MQTT协议学习总结

一、MQTT介绍

　　　MQTT（Message Queuing Telemetry Transport，消息队列遥测传输协议），是一种基于发布/订阅（publish/subscribe）模式的“轻量级”通讯协议，该协议构建于TCP/IP协议上，由IBM在1999年发布。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。

二、MQTT协议特点

　　 MQTT协议构建于TCP/IP协议上，是一种基于客户端-服务器的消息发布和消息订阅的传输协议。MQTT协议是轻量、简单、开放和易于实现的，这些特点使它适用范围非常广泛。

　　 MQTT协议运行在TCP/IP或其他网络协议，提供有序、无损、双向连接。其特点包括：

1. 使用的发布/订阅消息模式，它提供了一对多消息分发，以实现与应用程序的解耦。
2. 对负载内容屏蔽的消息传输机制。
3. 对传输消息有三种服务质量（QoS）：
1. 1. 最多一次，这一级别会发生消息丢失或重复，消息发布依赖于底层TCP/IP网络。这个设置时推送消息给Client，可靠性最低的一种。如果设置Qos=0，那broker就不会返回结果码，告诉你他收到消息了，也不会在失败后尝试重发。这有点像不可靠消息，如JMS。
  2. 即：<=1至多一次，这一级别会确保消息到达，但消息可能会重复。即：>=1：该设置会确保消息会被至少一次推送到Client。如果推送设置为至少推送一次，Apollo会返回一个回调函数，确保代理已经收到消息，而且确保会确保推送该消息。如果Client 将发布了一个Qos=2的消息，如果在指定的时间内没有收到回复，Client会希望重新发布这个消息。所以可能存在这种情况：代理收到一个需要推送的消息，然后又收到一个消息推送到同一个Client。所以如果传输过程中PUBACK丢失，Client会重新发送，而且不会去检测是否是重发，broker就将消息发送到订阅主题中
  3. 只有一次，确保消息只有一次到达。即：＝1。在一些要求比较严格的计费系统中，可以使用此级别。该设置是可靠等级最高的。他会确保发布者不仅仅会推送，而且不会像Qos=2那样，会被接收两次。当然这个设置会增加网络的负载。当一个消息被发布出去的时候，broker会保存该消息的id,而且会利用任何长连接，坚持要把该消息推送给目标地址。如果Client收到PUBREC 标志，那就表明broker已经收到消息了。这个时候broker会期待Client发送一个PUBREL 来清除session 中消息id，broker如果发送成功就会发送一个PUBCOMP通知Client。

4.数据传输和协议交换的最小化（协议头部只有2字节），以减少网络流量。

5.通知机制，异常中断时通知传输双方。

二、MQTT协议原理

　　1、MQTT协议实现方式　

实现MQTT协议需要：客户端和服务器端
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
- 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）
- 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：

- 发布其他客户端可能会订阅的信息
- 订阅其它客户端发布的消息
- 退订或删除应用程序的消息
- 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：

- 接受来自客户的网络连接
- 接受客户发布的应用信息
- 处理来自客户端的订阅和退订请求
- 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

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。

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。

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。

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。

负载（Payload）

消息订阅者所具体接收的内容。

　`6、MQTT`协议中的方法

Connect，等待与服务器建立连接

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

Subscribe，等待完成订阅

UnSubscribe，等待服务器取消客户端的一个或多个topics订阅

Publish，MQTT客户端发送消息请求，发送完成后返回应用程序线程

三、MQTT协议的使用场景

　　“推送”这个概念，推送这个词大部分人都会有印象的。比如PC端的推送广告，比如安卓的推送服务，还有一些即时通信软件如微信、易信等也是采用的推送技术。
　　现在的推送实现的方式已经非常多了，主流的有C2DM服务（Google Cloud Messaging），基于XML协议的通讯协议XMPP协议（Openfire + Spark + Smack）, 轻量级的、基于代理的“发布/订阅”模式的消息传输协议MQTT协议，还可以通过嵌入SDK使用第三方提供的推送服务，如百度云推送、极光推送、智游推送、腾讯信鸽等。
　　推送利用的也是类似于上面提到的代理技术，从而将数据源源不断地推向客户机。笔者对其它协议了解不多所以也不敢多做妄言，但是现在国内很多企业都已经广泛使用MQTT作为Android手机客户端与服务器端推送消息的协议。其中Sohu，Cmstop手机客户端中均有使用到MQTT作为消息推送消息。

　　2017-03-04 19:03:59