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外观

Ⓜ️Mqtt

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MQTTEMQX

2025-04-30

什么是 MQTT？

MQTT（Message Queuing Telemetry Transport）是一种轻量级的、基于发布/订阅模型的消息传输协议，专为低带宽、高延迟或不稳定的网络环境设计。它广泛应用于物联网（IoT）、传感器网络和移动应用等领域。

核心特点

  • 轻量高效：协议开销小，适合资源受限的设备。
  • 发布/订阅模型：解耦消息的生产者和消费者，支持一对多通信。
  • QoS（服务质量）：提供三种服务质量级别，确保消息传递的可靠性。
  • 异步通信：支持实时消息传递，适合动态网络环境。
  • 主题（Topic）机制：通过主题进行消息路由，灵活且可扩展。

MQTT 工作原理

MQTT 使用 发布/订阅 模型，核心组件包括：

  • Broker（代理）：消息的中转站，负责接收、过滤和分发消息。
  • Publisher（发布者）：发送消息到指定主题的客户端。
  • Subscriber（订阅者）：订阅特定主题以接收消息的客户端。
  • Topic（主题）：消息的路由标识，类似于文件路径（如 home/temperature）。

通信流程

  1. 客户端连接到 Broker（需要认证）。
  2. Publisher 发布消息到特定 Topic。
  3. Broker 将消息分发给订阅该 Topic 的 Subscriber。
  4. Subscriber 接收并处理消息。
graph TD
    A[Publisher] -->|Publish: home/temperature| B[Broker]
    B -->|Forward| C[Subscriber 1]
    B -->|Forward| D[Subscriber 2]

QoS（服务质量）级别

MQTT 提供三种 QoS 级别，以满足不同场景的可靠性需求：

QoS 级别描述适用场景
QoS 0最多一次（At most once）
消息可能丢失，无确认机制。		日志数据、实时传感器数据（允许少量丢失）。
QoS 1至少一次（At least once）
确保消息送达，但可能重复。		重要通知、状态更新。
QoS 2恰好一次（Exactly once）
确保消息准确送达且不重复。		金融交易、关键指令。

主题（Topic）与通配符

MQTT 使用主题来路由消息，支持层次结构和通配符：

  • 单层通配符（+）：匹配单个层级。
    • 示例：home/+/temperature 匹配 home/kitchen/temperature 和 home/bedroom/temperature。
  • 多层通配符（#）：匹配多层级。
    • 示例：home/# 匹配 home/kitchen/temperature 和 home/bedroom/light/status。

提示

主题名称区分大小写，避免使用前导 / 或空格，以确保兼容性。

MQTT 消息结构

MQTT 消息包含以下关键部分：

1️⃣固定头部

  1. 报文类型

占4个bit位，是一个无符号的整数

  1. 标识位(flags)

占4个bit位，不过到 MQTT 5.0 为止，只有 PUBLISH 报文的这四个比特位被赋予了明确的含义：

  1. Bit 3：DUP，表示当前 PUBLISH 报文是否是一个重传的报文。
  2. Bit 2,1：QoS，表示当前 PUBLISH 报文使用的服务质量等级。
  3. Bit 0：Retain，表示当前 PUBLISH 报文是否是一个保留消息。
  1. 剩余长度

剩余长度指示了当前控制报文剩余部分的字节数，也就是可变报头和有效载荷这两个部分的长度。 MQTT 控制报文的总长度= 固定报头的长度 + 剩余长度。

2️⃣可变报头

可变报头的内容取决于具体的报文类型。

举例：

  1. CONNECT 报文的可变报头按顺序包含了协议名、协议级别、连接标识、Keep Alive 和属性这五个字段

  2. PUBLISH 报文的可变报头则按顺序包含了主题名、报文标识符和属性这三个字段。

属性是 MQTT 5.0 引入的一个概念。属性字段基本上都是可变报头的最后一部分，由属性长度和紧随其后的一组属性组成，这里的属性长度指的是后面所有属性的总长度

所有的属性都是可选的，因为它们通常都有一个默认值，如果没有任何属性，那么属性长度的值就为0。属性通常都是为了某个专门的用途而设计的，不同的报文所支持的属

性都是不一样的，具体的对应情况可以查看官网地址：

https://docs.oasis-open.org/mqtt/mqtt/v5.0/os/mqtt-v5.0-os.html#_Toc3901027

3️⃣有效载荷

有效载荷是用于实现对应报文的核心功能。

举例：

  1. 在 PUBLISH 报文中，Payload 用于承载具体的应用消息内容，这也是 PUBLISH 报文最核心的功能。
  2. 在 SUBSCRIBE 报文中，Payload 包含了想要订阅的主题以及对应的订阅选项，这也是 SUBSCRIBE 报文最主要的工作。

快速入门示例

以下是一个简单的 MQTT 客户端示例（使用 JavaScript 和 paho-mqtt 库）：

import Paho from 'paho-mqtt';

// 创建客户端
const client = new Paho.Client('broker.example.com', 8083, 'clientId-' + Math.random().toString(16));

// 设置回调
client.onMessageArrived = (message) => {
  console.log(`收到消息: ${message.payloadString}`);
};

// 连接到 Broker
client.connect({
  onSuccess: () => {
    console.log('连接成功');
    // 订阅主题
    client.subscribe('home/temperature');
    // 发布消息
    const message = new Paho.Message('25.5°C');
    message.destinationName = 'home/temperature';
    client.send(message);
  }
});

注意

在生产环境中，建议启用 TLS/SSL 加密，并配置用户名和密码认证。

贡献者: paiad