一.MQTT簡介

MQTT是基于TCP/IP協議棧構建的異步通信消息協議，是一種輕量級的發布/訂閱信息傳輸協議。MQTT在時間和空間上，將消息發送者與接受者分離，可以在不可靠的網絡環境中進行擴展。 適用于設備硬件存儲空間有限或網絡帶寬有限的場景。物聯網平臺支持設備使用MQTT協議接入MQTT的特點是可以保持長連接，具有一定的實時性，云端向設備端發送消息，設備端可以在最短的時間內接收到并作出響應，所以MQTT更適合需要實時控制的場合，更適合執行器。要保持長連接，那么就要時不時地發送心跳包，這就不會省電了。所以低功耗的場合并不適合MQTT。MQTT的長連接需要建立在TCP的基礎上，TCP協議的復雜性決定了對設備的要求是比較高一些的，相比UDP。

二.MQTT框架圖

三.MQTT特點

MQTT協議是為大量計算能力有限，且工作在低帶寬、不可靠的網絡的遠程傳感器和控制設備通訊而設計的協議，它具有以下主要的幾項特性：

• 使用發布/訂閱消息模式，提供一對多的消息發布，解除應用程序耦合；
• 對負載內容屏蔽的消息傳輸；
• 使用 TCP/IP 提供網絡連接；
• 有三種消息發布服務質量：QoS（定閱等級），分0、1、2三個等級，簡單來說是等級越高越可靠。

“至多一次”（QoS0）：消息發布完全依賴底層 TCP/IP 網絡。會發生消息丟失或重復。這一級別可用于如下情況，環境傳感器數據，丟失一次讀記錄無所謂，因為不久后還會有第二次發送。即是推送之后就完事了，至于對方有沒有收到，收到是什么，數據有沒有丟失，都不管。

“至少一次”（QoS1）：確保消息到達，但消息重復可能會發生。即是你收到推送后，你還得返回一個puback給對方，告訴對方收到了，不然對方會以為你沒收到，隔一段時間后重新給你推送，直到你給對方返回一個Puback為止。

“只有一次”(QoS2)：確保消息到達一次。這一級別可用于如下情況，在計費系統中，消息重復或丟失會導致不正確的結果。

• 小型傳輸，開銷很小(固定長度的頭部是2字節)，協議交換最小化，以降低網絡流量；
• 使用 Last Will 和 Testament 特性通知有關各方客戶端異常中斷的機制。

Last Will：即遺言機制，用于通知同一主題下的其他設備發送遺言的設備已經斷開了連接。 ? Testament:遺言機制，功能類似于Last Will。

MQTT客戶端可以注冊一個典型的遺愿遺囑消息，如果它們斷開連接，由代理發送。這些消息可以用于向訂閱者發出信號，當設備斷開連接時。

四.MQTT協議原理

1.MQTT協議實現框圖

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2.MQTT協議實現方式

實現MQTT協議需要：客戶端和服務器端MQTT協議中有三種身份：發布者（Publish）、代理（Broker）（服務器）、訂閱者（Subscribe）。其中，消息的發布者和訂閱者都是客戶端，消息代理是服務器，消息發布者可以同時是訂閱者。

MQTT傳輸的消息分為：主題（Topic）和負載（payload）兩部分

• Topic：可以理解為消息的類型，訂閱者訂閱（Subscribe）后，就會收到該主題的消息內容（payload）。
• Payload：可以理解為消息的內容，是指訂閱者具體要使用的內容。

3.網絡傳輸與應用消息

MQTT會構建底層網絡傳輸：它將建立客戶端到服務器的連接，提供兩者之間的一個有序的、無損的、基于字節流的雙向傳輸。當應用數據通過MQTT網絡發送時，MQTT會把與之相關的服務質量（QoS）和主題名（Topic）相關連。

4.MQTT客戶端

一個使用MQTT協議的應用程序或者設備，它總是建立到服務器的網絡連接。客戶端可以：

• 發布其他客戶端可能會訂閱的信息。
• 訂閱其它客戶端發布的消息。
• 退訂或刪除應用程序的消息。
• 斷開與服務器連接。

5.MQTT服務器

MQTT服務器以稱為“消息代理”（Broker），可以是一個應用程序或一臺設備。它是位于消息發布者和訂閱者之間，它可以：

• 接受來自客戶的網絡連接。
• 接受客戶發布的應用信息。
• 處理來自客戶端的訂閱和退訂請求。
• 向訂閱的客戶轉發應用程序消息。

6.MQTT協議中的訂閱、主題、會話

• 訂閱（Subscription）

訂閱包含主題篩選器（Topic Filter）和最大服務質量（QoS）。訂閱會與一個會話（Session）關聯。一個會話可以包含多個訂閱。每一個會話中的每個訂閱都有一個不同的主題篩選器。

• 會話（Session）

每個客戶端與服務器建立連接后就是一個會話，客戶端和服務器之間有狀態交互。會話存在于一個網絡之間，也可能在客戶端和服務器之間跨越多個連續的網絡連接。

• 主題名（Topic Name）

連接到一個應用程序消息的標簽，該標簽與服務器的訂閱相匹配。服務器會將消息發送給訂閱所匹配標簽的每個客戶端。

• 主題篩選器（Topic Filter）

一個對主題名通配符篩選器，在訂閱表達式中使用，表示訂閱所匹配到的多個主題。

• 負載（Payload）

消息訂閱者所具體接收的內容。

7、 MQTT協議中的方法

MQTT協議中定義了一些方法（也被稱為動作）， 來于表示對確定資源所進行操作。 這個資源可以代表預先存在的數據或動態生成數據，這取決于服務器的實現。通常來說，資源指服務器上的文件或輸出。

• Connect：等待與服務器建立連接。
• Disconnect：等待MQTT客戶端完成所做的工作，并與服務器斷開TCP/IP會話。
• Subscribe：等待完成訂閱。
• UnSubscribe：等待服務器取消客戶端的一個或多個topics訂閱。
• Publish：MQTT客戶端發送消息請求，發送完成后返回應用程序線程。

五.MQTT優缺點

1.優點

• 適用于受限網絡的輕量級。
• 靈活選擇具有給定功能的服務質量。
• 由OASIS技術委員會標準化。
• 實施簡單快捷。
• 協議簡潔輕巧，數據冗余量低。并且支持的設備從智能硬件到智能手機無所不包。

MQTT協議的優勢是可以支持所有平臺，它幾乎可以把所有的聯網物品和互聯網連接起來。特別適合于網絡代價昂貴，帶寬低、不可靠的環境。能在處理器和內存資源有限的嵌入式設備中運行。

2.缺點

• 由于基于TCP的連接，功耗很高。
• 缺乏加密。
• 服務器端實現難度大，雖然已經有了C++版本的服務端組件，但是并不開源，而且在推送