MQTT学习

MQTT（Message Queuing Telemetry Transport 消息队列遥测传输协议）：基于发布/订阅（Publish/Subscribe）模式的轻量级通讯协议，该协议构建于TCP/IP协议之上，属于应用层的协议。MQTT最大优点在于，可以以极少的代码和有限的带宽，为连接远程设备提供实时可靠的消息服务。做为一种低开销、低带宽占用的即时通讯协议，使其在物联网、小型设备、移动应用等方面有较广泛的应用。

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• MQTT协议实现方式

1.实现MQTT协议需要客户端和服务器端通讯完成，在通讯过程中，MQTT协议中有三种身份：发布者（Publish）、代理（Broker）（服务器）、订阅者（Subscribe）。其中，消息的发布者和订阅者都是客户端，消息代理是服务器，消息发布者可以同时是订阅者。
MQTT传输的消息分为：主题（Topic）和负载（payload）两部分：
（1）Topic，可以理解为消息的类型，订阅者订阅（Subscribe）后，就会收到该主题的消息内容（payload）；
（2）payload，可以理解为消息的内容，是指订阅者具体要使用的内容。
2.网络传输与应用消息
MQTT会构建底层网络传输：它将建立客户端到服务器的连接，提供两者之间的一个有序的、无损的、基于字节流的双向传输。
当应用数据通过MQTT网络发送时，MQTT会把与之相关的服务质量（QoS）和主题名（Topic）相关连。
3.MQTT客户端
一个使用MQTT协议的应用程序或者设备，它总是建立到服务器的网络连接。客户端可以：
（1）发布其他客户端可能会订阅的信息；
（2）订阅其它客户端发布的消息；
（3）退订或删除应用程序的消息；
（4）断开与服务器连接。
4.MQTT服务器
MQTT服务器以称为"消息代理"（Broker），可以是一个应用程序或一台设备。它是位于消息发布者和订阅者之间，它可以：
（1）接受来自客户的网络连接；
（2）接受客户发布的应用信息；
（3）处理来自客户端的订阅和退订请求；
（4）向订阅的客户转发应用程序消息。
5.MQTT协议中的订阅、主题、会话
（1）订阅（Subscription）
订阅包含主题筛选器（Topic Filter）和最大服务质量（QoS）。订阅会与一个会话（Session）关联。一个会话可以包含多个订阅。每一个会话中的每个订阅都有一个不同的主题筛选器。
（2）会话（Session）
每个客户端与服务器建立连接后就是一个会话，客户端和服务器之间有状态交互。会话存在于一个网络之间，也可能在客户端和服务器之间跨越多个连续的网络连接。
（3）主题名（Topic Name）
连接到一个应用程序消息的标签，该标签与服务器的订阅相匹配。服务器会将消息发送给订阅所匹配标签的每个客户端。
（4）主题筛选器（Topic Filter）
一个对主题名通配符筛选器，在订阅表达式中使用，表示订阅所匹配到的多个主题。
（5）负载（Payload）
消息订阅者所具体接收的内容。
6.MQTT协议中的方法
MQTT协议中定义了一些方法（也被称为动作），来于表示对确定资源所进行操作。这个资源可以代表预先存在的数据或动态生成数据，这取决于服务器的实现。通常来说，资源指服务器上的文件或输出。主要方法有：
（1）Connect。等待与服务器建立连接。
（2）Disconnect。等待MQTT客户端完成所做的工作，并与服务器断开TCP/IP会话。
（3）Subscribe。等待完成订阅。
（4）UnSubscribe。等待服务器取消客户端的一个或多个topics订阅。
（5）Publish。MQTT客户端发送消息请求，发送完成后返回应用程序线程。

• MQTT消息质量等级：

QoS0：最多一次。最多分发一次，消息传递完全依赖底层TCP/IP网络，协议里没有定义应答和重试，消息要么只会到达服务端一次，要么根本没有到达。
QoS 1：至少分发一次。服务器的消息接收由PUBACK消息进行确认，如果通信链路或发送设备异常，或者指定时间内没有收到确认消息，发送端会重发这条在消息头中设置了DUP位的消息。
QoS 2：只分发一次。这是最高级别的消息传递，消息丢失和重复都是不可接受的，使用这个服务质量等级会有额外的开销。
这里需要注意的是QoS（服务质量）定义了服务端（Broker） / 客户端（Client）确保能收到消息的工作或尝试的方式。消息可以以任何 QoS 级别发送，客户端也可以选择以任意 QoS 级别来订阅主题，后者选择的是他们能收到的最高 QoS 级别。
例如，如有消息以 QoS 2 级别发布并且有一客户端以 Qos 0 级别订阅了相应主题，则那一客户端就会以 QoS 0 级别收到该消息。如果有第二个客户端也订阅了相同的主题，但用的是 QoS 2，则它将以 QoS 2 级别收到这一消息。
举另外一个例子，如有一客户端以 QoS 2 订阅了一个主题，并且有一消息以 QoS 0 在相应主题上发布，则客户端将会基于 QoS 0 级别接收这一消息。高级的 QoS 会更可靠，但也会带来更高的延迟，并占用更多的带宽。
发布publish和订阅subscribe都可以指定qos等级。
pub时指定的qos是跟服务器有关系的，比如qos2时，是保证服务器只收到一次，而不是最终的订阅者。
订阅者在sub时虽然指定了qos，但是收到的消息不一定就是指定qos等级的消息，而可能是降级的了。
为响应订阅而发出的消息的有效载荷的QoS必须是原始发布消息的QoS和服务端授予的QoS两者中的最小值。
比如sub qos2，pub qos0，此时服务器转发的消息是qos0级别也就是sub可能收到一次消息也可能收不到。
再如sub qos0, pub qos2，此时服务器转发的消息也是qos0级别，sub也是可能只收到一次消息或者收不到。
也就是服务器只会按pub和sub两者qos等级最小的那个qos规则来发送消息。

pub时指定的qos是服务器肯定按此规则接收，但是最终订阅者不一定。
sub时指定的qos表示订阅者可以接收的最高消息等级，也就是可能收到更低等级的消息。

• MQTT主要特性

MQTT协议工作在低带宽、不可靠的网络的远程传感器和控制设备通讯而设计的协议，它具有以下主要的几项特性：
（1）使用发布/订阅消息模式，提供一对多的消息发布，解除应用程序耦合。
这一点很类似于XMPP，但是MQTT的信息冗余远小于XMPP，,因为XMPP使用XML格式文本来传递数据。
（2）对负载内容屏蔽的消息传输。
（3）使用TCP/IP提供网络连接。
主流的MQTT是基于TCP连接进行数据推送的，但是同样有基于UDP的版本，叫做MQTT-SN。这两种版本由于基于不同的连接方式，优缺点自然也就各有不同了。
（4）有三种消息发布服务质量：
"至多一次"，消息发布完全依赖底层TCP/IP网络。会发生消息丢失或重复。这一级别可用于如下情况，环境传感器数据，丢失一次读记录无所谓，因为不久后还会有第二次发送。这一种方式主要普通APP的推送，倘若你的智能设备在消息推送时未联网，推送过去没收到，再次联网也就收不到了。
"至少一次"，确保消息到达，但消息重复可能会发生。
"只有一次"，确保消息到达一次。在一些要求比较严格的计费系统中，可以使用此级别。在计费系统中，消息重复或丢失会导致不正确的结果。这种最高质量的消息发布服务还可以用于即时通讯类的APP的推送，确保用户收到且只会收到一次。
（5）小型传输，开销很小（固定长度的头部是2字节），协议交换最小化，以降低网络流量。
这就是为什么在介绍里说它非常适合"在物联网领域，传感器与服务器的通信，信息的收集"，要知道嵌入式设备的运算能力和带宽都相对薄弱，使用这种协议来传递消息再适合不过了。
（6）使用Last Will和Testament特性通知有关各方客户端异常中断的机制。
Last Will：即遗言机制，用于通知同一主题下的其他设备发送遗言的设备已经断开了连接。
Testament：遗嘱机制，功能类似于Last Will。

• EMQ

EMQ 2.0，号称百万级开源MQTT消息服务器，基于Erlang/OTP语言平台开发，支持大规模连接和分布式集群，发布订阅模式的开源MQTT消息服务器。
这个服务器界面的工具中可以连接某个MQTT服务，填写服务的Host、Port、Path、客户端的ClientID、客户端的用户名及密码、Keep Alive的时间。

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在这里可以订阅某个主题，选择订阅者的QoS。

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在这里可以发送消息，设置消息的主题、消息体、QoS
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原文链接，捂脸：
物联网MQTT服务质量级别：
https://www.cnblogs.com/qcloud1001/p/8862511.html
MQTT入门介绍：
https://www.runoob.com/w3cnote/mqtt-intro.html
MQTT协议详解：
https://blog.csdn.net/anxianfeng55555/article/details/80908795
MQTT QOS等级订阅和发布的关系:
https://blog.csdn.net/gamereborn/article/details/80211975