什么是mqtt協(xié)議？MQTT支持幾種應用模式？

最近項目中用到了MQTT，感覺挺優(yōu)秀的一種協(xié)議，所以這里分享一些相關的知識。

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什么是MQTT

MQTT是一種輕量級的消息傳輸協(xié)議，用于物聯(lián)網(wǎng)設備和應用程序之間的通信。其最初由IBM開發(fā)，現(xiàn)在已成為開放的OASIS標準。

該協(xié)議基于發(fā)布/訂閱模式（Publish/Subscribe Pattern），支持多種質量等級（Quality of Service，QoS），可以實現(xiàn)可靠的消息傳輸和傳輸后的可靠存儲。

其主要特點如下：

1. 輕量級和低帶寬：采用二進制編碼和可變長度編碼，使得消息頭的大小盡可能小，能夠在低帶寬環(huán)境下進行高效的數(shù)據(jù)傳輸。

2. 靈活和可擴展：支持多種消息發(fā)布/訂閱模式，能夠靈活地適應不同的應用場景。同時，MQTT協(xié)議還支持多種質量等級，使得消息傳輸?shù)目煽啃院托誓軌蚋鶕?jù)應用的需求進行調整。

3. 可靠性和安全性：支持消息的持久化和存儲，能夠保證消息的可靠傳輸和傳輸后的可靠存儲。同時，還支持加密和認證等安全機制，能夠保證消息的安全傳輸和處理。

4. 易于使用和實現(xiàn)：議規(guī)范簡單明了，易于理解和實現(xiàn)。還提供了多種客戶端庫和開發(fā)工具，方便快速地使用和集成該協(xié)議。

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MQTT開源庫

1、paho-mqtt-c的開源的MQTT協(xié)議棧庫，Paho MQTT 是 Eclipse 實現(xiàn)的基于 MQTT 協(xié)議的客戶端。

2、uMQTT，uMQTT 軟件包是 RT-Thread 自主研發(fā)的，基于 MQTT 3.1.1 協(xié)議的客戶端實現(xiàn)。

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MQTT協(xié)議的設計

MQTT的核心設計模式是發(fā)布/訂閱模式（Publish/Subscribe Pattern），它是一種消息傳遞模式，用于解耦消息的發(fā)送者和接收者之間的關系。

在MQTT中，發(fā)布/訂閱模式的實現(xiàn)包括以下幾個核心概念：

1. 主題（Topic）：主題是MQTT中消息的標識符，用于指定消息的內容和接收者。主題由一個或多個主題等級（Topic Level）組成，主題等級之間用斜杠（/）分隔。

例如，topic/a/b/c就是一個由三個主題等級組成的主題。

2. 客戶端（Client）：MQTT中的客戶端是指連接到MQTT代理服務器的設備或應用程序，它可以是發(fā)布者（Publisher）或訂閱者（Subscriber）。

3. 代理服務器（Broker）：MQTT中的代理服務器是指負責接收、路由和轉發(fā)消息的中間件。代理服務器會維護一個或多個主題，客戶端可以向代理服務器發(fā)布消息或訂閱主題。

4. 發(fā)布者（Publisher）：MQTT中的發(fā)布者是指發(fā)布消息的客戶端。發(fā)布者將消息發(fā)送到代理服務器，代理服務器會根據(jù)消息的主題將其路由到訂閱了相應主題的訂閱者。

5. 訂閱者（Subscriber）：MQTT中的訂閱者是指訂閱主題的客戶端。訂閱者向代理服務器訂閱特定的主題，代理服務器會將訂閱者訂閱的主題和相關信息保存在訂閱列表中。當有新消息發(fā)布到訂閱者訂閱的主題時，代理服務器會將消息發(fā)送給訂閱者。

在MQTT的發(fā)布/訂閱模式中，發(fā)布者和訂閱者之間是解耦的，它們不需要知道對方的存在和身份，只需要知道相應的主題即可。

這種設計模式使得MQTT具有高度的靈活性和擴展性，能夠適應不同的應用場景和需求。同時，MQTT還支持多種質量等級，可以根據(jù)應用的需求選擇不同的質量等級，以實現(xiàn)消息傳輸?shù)目煽啃院托省?/p>

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幾種應用模式

MQTT支持多種消息發(fā)布/訂閱模式，常見的應用模式如下：

1. 點對點模式（Point-to-Point）：在點對點模式下，MQTT客戶端直接連接到MQTT代理服務器，通過MQTT協(xié)議進行消息的傳輸。

這種模式適用于直接連接的物聯(lián)網(wǎng)設備和應用程序之間的通信，如傳感器和控制器之間的通信。

2. 發(fā)布/訂閱模式（Publish/Subscribe）：在發(fā)布/訂閱模式下，MQTT客戶端通過訂閱主題（Topic）來接收感興趣的消息，通過發(fā)布主題來發(fā)送消息。

這種模式適用于需要解耦消息發(fā)送者和接收者之間的關系的應用場景，如物聯(lián)網(wǎng)中的實時數(shù)據(jù)傳輸、遠程控制和狀態(tài)監(jiān)測等。

3. 請求/響應模式（Request/Response）：在請求/響應模式下，MQTT客戶端通過請求主題（Request Topic）向MQTT代理服務器發(fā)送請求消息，MQTT代理服務器將請求消息路由到相應的處理程序，并返回響應消息。

這種模式適用于需要請求和響應交互的應用場景，如物聯(lián)網(wǎng)中的遠程管理和控制等。

4. 點對多模式（Point-to-Multipoint）：在點對多模式下，一個MQTT客戶端可以同時連接到多個MQTT代理服務器，通過MQTT協(xié)議進行消息的傳輸。

這種模式適用于需要同時連接多個MQTT代理服務器的應用場景，如物聯(lián)網(wǎng)中的分布式處理和數(shù)據(jù)存儲等。

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簡單應用

下面以一個物聯(lián)網(wǎng)溫度監(jiān)測系統(tǒng)為例，來說明MQTT的發(fā)布/訂閱模式：

假設物聯(lián)網(wǎng)溫度監(jiān)測系統(tǒng)包括多個溫度傳感器和一個溫度數(shù)據(jù)中心，其中每個溫度傳感器都能夠實時采集溫度數(shù)據(jù)并將其發(fā)布到指定的主題上，溫度數(shù)據(jù)中心則訂閱了多個主題，能夠實時接收并處理溫度數(shù)據(jù)。

這個過程可以通過以下步驟來實現(xiàn)：

1. 溫度傳感器連接到MQTT代理服務器，并發(fā)布溫度數(shù)據(jù)到指定的主題上，例如topic/temperature。

2. 溫度數(shù)據(jù)中心連接到MQTT代理服務器，并訂閱溫度數(shù)據(jù)的主題，例如topic/temperature。

3. 當溫度傳感器發(fā)布新的溫度數(shù)據(jù)到主題topic/temperature時，MQTT代理服務器將會將這條消息路由到訂閱了該主題的溫度數(shù)據(jù)中心上。

4. 溫度數(shù)據(jù)中心收到新的溫度數(shù)據(jù)后，可以對數(shù)據(jù)進行處理和存儲，例如計算平均溫度、生成報表等等。

通過這種方式，MQTT的發(fā)布/訂閱模式實現(xiàn)了溫度傳感器和溫度數(shù)據(jù)中心之間的解耦，不需要知道對方的存在和身份，只需要知道相應的主題即可實現(xiàn)實時的數(shù)據(jù)傳輸和處理。

審核編輯：劉清