MQTT簡介

MQTT 全稱為 Message Queuing Telemetry Transport（消息隊列遙測傳輸）是一種基于發布/訂閱范式的“輕量級”消息協議。該協議構建于TCP/IP協議上。

MQTT協議是輕量、簡單、開放和易于實現的，這些特點使它適用范圍非常廣泛。在很多情況下，包括受限的環境中，如：機器與機器（M2M）通信和物聯網（IoT）。

其在，通過衛星鏈路通信傳感器、偶爾撥號的醫療設備、智能家居、及一些小型化設備中已廣泛使用。

MQTT特點

1、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。該協議需要客戶端和服務端，而協議中主要有三種身份：發布者（Publisher）、代理（Broker，服務器）、訂閱者（Subscriber）。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，而消息發布者可以同時是訂閱者，實現了生產者與消費者的脫耦；

2、對負載內容屏蔽的消息傳輸；

3、使用 TCP/IP 提供網絡連接；

4、有三種消息發布服務質量：

“至多一次”，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。 “至少一次”，確保消息到達，但消息重復可能會發生。 “只有一次”，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。

5、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；

6、使用 Last Will 和 Testament 特性通知有關各方客戶端異常中斷的機制。

原理

MQTT協議有三種身份：發布者、代理、訂閱者，發布者和訂閱者都為客戶端，代理為服務器，同時消息的發布者也可以是訂閱者（為了節約內存和流量發布者和訂閱者一般都會定義在一起）。

MQTT傳輸的消息分為主題（Topic，可理解為消息的類型，訂閱者訂閱后，就會收到該主題的消息內容（payload））和負載（payload，可以理解為消息的內容）兩部分。

1.MQTT協議實現方式

實現MQTT協議需要客戶端和服務器端通訊完成，在通訊過程中，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：

（1）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）；

（2）payload，可以理解為消息的內容，是指訂閱者具體要使用的內容。

2.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。

3.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：

（1）發布其他客戶端可能會訂閱的信息；

（2）訂閱其它客戶端發布的消息；

（3）退訂或刪除應用程序的消息；

（4）斷開與服務器連接。

4.MQTT服務端

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：

（1）接受來自客戶的網絡連接；

（2）接受客戶發布的應用信息；

（3）處理來自客戶端的訂閱和退訂請求；

（4）向訂閱的客戶轉發應用程序消息。

5.MQTT協議中的訂閱、主題、會話

一、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。

二、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。

三、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。

四、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。

五、負載（Payload）

消息訂閱者所具體接收的內容。

6.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。主要方法有：

（1）Connect。等待與服務器建立連接。

（2）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。

（3）Subscribe。等待完成訂閱。

（4）UnSubscribe。等待服務器取消客戶端的一個或多個topics訂閱。

（5）Publish。MQTT客戶端發送消息請求，發送完成后返回應用程序線程。

7.應用場景

因為它傳輸消息具有異步性（發布訂閱模式），同時該協議本身的輕量特定，因此可用于輕量級應用，

可作為物聯網的通信組件使用，例如樹莓派上完全可以搭建一個mqtt服務器，當未來智能家居全面普及的時候，

家居中的消息通訊都可用此實現，如智能冰箱溫度檢測，房間溫度檢測等信息都能通過mqtt去實現，遙感數據、

汽車檢測數據、智能家居、智慧城市、醫療醫護都具有應用場景。

客戶端

#!/usr/bin/env python # encoding: utf-8 ''' @version: v1.0 @author: W_H_J @license: Apache Licence @contact: 415900617@qq.com @software: PyCharm @file: clicentMqttTest.py @time: 2019/2/22 14:19 @describe: mqtt客戶端'''import jsonimport sysimport osimport paho.mqtt.client as mqttimport time sys.path.append(os.path.abspath(os.path.dirname(__file__) + ’/’ + ’..’))sys.path.append('..') TASK_TOPIC = ’test’ # 客戶端發布消息主題 client_id = time.strftime(’%Y%m%d%H%M%S’, time.localtime(time.time()))'''client_id是連接到代理。如果client_id的長度為零或為零，則行為為由使用的協議版本定義。如果使用MQTT v3.1.1，那么一個零長度的客戶機id將被發送到代理，代理將被發送為客戶端生成一個隨機變量。如果使用MQTT v3.1，那么id將是隨機生成的。在這兩種情況下，clean_session都必須為True。如果這在這種情況下不會產生ValueError。注意：一般情況下如果客戶端服務端啟用兩個監聽那么客戶端client_id 不能與服務器相同，如這里用時間'20190222142358'作為它的id，如果與服務器id相同，則無法接收到消息'''client = mqtt.Client(client_id, transport=’tcp’) client.connect('127.0.0.1', 1883, 60) # 此處端口默認為1883，通信端口期keepalive默認60client.loop_start() def clicent_main(message: str): ''' 客戶端發布消息 :param message: 消息主體 :return: ''' time_now = time.strftime(’%Y-%m-%d %H-%M-%S’, time.localtime(time.time())) payload = {'msg': '%s' % message, 'data': '%s' % time_now} # publish(主題：Topic; 消息內容) client.publish(TASK_TOPIC, json.dumps(payload, ensure_ascii=False)) print('Successful send message!') return Trueif __name__ == ’__main__’: msg = '我是一條測試數據！' clicent_main(msg)client

服務端

#!/usr/bin/env python # encoding: utf-8 ''' @version: v1.0 @author: W_H_J @license: Apache Licence @contact: 415900617@qq.com @software: PyCharm @file: serverMqttTest.py @time: 2019/2/22 14:35 @describe: mqtt 服務端'''import jsonimport sysimport osimport timeimport paho.mqtt.client as mqttsys.path.append(os.path.abspath(os.path.dirname(__file__) + ’/’ + ’..’))sys.path.append('..') REPORT_TOPIC = ’test’ # 主題 def on_connect(client, userdata, flags, rc): print(’connected to mqtt with resurt code ’, rc) client.subscribe(REPORT_TOPIC) # 訂閱主題 def on_message(client, userdata, msg): ''' 接收客戶端發送的消息 :param client: 連接信息 :param userdata: :param msg: 客戶端返回的消息 :return: ''' print('Start server!') payload = json.loads(msg.payload.decode(’utf-8’)) print(payload) def server_conenet(client): client.on_connect = on_connect # 啟用訂閱模式 client.on_message = on_message # 接收消息 client.connect('127.0.0.1', 1883, 60) # 鏈接 # client.loop_start() # 以start方式運行，需要啟動一個守護線程，讓服務端運行，否則會隨主線程死亡 client.loop_forever() # 以forever方式阻塞運行。 def server_stop(client): client.loop_stop() # 停止服務端 sys.exit(0) def server_main(): client_id = time.strftime(’%Y%m%d%H%M%S’, time.localtime(time.time())) client = mqtt.Client(client_id, transport=’tcp’) server_conenet(client) if __name__ == ’__main__’: # 啟動監聽 server_main()server

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