MQTT之QOS机制分析

MQTT之QOS机制分析

QOS：quality of service，即 “质量服务”。

质量服务

质量：通讯质量，即 “消息的可靠性”。
服务：保证消息可靠的机制。

小编的测试、分析环境

MQTT服务端使用的EMQ，服务器系统Centos7.5。

阅读前提

1、 首先必须要了解MQTT是做什么用的。
2、 其次最起码要搭建过一个MQTT的服务端起来，下载一个客户端，发布/订阅玩一下。

小编推荐体验MQTT的环境：MQTT服务端推荐EMQ，MQTT客户端推荐paho。
好吧，没链接推荐个毛，对吧…
EMQ: http://www.emqtt.com/
paho: https://www.eclipse.org/paho/components/tool/

QOS等级

QOS0:：至少0次，大白话就是只管发，不管收。
QOS1:：至少1次。
QOS2： 刚好1次（这个是很多书、资料上的说法，其实这里更准确的说法应当是 “保证相同的消息只接收一条”）。

以上的次数指的均是 “接收方” 接收到数据的次数，即，Broker/Server、Subscriber。（除了Publisher不需要接收，服务端和订阅端均需要接收的嘛)

多提一嘴（可跳过），显然，从上面的QOS等级可以看出来：
1、QOS0不可靠，因此适合大量数据的传输，因为很大量的数据，完全避免不丢包是很难的，网络环境、现实环境什么的。想要保证的话，大量的数据，一般是要做断点续传。而且小编的经验，像类似 “轮询” 这样不断地得到一些检测数据，这种数据，中间丢几包是基本不会影响业务的。
2、QOS1可靠，一般的场景够用，因为总能接到数据嘛。缺点就是 “可能造成” 1条数据，接了多次。
3、QOS2严格可靠，保证相同的消息只接收一条，（请稍微构思一下内部的实现…虽然不复杂，但要一定的流程来保证的，对吧），在每一次通讯都这样执行的话，势必会造成性能的考验，因此小编对QOS2的意见是 “如非必要，慎用，特别是个人/小团队，没有那么多资金租用特别好的服务器”。

Publisher与Subscriber的QOS组合

QOS等级是可以设置在 发布端（Publisher） 和 订阅端（Subscriber） 的。
因此，不同的设置组合，会有不同的效果。

小编来列一下这个组合（发布端：P、订阅端：S）

P(QOS0)、S(QOS0)
P(QOS0)、S(QOS1)
P(QOS0)、S(QOS2)

P(QOS1)、S(QOS0)
P(QOS1)、S(QOS1)
P(QOS1)、S(QOS2)

P(QOS2)、S(QOS0)
P(QOS2)、S(QOS1)
P(QOS2)、S(QOS2)

虽然理论上有以上这些组合，但是EMQ的服务端认为订阅端的QOS等级要基于发布端的QOS等级，
大白话就是 if( S(QOS) > P(QOS) ) { S(QOS) = P(QOS) ;}，即：

P(QOS0)、S(QOS2) == P(QOS0)、S(QOS1) == P(QOS0)、S(QOS0)
P(QOS1)、S(QOS2) == P(QOS1)、S(QOS1)

实际上的组合是这样子的：

P(QOS0)、S(QOS0)
P(QOS1)、S(QOS0)
P(QOS1)、S(QOS1)
P(QOS2)、S(QOS0)
P(QOS2)、S(QOS1)
P(QOS2)、S(QOS2)

WireShark证实这一切

ip地址说明：
发布端（Publisher）：192.168.126.1
EMQ服务端（Broker/Server）：192.168.126.130
订阅端（Subscriber）：192.168.126.128

P(QOS0)、S(QOS0)：

P(QOS0)、S(QOS1)：

P(QOS0)、S(QOS2)：

以上三张图，证明P(QOS0)、S(QOS2) == P(QOS0)、S(QOS1) == P(QOS0)、S(QOS0)

P(QOS1)、S(QOS0) ：

P(QOS1)、S(QOS1) ：

P(QOS1)、S(QOS2) ：

以上三张图，证明P(QOS1)、S(QOS2) == P(QOS1)、P(QOS1)

P(QOS2)、S(QOS0)：

P(QOS2)、S(QOS1)：

P(QOS2)、S(QOS2)：

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总结

从以上的wireshark抓包截图，可以看出

QOS0： sender只向receiver发一次包，无论receiver能不能够收到。因此结论为receiver “至少0次或至多1次收到（相同内容/同一份）数据包” 。

QOS1：sender向receiver发包，如果receiver收到数据包，则回复sender，如果sender没有收到receiver的回复（就算已经成功发送了），则认为发生了丢包，会重发。因此结论为receiver “至少1次收到（相同内容/同一份）数据包” 。

QOS2：sender向receiver发一份（带有标识符）的数据包，如果receiver收到了数据包，则回复sender，如果sender没有收到receiver的回复（就算已经成功发送了），与QOS2不同的是，sender再次重发的数据包，会在receiver处先检查标识符，如果该数据包已缓存了，则丢弃sender重发的包，并重新回复sender，直到sender收到receiver的回复，sender再次发Publish Receive包到receiver，receiver收到之后回复Publish Complete包给sender，如此一套流程标志着此次通讯的完成。因此结论为receiver “刚好或只收到1次相同内容/同一份）数据包” 。

QOS1和QOS2的差异在于QOS2的数据包带有标识符，并且receiver需要收到sender再发的Publish Receive包，以确定消息收到的事实已被sender得知，最后以向sender回复Publish Complete来标志着此次通讯的完整、可靠。