文章目录
- 1.介绍
- 2.发布和订阅
- 3.MQTT 数据包结构
- 4.Demo
- 5.EMQX
1.介绍
什么是MQTT协议
MQTT（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。
MQTT最大优点在于，用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。
作为一种低开销、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。
特点
MQTT是一个基于客户端-服务器的消息发布/订阅传输协议。
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。在很多情况下，包括受限的环境中，如：机器与机器（M2M）通信和物联网（IoT）。
MQTT 与 HTTP 一样，MQTT 运行在传输控制协议/互联网协议 (TCP/IP) 堆栈之上。
2.发布和订阅
MQTT使用的发布/订阅消息模式，它提供了一对多的消息分发机制，从而实现与应用程序的解耦。
这是一种消息传递模式，消息不是直接从发送器发送到接收器（即点对点），而是由MQTT server（或称为 MQTT Broker）分发的。
MQTT 服务器是发布-订阅架构的核心。
它可以非常简单地在Raspberry Pi或NAS等单板计算机上实现，当然也可以在大型机或 Internet 服务器上实现。
服务器分发消息，因此必须是发布者，但绝不是订阅者！
客户端可以发布消息（发送方）、订阅消息（接收方）或两者兼而有之。
客户端（也称为节点）是一种智能设备，如微控制器或具有 TCP/IP 堆栈和实现 MQTT 协议的软件的计算机。
消息在允许过滤的主题下发布。主题是分层划分的 UTF-8 字符串。不同的主题级别用斜杠/作为分隔符号。
EG:
QoS（Quality of Service levels）
服务质量是 MQTT 的一个重要特性。当我们使用 TCP/IP 时，连接已经在一定程度上受到保护。但是在无线网络中，中断和干扰很频繁，MQTT 在这里帮助避免信息丢失及其服务质量水平。这些级别在发布时使用。如果客户端发布到 MQTT 服务器，则客户端将是发送者，MQTT 服务器将是接收者。当MQTT服务器向客户端发布消息时，服务器是发送者，客户端是接收者。
- QoS 0 : 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。即：<=1
- QoS 1 : 承诺消息将至少传送一次给订阅者。
- QoS 2 : 我们保证消息仅传送到目的地一次。为此，带有唯一消息 ID 的消息会存储两次，首先来自发送者，然后是接收者。QoS 级别 2 在网络中具有最高的开销，因为在发送方和接收方之间需要两个流。
3.MQTT 数据包结构
-
固定头（Fixed header），存在于所有MQTT数据包中，表示数据包类型及数据包的分组类标识；
-
可变头（Variable header），存在于部分MQTT数据包中，数据包类型决定了可变头是否存在及其具体内容；
-
消息体（Payload），存在于部分MQTT数据包中，表示客户端收到的具体内容；
整体MQTT的消息格式如下图所示:
MQTT固定头
固定头存在于所有MQTT数据包中，其结构如下：
固定头的消息格式
- 消息类型 / message type
位置： byte 1, bits 7-4
4位的无符号值，类型如下：
- 标识位 / DUP/RET
位置： byte 1, bits 3-0。
在不使用标识位的消息类型中，标识位被作为保留位。如果收到无效的标志时，接收端必须关闭网络连接：
DUP：发布消息的副本。用来在保证消息的可靠传输，如果设置为 1，则在下面的变长中增加MessageId，并且需要回复确认，以保证消息传输完成，但不能用于检测消息重复发送。
QoS发布消息的服务质量，即：保证消息传递的次数
RETAIN：发布保留标识，表示服务器要保留这次推送的信息，如果有新的订阅者出现，就把这消息推送给它，如果设有那么推送至当前订阅者后释放。
- 剩余长度
位置：byte 1
固定头的第二字节用来保存变长头部和消息体的总大小的，但不是直接保存的。这一字节是可以扩展，其保存机制，前7位用于保存长度，后一部用做标识。当最后一位为 1时，表示长度不足，需要使用二个字节继续保存。例如：计算出后面的大小为0
MQTT可变头 / Variable header
MQTT数据包中包含一个可变头，它驻位于固定的头和负载之间。可变头的内容因数据包类型而不同，较常的应用是做为包的标识：
很多类型数据包中都包括一个2字节的数据包标识字段，这些类型的包有：
PUBLISH (QoS > 0)、PUBACK、PUBREC、PUBREL、PUBCOMP、
SUBSCRIBE、SUBACK、UNSUBSCRIBE、UNSUBACK
Payload消息体
Payload消息体是MQTT数据包的第三部分，CONNECT、SUBSCRIBE、SUBACK、UNSUBSCRIBE四种类型的消息 有消息体：
-
CONNECT，消息体内容主要是：客户端的ClientID、订阅的Topic、Message以及用户名和密码
-
SUBSCRIBE，消息体内容是一系列的要订阅的主题以及QoS。
-
SUBACK，消息体内容是服务器对于SUBSCRIBE所申请的主题及QoS进行确认和回复。
-
UNSUBSCRIBE，消息体内容是要订阅的主题。
4.Demo
- DEMO1
public static void main(String[] args) {
String broker = "tcp://172.168.1.122:2314";
String clientId = "JavaSample";
//Use the memory persistence
MemoryPersistence persistence = new MemoryPersistence();
try {
MqttClient sampleClient = new MqttClient(broker, clientId, persistence);
MqttConnectOptions connOpts = new MqttConnectOptions();
connOpts.setCleanSession(true);
System.out.println("broker:" + broker);
sampleClient.connect(connOpts);
System.out.println("Connected");
String topic = "demo/topics";
System.out.println("Subscribe to topic:" + topic);
sampleClient.subscribe(topic);//订阅主题
sampleClient.setCallback(new MqttCallback() {
public void messageArrived(String topic, MqttMessage message) throws Exception {
String theMsg = MessageFormat.format("{0} is arrived for topic {1}.", new String(message.getPayload()), topic);
System.out.println(theMsg);
}
public void deliveryComplete(IMqttDeliveryToken token) {
}
public void connectionLost(Throwable throwable) {
}
});
String content = "Message from MqttPublishSample";
int qos = 2;
System.out.println("Publishing message:" + content);
MqttMessage message = new MqttMessage(content.getBytes());
message.setQos(qos);
sampleClient.publish(topic, message);//发布消息
System.out.println("Message published");
} catch (MqttException me) {
System.out.println("reason" + me.getReasonCode());
System.out.println("msg" + me.getMessage());
System.out.println("loc" + me.getLocalizedMessage());
System.out.println("cause" + me.getCause());
System.out.println("excep" + me);
me.printStackTrace();
}
}
5.EMQX
- 本地搭建EMQX服务
1、下载emqx压缩文件：wget https://www.emqx.com/zh/downloads/broker/5.0.3/emqx-5.0.3-el7-amd64.tar.gz
2、解压文件：mkdir -p emqx && tar -zxvf emqx-5.0.3-el7-amd64.tar.gz -C emqx
3、启动服务：./emqx/bin/emqx start
- 整合使用
配置
<dependency>
<groupId>org.eclipse.paho</groupId>
<artifactId>org.eclipse.paho.client.mqttv3</artifactId>
<version>1.2.2</version>
</dependency>
<!-- MQTT -->
<dependency>
<groupId>org.springframework.integration</groupId>
<artifactId>spring-integration-mqtt</artifactId>
</dependency>
# Mqtt配置
mqtt:
#我是在本地搭建了emqx服务，192.168.2.31就是我本地emqx服务的地址。也可用公共测试不需要搭建emqx服务，将ip改为broker.emqx.io即可。
serverURIs: tcp://192.168.111.5:1883
username: #可不填写
password: #可不填写
qos: 2 #等级 有 0 1 2 三种
clientId: mqttxxx
topic: testTopic #订阅的主题，多个时可以使用逗号分开 如：topic1，topic2，topic
enabled: true #是否打开mqtt服务
keepalive: 100 #心跳时间 不需要动
timeout: 100 # 超时时间秒 不需要动
@Configuration
public class MqttConfig {
@Autowired
private MqttPushClient mqttPushClient;
@Value("${mqtt.username:{null}}")
private String username;
@Value("${mqtt.password:{null}}")
private String password;
@Value("${mqtt.serverURIs:{null}}")
private String hostUrl;
@Value("${mqtt.clientId:{null}}")
private String clientId;
@Value("${mqtt.topic:{null}}")
private String defaultTopic;
@Value("${mqtt.qos:{null}}")
private int qos;
@Value("${mqtt.enabled:{null}}")
private boolean enabled;
@Value("${mqtt.keepalive:{null}}")
private int keepalive;
@Value("${mqtt.timeout:{null}}")
private int timeout;
//订阅主体
@Bean
public MqttPushClient getMqttPushClient() {
if(enabled == true){
String mqtt_topic[] = defaultTopic.split(",");
mqttPushClient.connect(hostUrl, clientId, username, password, timeout, keepalive);//连接
for(int i=0; i<mqtt_topic.length; i++){
mqttPushClient.subscribe(mqtt_topic[i], 0);//订阅主题
}
}
return mqttPushClient;
}
//发送消息到对应主题
@Bean
public MqttPushClient pushMessage() {
mqttPushClient.publish(0,true,"wsy","呵呵哈哈哈 你好呀");
return mqttPushClient;
}
}
@Component
public class MqttPushClient {
private static final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(MqttPushClient.class);
@Autowired
private PushCallback pushCallback;
private static MqttClient client;
private static MqttClient getClient() {
return client;
}
private static void setClient(MqttClient client) {
MqttPushClient.client = client;
}
/**
* 客户端连接
*
* @param host ip+端口
* @param clientID 客户端Id
* @param username 用户名
* @param password 密码
* @param timeout 超时时间
* @param keepalive 保留数
*/
public void connect(String host, String clientID, String username, String password, int timeout, int keepalive) {
MqttClient client;
try {
client = new MqttClient(host, clientID, new MemoryPersistence());
MqttConnectOptions options = new MqttConnectOptions();
options.setCleanSession(true);
options.setUserName(username);
options.setPassword(password.toCharArray());
options.setConnectionTimeout(timeout);
options.setKeepAliveInterval(keepalive);
MqttPushClient.setClient(client);
try {
client.setCallback(pushCallback);
client.connect(options);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
/**
* 发布
*
* @param qos 连接方式
* @param retained 是否保留
* @param topic 主题
* @param pushMessage 消息体
*/
public boolean publish(int qos, boolean retained, String topic, String pushMessage) {
MqttMessage message = new MqttMessage();
message.setQos(qos);
message.setRetained(retained);
message.setPayload(pushMessage.getBytes());
MqttTopic mTopic = MqttPushClient.getClient().getTopic(topic);
if (null == mTopic) {
logger.error("topic not exist");
}
MqttDeliveryToken token;
try {
token = mTopic.publish(message);
token.waitForCompletion();
return true;
} catch (MqttPersistenceException e) {
e.printStackTrace();
return false;
} catch (MqttException e) {
e.printStackTrace();
return false;
}
}
/**
* 订阅某个主题
*
* @param topic 主题
* @param qos 连接方式
*/
public void subscribe(String topic, int qos) {
logger.info("开始订阅主题" + topic);
try {
MqttPushClient.getClient().subscribe(topic, qos);
} catch (MqttException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
@Component
public class PushCallback implements MqttCallback {
private static final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(MqttPushClient.class);
@Autowired
private MqttConfig mqttConfig;
private static MqttClient client;
private static String _topic;
private static String _qos;
private static String _msg;
@Override
public void connectionLost(Throwable throwable) {
// 连接丢失后，一般在这里面进行重连
logger.info("连接断开，可以做重连");
if (client == null || !client.isConnected()) {
mqttConfig.getMqttPushClient();
}
}
@Override
public void messageArrived(String topic, MqttMessage mqttMessage) throws Exception {
// subscribe后得到的消息会执行到这里面
logger.info("接收消息主题 : " + topic);
logger.info("接收消息Qos : " + mqttMessage.getQos());
logger.info("接收消息内容 : " + new String(mqttMessage.getPayload()));
_topic = topic;
_qos = mqttMessage.getQos()+"";
_msg = new String(mqttMessage.getPayload());
}
@Override
public void deliveryComplete(IMqttDeliveryToken iMqttDeliveryToken) {
logger.info("deliveryComplete---------" + iMqttDeliveryToken.isComplete());
}
//别的Controller层会调用这个方法来 获取 接收到的硬件数据
public String receive() {
JSONObject jsonObject = new JSONObject();
jsonObject.put("topic", _topic);
jsonObject.put("qos", _qos);
jsonObject.put("msg", _msg);
return jsonObject.toString();
}
}
注意：
clientId不能重复，若存在重复的 clientId 连接，会导致争抢而连接不上。（就是存在两个客户端 clientId 相同，两个在打架，一直争同一连接，导致一直重连，重复发布消息）
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参考资料
https://mcxiaoke.gitbooks.io/mqtt-cn/content/mqtt/01-Introduction.html
