。

客戶端

#!/usr/bin/env python # encoding: utf-8 ''' @version: v1.0 @author: W_H_J @license: Apache Licence @contact: [email protected] @software: PyCharm @file: clicentMqttTest.py @time: 2019/2/22 14:19 @describe: mqtt客戶端'''import jsonimport sysimport osimport paho.mqtt.client as mqttimport time sys.path.append(os.path.abspath(os.path.dirname(__file__) + ’/’ + ’..’))sys.path.append('..') TASK_TOPIC = ’test’ # 客戶端發(fā)布消息主題 client_id = time.strftime(’%Y%m%d%H%M%S’, time.localtime(time.time()))'''client_id是連接到代理。如果client_id的長(zhǎng)度為零或?yàn)榱悖瑒t行為為由使用的協(xié)議版本定義。如果使用MQTT v3.1.1，那么一個(gè)零長(zhǎng)度的客戶機(jī)id將被發(fā)送到代理，代理將被發(fā)送為客戶端生成一個(gè)隨機(jī)變量。如果使用MQTT v3.1，那么id將是隨機(jī)生成的。在這兩種情況下，clean_session都必須為True。如果這在這種情況下不會(huì)產(chǎn)生ValueError。注意：一般情況下如果客戶端服務(wù)端啟用兩個(gè)監(jiān)聽那么客戶端client_id 不能與服務(wù)器相同，如這里用時(shí)間'20190222142358'作為它的id，如果與服務(wù)器id相同，則無(wú)法接收到消息'''client = mqtt.Client(client_id, transport=’tcp’) client.connect('127.0.0.1', 1883, 60) # 此處端口默認(rèn)為1883，通信端口期keepalive默認(rèn)60client.loop_start() def clicent_main(message: str): ''' 客戶端發(fā)布消息 :param message: 消息主體 :return: ''' time_now = time.strftime(’%Y-%m-%d %H-%M-%S’, time.localtime(time.time())) payload = {'msg': '%s' % message, 'data': '%s' % time_now} # publish(主題：Topic; 消息內(nèi)容) client.publish(TASK_TOPIC, json.dumps(payload, ensure_ascii=False)) print('Successful send message!') return Trueif __name__ == ’__main__’: msg = '我是一條測(cè)試數(shù)據(jù)！' clicent_main(msg)client

服務(wù)端

#!/usr/bin/env python # encoding: utf-8 ''' @version: v1.0 @author: W_H_J @license: Apache Licence @contact: [email protected] @software: PyCharm @file: serverMqttTest.py @time: 2019/2/22 14:35 @describe: mqtt 服務(wù)端'''import jsonimport sysimport osimport timeimport paho.mqtt.client as mqttsys.path.append(os.path.abspath(os.path.dirname(__file__) + ’/’ + ’..’))sys.path.append('..') REPORT_TOPIC = ’test’ # 主題 def on_connect(client, userdata, flags, rc): print(’connected to mqtt with resurt code ’, rc) client.subscribe(REPORT_TOPIC) # 訂閱主題 def on_message(client, userdata, msg): ''' 接收客戶端發(fā)送的消息 :param client: 連接信息 :param userdata: :param msg: 客戶端返回的消息 :return: ''' print('Start server!') payload = json.loads(msg.payload.decode(’utf-8’)) print(payload) def server_conenet(client): client.on_connect = on_connect # 啟用訂閱模式 client.on_message = on_message # 接收消息 client.connect('127.0.0.1', 1883, 60) # 鏈接 # client.loop_start() # 以start方式運(yùn)行，需要啟動(dòng)一個(gè)守護(hù)線程，讓服務(wù)端運(yùn)行，否則會(huì)隨主線程死亡 client.loop_forever() # 以forever方式阻塞運(yùn)行。 def server_stop(client): client.loop_stop() # 停止服務(wù)端 sys.exit(0) def server_main(): client_id = time.strftime(’%Y%m%d%H%M%S’, time.localtime(time.time())) client = mqtt.Client(client_id, transport=’tcp’) server_conenet(client) if __name__ == ’__main__’: # 啟動(dòng)監(jiān)聽 server_main()server

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