nodejs搭建mqtt服务器
MQTT介绍
MQTT，是：
- 轻量级的消息订阅和发布（publish/subscribe）协议
- 建立在TCP/IP协议之上
IoT，internet of things，物联网，MQTT在这方面应用较多。
官方网站：http://mqtt.org/
MQTT协议是针对如下情况设计的：
- M2M（Machine to Machine） communication，机器端到端通信，比如传感器之间的数据通讯
- 因为是Machine to Machine，需要考虑：
- Machine，或者叫设备，比如温度传感器，硬件能力很弱，协议要考虑尽量小的资源消耗，比如计算能力和存储等
- M2M可能是无线连接，网络不稳定，带宽也比较小
MQTT协议的架构，用一个示例说明。比如有1个温度传感器（1个Machine），2个小的显示屏（2个Machine)，显示屏要显示温度传感器的温度值。
可通过MQTT V3.1 Protocol Specification查阅详细规范的细节。
显示器需要先通过MQTT协议subscribe（订阅）一个比如叫temperature的topic（主题）：
当温度传感器publish（发布）温度数据，显示器就可以收到了：
注：以上两张图，取自MQTT and CoAP, IoT Protocols
协议里还有2个主要的角色：
- client，客户端
- broker，服务器端
它们是通过TCP/IP协议连接的。
因为MQTT是协议，所以不能拿来直接用的，就好比HTTP协议一样。需要找实现这个协议的库或者服务器来运行。
这里是官方的Server support。
我服务器端使用nodejs开发，因此选择了：
- MQTT.js：MQTT协议的底层实现库，服务器端很简易，需要自己编写代码才可使用
- Mosca：在MQTT.js基础上完善的服务器端
MQTT.js最基本使用
安装是很简单的：
npm install mqtt
MQTT.js实现的服务器端
代码如下：
MQTT介绍MQTT，是：
IoT，internet of things，物联网，MQTT在这方面应用较多。 官方网站：http://mqtt.org/ MQTT协议是针对如下情况设计的：
MQTT协议的架构，用一个示例说明。比如有1个温度传感器（1个Machine），2个小的显示屏（2个Machine)，显示屏要显示温度传感器的温度值。 可通过MQTT V3.1 Protocol Specification查阅详细规范的细节。 显示器需要先通过MQTT协议subscribe（订阅）一个比如叫
当温度传感器publish（发布）温度数据，显示器就可以收到了：
注：以上两张图，取自MQTT and CoAP, IoT Protocols 协议里还有2个主要的角色：
它们是通过TCP/IP协议连接的。 因为MQTT是协议，所以不能拿来直接用的，就好比HTTP协议一样。需要找实现这个协议的库或者服务器来运行。 这里是官方的Server support。 我服务器端使用nodejs开发，因此选择了：
MQTT.js最基本使用安装是很简单的： MQTT.js实现的服务器端代码如下：
这是一个最基本的服务器端，消息的存储和查询都需要自己编程处理。 比如你如果需要用redis保存和触发数据，可参考这篇中文文章：node mqtt server (redis pub/sub)。 MQTT.js实现的客户端代码：
写的很简易，订阅了主题，然后向相同主题发布消息，接收到消息后client停止。 使用MoscaMQTT.js只是实现了最基础的MQTT协议部分，对于服务器端的处理需要自己完成。 有关MQTT.js是否实现了MQTT server，详细的说明，可参见MQTT Server: MQTT.js or Mosca? 正好，Mosca在MQTT基础上实现了这些，它可以：
安装很简单： 作为独立服务器运行运行： 然后，还可以用我上文的客户端代码运行测试。 集成在自己程序中使用我考虑的后端持久化，是用MongoDB。Mosca另外几个选项：
首先要安装mosca的库： 然后，在本机将mongodb运行起来，应该就可以执行下面的代码了：
直接运行作者文档中的代码会在多次运行客户端后出现错误，我是参考了他2天前加上的示例代码。 作者Matteo Collina生活在意大利的博洛尼亚，写代码很勤奋，这个项目更新很快，是不是说明这个方向（mqtt）很活跃呢？ 作者也写了个幻灯片，MQTT and Node.js MQTT高级问题keepalive和PING从这篇文章MQTT协议笔记之连接和心跳： 心跳时间(Keep Alive timer) 以秒为单位，定义服务器端从客户端接收消息的最大时间间隔。一般应用服务会在业务层次检测客户端网络是否连接，不是TCP/IP协议层面的心跳机制(比如开启SOCKET的SO_KEEPALIVE选项)。 一般来讲，在一个心跳间隔内，客户端发送一个PINGREQ消息到服务器，服务器返回PINGRESP消息，完成一次心跳交互，继而等待下一轮。若客户端没有收到心跳反馈，会关闭掉TCP/IP端口连接，离线。 16位两个字节，可看做一个无符号的short类型值。最大值，2^16-1 = 65535秒 = 18小时。最小值可以为0，表示客户端不断开。一般设为几分钟，比如微信心跳周期为300秒。 下面的代码中我设置的是10秒：
可以使用MQTT.js编写简单的服务器代码，观察到服务器端接收到PING请求，并发回PING响应：
完整代码上面已经贴过，另见Gist QoSQoS在MQTT中有（摘自MQ 遥测传输 (MQTT) V3.1 协议规范）：
MQTT.js只是支持了MQTT协议，并没有支持QoS，也就是说，只支持最低级别的“至多一次”（QoS0）。 Mosca支持QoS0和1，但不支持2，见Add support QOS 2 接收离线消息我在应用中的一个主要场景是，使用MQTT.js+Mosca做聊天服务器。 默认Mosca是不支持离线消息的，表现的现象是，如果是有人（client-a）先在主题上发布了消息：
那么另外一个人（client-b），随后订阅，仅能看到最后一条消息：
运行结果类似这样： subscribe ok. 离线消息，需要以下几点：
用代码说明以下，先运行这段代码：
然后执行刚才发布多条消息的代码。再执行下面的代码：
运行结果类似这样： 收到消息的顺序是乱的，为什么会这样，其实很好理解，为了小型受限设备以及网络不稳定的情况，消息是不好保证顺序的。 解决办法是发送的消息带时间戳，接收后再做排序。 另外，担心客户端没有做 SSL连接Mosca支持SSL连接，可根据Nodejs TLS创建公钥私钥。 然后类似这样启动：
这部分我没有测试，直接转自Mosca Encryption Support。 认证和授权在Mosca Authentication提供了个简易的命令行，可创建账号用于认证并授权。 但是它不适合我的需求场景，我需要自己编写认证和授权的逻辑。 虽然在作者官方网站上未找到，但在问题管理记录中提交了这方面的支持：Authentication & Authorization。 有下面两条支持，应该可以写出自己的回调，并集成到Mosca中：
不过这块没有写代码，只是大致能确定。 性能问题MQTT.js并不是完整解决方案，不需要考虑它的性能问题。 说一下Mosca，有一个这方面问题作者的答复，what about mosca’s performance，问问题的还是个中国人，我前面还引用了他的文章。作者基本意思是： |
这是一个最基本的服务器端，消息的存储和查询都需要自己编程处理。
比如你如果需要用redis保存和触发数据，可参考这篇中文文章：node mqtt server (redis pub/sub)。
MQTT.js实现的客户端
代码：
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 |
var mqtt = require('mqtt');
client = mqtt.createClient(1883, 'localhost');
client.subscribe('testMessage');
client.publish('testMessage', '发布测试信息');
client.on('message', function (topic, message) {
console.log(message);
client.end();
});
|
写的很简易，订阅了主题，然后向相同主题发布消息，接收到消息后client停止。
使用Mosca
MQTT.js只是实现了最基础的MQTT协议部分，对于服务器端的处理需要自己完成。
有关MQTT.js是否实现了MQTT server，详细的说明，可参见MQTT Server: MQTT.js or Mosca?
正好，Mosca在MQTT基础上实现了这些，它可以：
- 作为独立运行的MQTT服务器运行
- 集成到nodejs程序里使用
安装很简单：
npm install mosca bunyan -g
作为独立服务器运行
运行：
mosca -v | bunyan
然后，还可以用我上文的客户端代码运行测试。
集成在自己程序中使用
我考虑的后端持久化，是用MongoDB。Mosca另外几个选项：
- Redis，缺点是更注重作为缓存，而不适合可靠持久化
- LevelUp，头一次听说，不打算做技术准备了，是用nodejs的包装起来的LevelDB
- Memory，使用内存，估计默认的就是这个，不适合我使用的情况
首先要安装mosca的库：
npm install mosca
然后，在本机将mongodb运行起来，应该就可以执行下面的代码了：
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 |
var mosca = require('mosca')
var settings = {
port: 1883,
backend:{
type: 'mongo',
url: 'mongodb://localhost:27017/mqtt',
pubsubCollection: 'ascoltatori',
mongo: {}
},
persistence:{
factory: mosca.persistence.Mongo,
url: "mongodb://localhost:27017/mosca"
}
};
var server = new mosca.Server(settings);
server.on('ready', function(){
console.log('Mosca server is up and running');
});
server.on('published', function(packet, client) {
console.log('Published', packet.payload);
});
|
直接运行作者文档中的代码会在多次运行客户端后出现错误，我是参考了他2天前加上的示例代码。
作者Matteo Collina生活在意大利的博洛尼亚，写代码很勤奋，这个项目更新很快，是不是说明这个方向（mqtt）很活跃呢？
作者也写了个幻灯片，MQTT and Node.js
MQTT高级问题
keepalive和PING
从这篇文章MQTT协议笔记之连接和心跳：
心跳时间(Keep Alive timer)
以秒为单位，定义服务器端从客户端接收消息的最大时间间隔。一般应用服务会在业务层次检测客户端网络是否连接，不是TCP/IP协议层面的心跳机制(比如开启SOCKET的SO_KEEPALIVE选项)。 一般来讲，在一个心跳间隔内，客户端发送一个PINGREQ消息到服务器，服务器返回PINGRESP消息，完成一次心跳交互，继而等待下一轮。若客户端没有收到心跳反馈，会关闭掉TCP/IP端口连接，离线。 16位两个字节，可看做一个无符号的short类型值。最大值，2^16-1 = 65535秒 = 18小时。最小值可以为0，表示客户端不断开。一般设为几分钟，比如微信心跳周期为300秒。
下面的代码中我设置的是10秒：
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 |
var mqtt = require('mqtt');
var settings = {
keepalive: 10,
protocolId: 'MQIsdp',
protocolVersion: 3,
clientId: 'client-b',
clean: false
}
client = mqtt.createClient(1883, 'localhost',settings);
|
可以使用MQTT.js编写简单的服务器代码，观察到服务器端接收到PING请求，并发回PING响应：
1 2 3 4 |
client.on('pingreq', function(packet) {
client.pingresp();
console.log('pingreq & resp');
});
|
完整代码上面已经贴过，另见Gist
QoS
QoS在MQTT中有（摘自MQ 遥测传输 (MQTT) V3.1 协议规范）：
- “至多一次”，消息发布完全依赖底层 TCP/IP 网络。会发生消息丢失或重复。这一级别可用于如下情况，环境传感器数据，丢失一次读记录无所谓，因为不久后还会有第二次发送。
- “至少一次”，确保消息到达，但消息重复可能会发生。
- “只有一次”，确保消息到达一次。这一级别可用于如下情况，在计费系统中，消息重复或丢失会导致不正确的结果。
MQTT.js只是支持了MQTT协议，并没有支持QoS，也就是说，只支持最低级别的“至多一次”（QoS0）。
Mosca支持QoS0和1，但不支持2，见Add support QOS 2
接收离线消息
我在应用中的一个主要场景是，使用MQTT.js+Mosca做聊天服务器。
默认Mosca是不支持离线消息的，表现的现象是，如果是有人（client-a）先在主题上发布了消息：
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 |
var mqtt = require('mqtt');
var settings = {
keepalive: 10,
protocolId: 'MQIsdp',
protocolVersion: 3,
clientId: 'client-a'
}
client = mqtt.createClient(1883, 'localhost',settings);
client.publish('testMessage', '发布new测试信息0',{qos:1,retain: true});
client.publish('testMessage', '发布new测试信息1',{qos:1,retain: true});
client.publish('testMessage', '发布new测试信息2',{qos:1,retain: true});
client.publish('testMessage', '发布new测试信息3',{qos:1,retain: true});
setTimeout(function(){
client.end();
},1000);
|
那么另外一个人（client-b），随后订阅，仅能看到最后一条消息：
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 |
var mqtt = require('mqtt');
var settings = {
keepalive: 10,
protocolId: 'MQIsdp',
protocolVersion: 3,
clientId: 'client-b'
}
client = mqtt.createClient(1883, 'localhost',settings);
client.subscribe('testMessage',{qos:1},function(){
console.log('subscribe ok.');
});
client.on("message", function(topic, payload) {
console.log('message: '+payload);
});
|
运行结果类似这样：
subscribe ok.
message: 发布new测试信息3
离线消息，需要以下几点：
- 客户端订阅设置QoS=1
- 客户端连接属性
clean: false，作用是断开连接重连的时候服务器端帮助恢复session，不需要再次订阅
用代码说明以下，先运行这段代码：
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 |
var mqtt = require('mqtt');
var settings = {
keepalive: 10,
protocolId: 'MQIsdp',
protocolVersion: 3,
clientId: 'client-b',
clean: false
}
client = mqtt.createClient(1883, 'localhost',settings);
client.subscribe('testMessage',{qos:1},function(){
console.log('subscribe ok.');
client.end();
});
|
然后执行刚才发布多条消息的代码。再执行下面的代码：
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 |
var mqtt = require('mqtt');
var settings = {
keepalive: 10,
protocolId: 'MQIsdp',
protocolVersion: 3,
clientId: 'client-b',
clean: false
}
client = mqtt.createClient(1883, 'localhost',settings);
client.on("message", function(topic, payload) {
console.log('message: '+payload);
});
|
运行结果类似这样：
message: 发布new测试信息1
message: 发布new测试信息3
message: 发布new测试信息2
message: 发布new测试信息0
收到消息的顺序是乱的，为什么会这样，其实很好理解，为了小型受限设备以及网络不稳定的情况，消息是不好保证顺序的。
解决办法是发送的消息带时间戳，接收后再做排序。
另外，担心客户端没有做client.end()而非正常退出，那么再次连接是否能恢复session，测试了一下，注释client.end()，没有问题，正常收到多条离线消息。
SSL连接
Mosca支持SSL连接，可根据Nodejs TLS创建公钥私钥。
然后类似这样启动：
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var mosca = require('mosca')
var SECURE_KEY = __dirname + '/../../test/secure/tls-key.pem';
var SECURE_CERT = __dirname + '/../../test/secure/tls-cert.pem';
var settings = {
port: 8443,
logger: {
name: "secureExample",
level: 40,
},
secure : {
keyPath: SECURE_KEY,
certPath: SECURE_CERT,
}
};
var server = new mosca.Server(settings);
server.on('ready', setup);
// fired when the mqtt server is ready
function setup() {
console.log('Mosca server is up and running')
}
|
这部分我没有测试，直接转自Mosca Encryption Support。
认证和授权
在Mosca Authentication提供了个简易的命令行，可创建账号用于认证并授权。
但是它不适合我的需求场景，我需要自己编写认证和授权的逻辑。
虽然在作者官方网站上未找到，但在问题管理记录中提交了这方面的支持：Authentication & Authorization。
有下面两条支持，应该可以写出自己的回调，并集成到Mosca中：
- add a callback to authorize a publish.
- add a callback to authorize a subscribe.
不过这块没有写代码，只是大致能确定。
性能问题
MQTT.js并不是完整解决方案，不需要考虑它的性能问题。
说一下Mosca，有一个这方面问题作者的答复，what about mosca’s performance，问问题的还是个中国人，我前面还引用了他的文章。作者基本意思是：
It basically depends on the RAM. On an AWS large instance it can reach
10k concurrent connections, with roughly 10k messages/second.