MQTT知识要点

一.MQTT介绍

1.简介

MQTT（message queuing telemetry transport）是IBM开发的即时通讯协议，是一种发布/订阅极其轻量级的消息传输协议，专门为网络受限设备、低宽带以及高延迟和不可靠的网络而设计的。由于以上轻量级的特点，是实现智能家居的首选传输协议，相比于XMPP，更加轻量级而且占用宽带低。

 MQTT官网：http://mqtt.org/
 MQTT介绍：http://www.ibm.com
 MQTT Android github：https://github.com/eclipse/paho.mqtt.android
 MQTT API：http://www.eclipse.org/paho/files/javadoc/index.html
 MQTT Android API： http://www.eclipse.org/paho/files/android-javadoc/index.html

2.特点

a.由于采用发布/订阅的消息模式，可以提供一对多的消息发布
b.轻量级，网络开销小
c.对负载内容会有屏蔽的消息传输
d.有三种消息发布质量（Qos）：
qos=0：“至多一次”，这一级别会发生消息丢失或重复，消息发布依赖于TCP/IP网络
qos=1：“至少一次”，确保消息到达，但消息重复可能会发生
qos=2：“只有一次”，确保消息到达一次
e.通知机制，异常中断时会通知双方

3.原理

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MQTT协议有三种身份：发布者、代理、订阅者，发布者和订阅者都为客户端，代理为服务器，同时消息的发布者也可以是订阅者（为了节约内存和流量发布者和订阅者一般都会定义在一起）。
MQTT传输的消息分为主题（Topic，可理解为消息的类型，订阅者订阅后，就会收到该主题的消息内容（payload））和负载（payload，可以理解为消息的内容）两部分。

二.MQTT通用使用

添加依赖

repositories {
    maven {
        url "https://repo.eclipse.org/content/repositories/paho-releases/"
    }
}

dependencies {
    compile 'org.eclipse.paho:org.eclipse.paho.client.mqttv3:1.1.0'
    compile 'org.eclipse.paho:org.eclipse.paho.android.service:1.1.0'
}

添加限权

   
   
   

注册Service

       
       
       

 

QoS（Quality of Service）
指代消息传输的服务质量。它包括以下级别：

服务质量	具体含义
QoS0	代表最多分发一次
QoS1	代表至少达到一次
QoS2	代表仅分发一次

cleanSession
cleanSession 标志是 MQTT 协议中对一个客户端建立 TCP 连接后是否关心之前状态的定义。具体语义如下：

cleanSession	具体含义
true	非持久化连接，客户端再次上线时，将不再关心之前所有的订阅关系以及离线消息
false	持久化连接，客户端再次上线时，还需要处理之前的离线消息，而之前的订阅关系也会持续生效

QoS 和 cleanSession 的不同组合产生的结果如下表所示：

QoS 级别	cleanSession=true	cleanSession=false
QoS0	无离线消息，在线消息只尝试推一次	无离线消息，在线消息只尝试推一次
QoS1	无离线消息，在线消息保证可达	有离线消息，所有消息保证可达
QoS2	无离线消息，在线消息保证只推一次	有离线消息，所有消息保证只推一次

对于 QoS > 0的消息，如果是持久化连接，当客户端不在线时，发送消息会保存离线消息到broker，当客户端上线时，mqtt会从broker拉取消息推送给客户端。

 

Mqtt 客户端多主题订阅

mqtt 的主题一个层级的概念. 我们订阅多个主题就需要用到这个技术点
功能是在主题中引入层次。层次又分主题层级分隔符,多层通配符和单层通配符
需要注意的一点是: 这些层级不能用在发布消息的 Publish 接口中
层级分类
主题层级分隔符: /
多层通配符: #
单层通配符: +

主题层级分隔符
"/" 被用来分割主题树的每一层，并给主题空间提供分等级的结构。当两个通配符在一个主题中出现的时候，主题层次分隔符的使用是很重要的。
// 主题Topic1: 分了三层/test/child/aaa// 主题Topic2: 分了四层/test/child/aaa2/bbb2
多层通配符
多层通配符"#"是一个匹配主题中任意层次数的通配符。我们用案例说明
案例1
订阅主题: /test/child/#
我们将收到这些主题发送来的消息:
/test/child /test/child/aaa/test/child/ccc/test/child/aaa/bbb/test/child/aaa/bbb/ddd

多层通配符可以理解为大于等于0的层次。
多层通配符只可以确定当前层或者下一层

常见错误 和正确表示案例
#   // Success, 会接收到不以 / 开头的所有主题/#  // Success/test/#/child   // Error, #必须是最后一个字符/test/#           // Success/test/child#    //Error  无效的通配符/test/child/#   // Success
单层通配符
单层通配符 "+" 只匹配主题的一层
案例1
订阅主题: /test/child/+
我们将收到这些主题发送来的消息:注意:接收不到 /test/child 主题发送的消息
/test/child/aaa/test/child/bbb/test/child/ccc
常见错误 和正确表示案例
+  //Success/+  // Success/test/+/child   // Success, /test/+           // Success/test/child+    //Error  无效的通配符/test/child/+   // Success
主题语法和用法
当你建立一个应用，设计主题树的时候应该考虑以下的主题名字的语法和语义：
主题至少有一个字符长。
主题名字是大小写敏感的。比如说，ACCOUNTS和Accounts是两个不同的主题。
主题名字可以包含空格。比如，Accounts payable是一个有效的主题。
以/开头会产生一个不同的主题。比如说，/finnace与finance不同。/finance匹配"+/+"和/+,但不匹配+
不要在任何主题中包含null（Unicode \x0000）字符。
以下的原则应用于主题树的建造和内容
在主题树中，长度被限制于64k内但是在这以内没有限制层级的数目 。
可以有任意数目的根节点；也就是说，可以有任意数目的主题树

 

 

 

 

 

 

 

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Mqtt 客户端多主题订阅：https://blog.csdn.net/qq_22889431/article/details/105321843

mqtt离线消息的实现： https://www.jianshu.com/p/e85cdaae65bd

 

mqtt是一种极其轻量级的发布/订阅消息传输协议（专为受限设备和低带宽、高延迟或不可靠的网络而设计），且代码体积小、功耗低，适合移动设备、车机等终端，且需要支持手机、车机等在网络信号不稳定（弱网、断网、进隧道没有网络等）且之后再恢复网络时，可以继续收发消息、且可以收到之前离线时消息的补充推送。关于离线消息的补充推送亦可由IM服务端自己控制，但若Mqtt协议原生支持离线推送，岂不是省的开发者再去自己处理。同时秉承着用新不用旧的观点，果断选用Mqtt5而弃用Mqtt3，Mqtt5相较于Mqtt3有了很多升级，如：原因代码（PUBACK / PUBREC）、共享订阅、会话过期、请求/响应模式（ResponseTopic, CorrelationData）、Will Delay等。
关于Mqtt的服务端、客户端选型可参考如下链接：
Mqtt官网
Mqtt中文网
Mqtt Server端
Mqtt Client端
实际开发过程中，Server端选用的Emq，Client端选用的HiveMq，二者均支持Mqtt5。
Mqtt5支持离线消息接收的几个核心设置：
ClientId
CleanStart: false
SessionExpiry
Qos:2
CONNACK中的session present flag
ClientId用于唯一标识用户session。
CleanStart设置为0，表示创建一个持久会话，在客户端断开连接时，会话仍然保持并保存离线消息，直到会话超时注销。CleanStart设置为1，表示创建一个新的临时会话，在客户端断开时，会话自动销毁。
SessionExpiry即指定在CleanStart为0时，会话的保存时长，如果客户端未在用户定义的时间段内连接，则可以丢弃状态（例如，订阅和缓冲的消息）而无需进行清理。
Qos即消息的Quality of Service，若要支持离线消息，需要订阅端、发布端Qos >= 1
session present即在connect到mqtt服务器的返回结果ConnAck中，包含session present标识，该标识表示当前clientId是否存在之前的持久会话（persistent session），若之前已存在session（此时千万不要再次重复订阅topic，若再次订阅则之前的消息都将收不到），则session会保留之前的订阅关系、客户端离线时的消息（Qos>=1）、未ack的消息。重点说明一下session present的使用，在客户端连接到mqtt服务器并获取到connack中的isSessionPresent标识时，若isSessionPresent=true则已存在会话，此时无需再重复订阅topic（订阅关系已保存到session中，若再重复订阅则收不到之前的离线消息），可通过全局接收来处理离线消息和之后的新消息；若isSessionPresent=false则不存在session（又或者session已超期），此时需要重新订阅topic，且之前离线的消息都已接收不到，只能通过其他方式获取离线消息（例如IM后端服务的全量同步服务）。

如ClientId=1, CleanStart=false, SessionExpiry=3600s, Qos=2即指定clientId=1的会话为持久会话，用户在离线后3600s的的离线消息都会被Mqtt服务器保存，用户在离线时间不超过3600s且再次以ClientId=1重新上线时，是可以收到离线期间消息的补充推送的，同时Qos=2（exactly once）保证消息只会被客户端收到一次且一定一次。
以HiveMq客户端代码为例：
注意：asyncClient.publishes全局消息接收一定要放在connect方法调用之前
package com.mx.mqtt.sys;

import com.hivemq.client.mqtt.MqttGlobalPublishFilter;
import com.hivemq.client.mqtt.datatypes.MqttQos;
import com.hivemq.client.mqtt.lifecycle.MqttClientConnectedContext;
import com.hivemq.client.mqtt.lifecycle.MqttClientConnectedListener;
import com.hivemq.client.mqtt.lifecycle.MqttClientDisconnectedContext;
import com.hivemq.client.mqtt.lifecycle.MqttClientDisconnectedListener;
import com.hivemq.client.mqtt.mqtt5.Mqtt5AsyncClient;
import com.hivemq.client.mqtt.mqtt5.Mqtt5BlockingClient;
import com.hivemq.client.mqtt.mqtt5.Mqtt5Client;
import com.hivemq.client.mqtt.mqtt5.exceptions.Mqtt5ConnAckException;
import com.hivemq.client.mqtt.mqtt5.message.auth.Mqtt5SimpleAuth;
import com.hivemq.client.mqtt.mqtt5.message.connect.connack.Mqtt5ConnAck;
import com.mx.mqtt.jwt.JwtUtils;
import org.apache.logging.log4j.LogManager;
import org.apache.logging.log4j.Logger;

import java.io.UnsupportedEncodingException;

/**
 * emqx - Session
 *
 * @Ahthor luohq
 * @Date 2020-04-09
 */
public class EmqxOfflineClient {

    /**
     * 日志
     */
    private static final Logger logger = LogManager.getLogger(EmqxOfflineClient.class);

    private static final String MQTT_JWT_SECRET = "xxxx";
    private static final String MQTT_SERVER_HOST = "192.168.xxx.xxx";
    private static final Integer MQTT_SERVER_PORT = 1883;
    private static final String MQTT_CLIENT_ID = "luohq-offline";
    public static final String MQTT_SUB_TOPIC = "luohq/offline";
    public static final Long SESSION_EXPIRATION = 5 * 60L;

    private static Boolean isSessionPresent = false;
    private static Mqtt5BlockingClient client;
    private static Mqtt5AsyncClient asyncClient;

    public static void main(String[] args) {
        /** 构建mqtt客户端 */
        buildMqtt5Client();

        /** 若session不存在，则需要再订阅主题 */
        if (!isSessionPresent) {
            logger.info("【CLIENT-SUB】订阅主题：" + MQTT_SUB_TOPIC);
            //订阅主题
            asyncClient.subscribeWith()
                    .topicFilter(MQTT_SUB_TOPIC)
                    .qos(MqttQos.EXACTLY_ONCE)
                    .send();
        }

    }

    public static Mqtt5BlockingClient buildMqtt5Client() {
        /** blocking客户端 */
        client = Mqtt5Client.builder()
                .identifier(MQTT_CLIENT_ID)
                .serverHost(MQTT_SERVER_HOST)
                .serverPort(MQTT_SERVER_PORT)
                .addConnectedListener(new MqttClientConnectedListener() {
                    @Override
                    public void onConnected(MqttClientConnectedContext context) {
                        logger.info("mqtt onConnected context");
                    }
                })
                .addDisconnectedListener(new MqttClientDisconnectedListener() {
                    @Override
                    public void onDisconnected(MqttClientDisconnectedContext context) {
                        logger.info("mqtt onDisconnected context");
                    }
                })
                //自动重连（指数级延迟重连（起始延迟1s，之后每次2倍，到2分钟封顶） delay : 1s-> 2s -> 4s -> ... -> 2min）
                .automaticReconnectWithDefaultConfig()
                .buildBlocking();
        asyncClient = client.toAsync();

        /** Emqx JWT认证 */
        String authJwt = JwtUtils.generateJwt(MQTT_CLIENT_ID, MQTT_JWT_SECRET);
        Mqtt5SimpleAuth auth = Mqtt5SimpleAuth.builder()
                .username(MQTT_CLIENT_ID)
                .password(authJwt.getBytes())
                .build();
        Mqtt5ConnAck connAck = null;

 

        /** 全局消息处理（放在connect之前） */
        asyncClient.publishes(MqttGlobalPublishFilter.ALL, mqtt5Publish -> {
            try {
                byte[] msg = mqtt5Publish.getPayloadAsBytes();
                String msgStr = new String(mqtt5Publish.getPayloadAsBytes(), "UTF-8");
                logger.info("【CLIENT-RECV】" + msgStr);
            } catch (UnsupportedEncodingException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        });

        /** 连接逻辑 */
        try {
            connAck = client.connectWith()
                    .simpleAuth(auth)
                    /** cleanSession=false */
                    .cleanStart(false)
                    /** session 7天过期 */
                    .sessionExpiryInterval(SESSION_EXPIRATION)
                    /** keepalive 时长*/
                    //.keepAlive(60)
                    .send();
        } catch (Mqtt5ConnAckException e) {
            e.printStackTrace();
            connAck = e.getMqttMessage();
        }

        /** 连接(普通无密码连接) */
        //Mqtt5ConnAck connAck = client.connect();

        /** 检查之前是否已存在session */
        isSessionPresent = connAck.isSessionPresent();
        if (connAck.isSessionPresent()) {
            logger.info("session is present: " + connAck.getSessionExpiryInterval().orElse(-1));
        }

 

        logger.info(connAck.getReasonCode() + ":" + connAck.getReasonString() + ":" + connAck.getResponseInformation());

        if (connAck.getReasonCode().isError()) {
            logger.error("Mqtt5连接失败！");
            System.exit(-1);
        }
        return client;
    }
}

以上的几个核心设置：
clientId,
cleanStart=fasle,
sessionExpiry > 0,
Qos>=1，
CONNACK session present处理，
缺一不可，少一项设置便无法实现离线消息的接受。
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原文链接：https://blog.csdn.net/luo15242208310/article/details/103971457