# MQTT 协议
# MQTT 轻量发布订阅消息协议
# 概览
MQTT 是一个轻量的发布订阅模式消息传输协议，专门针对低带宽和不稳定网络环境的物联网应用设计。
MQTT 官网: http://mqtt.org (opens new window)
MQTT V3.1.1 协议规范: http://docs.oasis-open.org/mqtt/mqtt/v3.1.1/os/mqtt-v3.1.1-os.html (opens new window)
# 特点
- 开放消息协议，简单易实现
- 发布订阅模式，一对多消息发布
- 基于 TCP/IP 网络连接
- 1 字节固定报头，2 字节心跳报文，报文结构紧凑
- 消息 QoS 支持，可靠传输保证
# 应用
MQTT 协议广泛应用于物联网、移动互联网、智能硬件、车联网、电力能源等领域。
- 物联网 M2M 通信，物联网大数据采集
- Android 消息推送，WEB 消息推送
- 移动即时消息，例如 Facebook Messenger
- 智能硬件、智能家具、智能电器
- 车联网通信，电动车站桩采集
- 智慧城市、远程医疗、远程教育
- 电力、石油与能源等行业市场
# MQTT 基于主题(Topic)消息路由
MQTT 协议基于主题(Topic)进行消息路由，主题(Topic)类似 URL 路径，例如:
chat/room/1
sensor/10/temperature
sensor/+/temperature
$SYS/broker/metrics/packets/received
$SYS/broker/metrics/#
主题(Topic)通过'/'分割层级，支持'+', '#'通配符:
'+': 表示通配一个层级，例如a/+，匹配a/x, a/y
'#': 表示通配多个层级，例如a/#，匹配a/x, a/b/c/d
订阅者与发布者之间通过主题路由消息进行通信，例如采用 mosquitto 命令行发布订阅消息:
mosquitto_sub -t a/b/+ -q 1
mosquitto_pub -t a/b/c -m hello -q 1
提示
订阅者可以订阅含通配符主题，但发布者不允许向含通配符主题发布消息。
# MQTT V3.1.1 协议报文
# 报文结构
| 固定报头(Fixed header) |
|---|
| 可变报头(Variable header) |
| 报文有效载荷(Payload) |
# 固定报头
+----------+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+
| Bit | 7 | 6 | 5 | 4 | 3 | 2 | 1 | 0 |
+----------+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+
| byte1 | MQTT Packet type | Flags |
+----------+-----------------------+-----------------------+
| byte2... | Remaining Length |
+----------+-----------------------------------------------+
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# 报文类型
| 类型名称 | 类型值 | 报文说明 |
|---|---|---|
| CONNECT | 1 | 发起连接 |
| CONNACK | 2 | 连接回执 |
| PUBLISH | 3 | 发布消息 |
| PUBACK | 4 | 发布回执 |
| PUBREC | 5 | QoS2 消息回执 |
| PUBREL | 6 | QoS2 消息释放 |
| PUBCOMP | 7 | QoS2 消息完成 |
| SUBSCRIBE | 8 | 订阅主题 |
| SUBACK | 9 | 订阅回执 |
| UNSUBSCRIBE | 10 | 取消订阅 |
| UNSUBACK | 11 | 取消订阅回执 |
| PINGREQ | 12 | PING 请求 |
| PINGRESP | 13 | PING 响应 |
| DISCONNECT | 14 | 断开连接 |
# PUBLISH 发布消息
PUBLISH 报文承载客户端与服务器间双向的发布消息。 PUBACK 报文用于接收端确认 QoS1 报文，PUBREC/PUBREL/PUBCOMP 报文用于 QoS2 消息流程。
# PINGREQ/PINGRESP 心跳
客户端在无报文发送时，按保活周期(KeepAlive)定时向服务端发送 PINGREQ 心跳报文，服务端响应 PINGRESP 报文。PINGREQ/PINGRESP 报文均 2 个字节。
# MQTT 消息 QoS
MQTT 发布消息 QoS 保证不是端到端的，是客户端与服务器之间的。订阅者收到 MQTT 消息的 QoS 级别，最终取决于发布消息的 QoS 和主题订阅的 QoS。
| 发布消息的 QoS | 主题订阅的 QoS | 接收消息的 QoS |
|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 0 |
| 0 | 2 | 0 |
| 1 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 1 |
| 1 | 2 | 1 |
| 2 | 0 | 0 |
| 2 | 1 | 1 |
| 2 | 2 | 2 |
# Qos0 消息发布订阅
# Qos1 消息发布订阅
# Qos2 消息发布订阅
# MQTT 会话(Clean Session)
MQTT 客户端向服务器发起 CONNECT 请求时，可以通过'Clean Session'标志设置会话。
'Clean Session'设置为 0，表示创建一个持久会话，在客户端断开连接时，会话仍然保持并保存离线消息，直到会话超时注销。
'Clean Session'设置为 1，表示创建一个新的临时会话，在客户端断开时，会话自动销毁。
# MQTT 连接保活心跳
MQTT 客户端向服务器发起 CONNECT 请求时，通过 KeepAlive 参数设置保活周期。
客户端在无报文发送时，按 KeepAlive 周期定时发送 2 字节的 PINGREQ 心跳报文，服务端收到 PINGREQ 报文后，回复 2 字节的 PINGRESP 报文。
服务端在 1.5 个心跳周期内，既没有收到客户端发布订阅报文，也没有收到 PINGREQ 心跳报文时，主动心跳超时断开客户端 TCP 连接。
提示
emqttd 消息服务器默认按最长 2.5 心跳周期超时设计。
# MQTT 遗愿消息(Last Will)
MQTT 客户端向服务器端 CONNECT 请求时，可以设置是否发送遗愿消息(Will Message)标志，和遗愿消息主题(Topic)与内容(Payload)。
MQTT 客户端异常下线时(客户端断开前未向服务器发送 DISCONNECT 消息)，MQTT 消息服务器会发布遗愿消息。
# MQTT 保留消息(Retained Message)
MQTT 客户端向服务器发布(PUBLISH)消息时，可以设置保留消息(Retained Message)标志。保留消息(Retained Message)会驻留在消息服务器，后来的订阅者订阅主题时仍可以接收该消息。
例如 mosquitto 命令行发布一条保留消息到主题'a/b/c':
mosquitto_pub -r -q 1 -t a/b/c -m 'hello'
之后连接上来的 MQTT 客户端订阅主题'a/b/c'时候，仍可收到该消息:
$ mosquitto_sub -t a/b/c -q 1
hello
保留消息(Retained Message)有两种清除方式:
- 客户端向有保留消息的主题发布一个空消息: mosquitto_pub -r -q 1 -t a/b/c -m ''
- 消息服务器设置保留消息的超期时间。
# MQTT WebSocket 连接
MQTT 协议除支持 TCP 传输层外，还支持 WebSocket 作为传输层。通过 WebSocket 浏览器可以直连 MQTT 消息服务器，发布订阅模式与其他 MQTT 客户端通信。
MQTT 协议的 WebSocket 连接，必须采用 binary 模式，并携带子协议 Header:
Sec-WebSocket-Protocol: mqttv3.1 或 mqttv3.1.1
# MQTT 协议客户端库
# emqtt 客户端库
emqtt 项目组: https://github.com/emqtt (opens new window)
| emqttc (opens new window) | Erlang MQTT 客户端库 |
|---|---|
| CocoaMQTT (opens new window) | Swift 语言 MQTT 客户端库 |
| QMQTT (opens new window) | QT 框架 MQTT 客户端库 |
# Eclipse Paho 客户端库
Paho 官网: http://www.eclipse.org/paho/ (opens new window)
# mqtt.org 官网客户端库
mqtt.org: https://github.com/mqtt/mqtt.github.io/wiki/libraries (opens new window)
# MQTT 与 XMPP 协议对比
MQTT 协议设计简单轻量、路由灵活，将在移动互联网物联网消息领域，全面取代 PC 时代的 XMPP 协议:
- MQTT 协议一个字节固定报头，两个字节心跳报文，报文体积小编解码容易。XMPP 协议基于繁重的 XML，报文体积大且交互繁琐。
- MQTT 协议基于主题(Topic)发布订阅模式消息路由，相比 XMPP 基于 JID 的点对点消息路由更为灵活。
- MQTT 协议未定义报文内容格式，可以承载 JSON、二进制等不同类型报文。XMPP 协议采用 XML 承载报文，二进制必须 Base64 编码等处理。
- MQTT 协议支持消息收发确认和 QoS 保证，XMPP 主协议并未定义类似机制。MQTT 协议有更好的消息可靠性保证。
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