一、概念介绍

        MQTT的全称为Message Queue Telemetry Transport（消息队列遥测传输协议），由IBM公司制定。是一种轻量级的、基于“发布/订阅”模式的消息传输协议。

MQTT协议是基于TCP的一个应用层协议

MQTT协议具有以下特性：

• 基于 TCP 协议的应用层协议；
• 采用 C/S 架构；
• 使用订阅/发布模式，将消息的发送方和接受方解耦；
• 提供 3 种消息的 QoS（Quality of Service）: 至多一次(可能会丢包)，最少一次(保证包到达，可能会出现重包)，只有一次(保证包会到达目的地，且不会出现重包)；
• 收发消息都是异步的，发送方不需要等待接收方应答。

1.MQTT协议的通信模型

        MQTT的通信时通过发布/订阅的方式来实现，订阅和发布又是基于主题(Topic)的。发布方和订阅方通过这种方式来进行解耦，没有直接地连接，需要一个中间方。在MQTT里，中间方称之为Broker，用来进行消息的存储与转发。

1.发布方(Publisher)连接到Broker

2.订阅方(Subscriber)连接到Broker，并订阅主题Topic1

3.发布方(Publisher)发送给Broker一条消息，主题为Topic1

4.Broker收到了发布方的消息，发现订阅方(Subscriber)订阅了Topic1,然后将消息转发给订阅方(Subscriber)

5.订阅方(Subscriber)从Broker接受该数据。

        MQTT通过订阅与发布模型对消息的发布方和订阅方进行解耦后，发布方在发布消息时并不需要订阅方也连接到Broker，只要订阅方之前订阅过相应主题，那么它在连接到Broker之后就可以收到发布方在它离线期间发布的消息。我们可以称这种消息为离线消息。

2.模型角色

Publisher和Subscriber

Publisher和Subscriber是相对于Topic来说的。如果一个Client向某个Topic发布消息，那么这个Client就是Publisher。如果一个Client订阅了某个Topic，那么它就是Subscriber。换句话来说的话，一个Client即可以是发布者，也可以是订阅者。

Broker

        MQTT的Broker负责接受发布者的消息，并发送给相应的订阅者，是整个MQTT订阅发布的核心。一般情况下，Broker都是服务器。

Client和Server

        客户端可以是任何终端设备，而服务端大部分情况下都是Broker。

        根据上述描述，这里可以做个简单的总结。比如现在有两个具有联网功能的MCU，这俩就是客户端。然后在远程服务器上搭建一个MQTT服务器，那这个MQTT服务器就是Broker。现在MCU_A对Broker进行订阅Topic，化身为Subscriber。MCU_B连接MQTT服务器后，向Topic进行发布消息，化身为Publisher。这样MCU_A就会收到MCU_B发布过来的消息。这时候MCU_A关机了，MCU_B又发布了消息，此时MCU_A肯定是接收不到消息的，因为关机了。此时MCU_B赌气，也关机了。那整个网络中就只剩下Broker了。此时，MCU_A开机，因为之前订阅过了Topic，那Broker检测到MCU_A上线后，就会推送消息给A。这样即使MCU_B不在线，MCU_A也能收到B的离线消息。这个消息是缓存在Broker中。以上过程中，A是订阅者，B是发布者。那这时候如果B也订阅Topic呢？那B即是发布者，也是订阅者。

二、连接与断开

1.MQTT的连接过程

        Client建立到Broker的连接过程如下：

 1.Client发送connect数据包给Broker

2.Broker在收到connect数据包后，给Client返回一个connACK数据包。

        connect数据包包含：客户端标识符(Client identifier 唯一的)、用户名(Username)、密码(Password)、遗愿主题(will topic)当client非正常地中断连接时，Broker将会向制定的遗愿主题中发布遗愿消息、遗愿消息(will message)

        connACK数据包包含：连接返回码(Connect Return code)用于标识连接是否建立成功。0标识成功。

2.MQTT断开过程

1.Client主动关闭连接

        client主动关闭连接只需要向Broker发送一个Disconnect数据包就可以了。发送完后，就可以关闭底层的TCP连接了，不需要等待Broker的回复(Broker也不会对Disconnect数据包进行回复)。

        为什么Client关闭TCP连接之前，要发送一个和Broker没有交互的数据包，而不是关闭底层的TCP连接？因为涉及到MQTT协议的一个特性。在MQTT协议中，Broker需要判断Client是否是正常的断开连接。当Broker收到Client的Disconnect数据包的时候，Broker则认为Client是正常断开，那么会丢弃当前连接指定的遗愿消息。如果Broker检测到Client连接丢失，但是又没有收到Disconnect数据包，则认为Client是非常断开的，就会向在连接的时候指定的遗愿主题发布遗愿消息。

2.Broker主动关闭连接

        MQTT协议规定Broker在没有收到Client的DISCONNECT数据包之前都应该和Client保持连接。只有当Broker 在Keep Alive的时间间隔内，没有收到Client的任何MQTT数据包的时候会主动关闭连接。一些Broker的实现在MQTT协议上做了一些拓展，支持Client的连接管理，可以主动和某个Client断开连接。

        Broker主动关闭连接之前不会向Client发送任何MQTT数据包，而是直接关闭底层的TCP连接。

3.连接保活(Keep alive)

        Broker需要知道Client是否正常地断开了和它的连接，以发出遗愿消息。实际上Client也需要能够很快的检测它失去了和Broker的连接，以便重新连接。虽然TCP协议在丢失连接时会通知上层应用，但是TCP有一个半打开连接的问题(half-open connection)，在这种状态下，一端的TCP连接已经失效，但是另外一端并不知情，它认为连接依然是打开的，它需要很长时间才能感知到对端已经连接断开了，这种情况在使用移动或卫星网络的时候尤为常见。所以仅仅依赖TCP的连接状态是不够的，于是MQTT协议设计了一套Keep alive机制。

        在建立连接的时候，我们可以传递一个Keep alive参数，它的单位是秒。MQTT协议中规定：在1.5倍的Keep alive的时间间隔内，如果Broker没有收到来自Client的任何数据包，那么Broker认为它和Client之间的连接已经断开；同样如果Client没有收到来自Broker的任何数据包，那么Client认为它和Broker之间的连接已经断开。在Broker和Client之间没有任何数据包传输的时候，MQTT中通过PINGREQ/PINGRESP来满足Keep alive的约定和侦测连接状态。

        PINGREQ数据包：当Client在一个Keep alive时间间隔内没有想Broker发送任何数据包，比如Publish和Subscribe的时候，它应该向Broker发送PINGREQ数据包。

        PINGRESP：收到PINGREQ数据包后，会回复一个PINGRESP数据包。

对于Keep alive机制，还需要注意以下几点：

• 如果在一个Keep Alive时间间隔内，Client和Broker有过数据包传输，比如PUBLISH数据包，Client就没有必要再使用PINGREQ了；
• Keep Alive值是由Client指定，不同的Client可以指定不同的值；
• Keep Alive的最大值为18小时12分15秒即65535秒；
• Keep Alive的值设为0的话，代表不使用Keep Alive机制

三、订阅和发布

1.订阅

1.Client向Broker发送一个Subscriber数据包，该数据包中含有Client想要订阅的主题和其他一些参数。

2.Broker收到Subscribe数据包后，向Client发送一个SubACK数据包作为应答。

Subscribe数据包包含：数据包标识(Packet identifier)两个字节(唯一)、订阅列表(List of Subscriptions)包含Client想要订阅的主题列表，列表中的每项由订阅主题名和对应的QoS组成。

SubACK数据包包含：数据包标识(Packet identifier)两个字节(唯一)、返回码(return codes)包含一组返回码，返回码的数量和顺序和Subscribe数据包的订阅列表对应，用于标识订阅类别中的每一个订阅项的订阅结果。

2.取消订阅

1.Subscriber向Broker发送一个Unsubscribe数据包，该数据包包含想要取消订阅的主题。

2.Broker收到Unsubscribe数据包之后，向Subscirber发送一个UnsubACK数据包作为应答。

Unsubscribe数据包包含：数据包标识(Packet identifier)两个字节(唯一)、主题列表(List of Topics)包含Client想要取消订阅的主题过滤器列表。

UnsubACK数据包包含：数据包标识(Packet identifier)两个字节(唯一)、

3.发布

        MQTT发布中最重要的是Publish数据包，Publish数据包是用于发送方和接收方之间传输消息的。当Publisher要向某个Topic发布一条消息时，Publisher会向Broker发送一个Publish数据包。当Broker要将一条消息转发给订阅了某条主题的Subscriber时，Broker也会向该Subscriber发送一个Publish数据包。接收方会根据数据包中的QoS决定应答，当QoS（Quality of Service）为0时，接收方不做任何应答。

        Publish数据包包含：消息重复标识(DUP flag)：当DUP flag=1时，代表该消息是一条重发消息，因接收方没有确认收到之前的消息而重发的(只有在QoS大于0的消息中使用)、QoS、Retain标识：当被设置为1时，Broker应该保存该条消息，当之后有任何新的Subscriber订阅Publish消息中指定的主题时，都会先收到该条消息，这种消息也叫Retained消息、数据包标识(Packet identifier)两个字节(唯一)、主题名称(Topic Name)：该消息发布到哪个主题。

文章参考链接：

MQTT系列 | MQTT的基础概念 - 知乎

MQTT系列 | MQTT的连接和断开 - 知乎

最后

以上就是飘逸柜子为你收集整理的MQTT学习总结三、订阅和发布的全部内容，希望文章能够帮你解决MQTT学习总结三、订阅和发布所遇到的程序开发问题。

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