剖析mqtt服务器（broker）mosquitto v0.1源码

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前言

一个mqtt broker要完成哪些任务？

1. 作为并发服务器，维护多个客户端的TCP链路
2. 处理客户端mqtt connect、disconnect、subscribe、publish、ping等请求
3. 处理消息持久化即消息永久保存问题、处理不同QoS消息

为什么选择V0.1版本？

1. 就像当初读Linux内核源码也是选一个很老的版本一样。避免“一头扎进去，迷失瀚海中”。
2. 这是在http://mosquitto.org/files/source/中能找到的最老版本。

幸运的是，这个版本“麻雀虽小五脏俱全”，没有“特性蔓延”的问题，作为初学者研究非常合适。

Mosquitto-0.1是怎样完成broker要完成的任务的？

1. 使用select处理客户端并发
2. 使用结构mqtt3_context维护每个客户端信息
3. 使用sqlite3创建表客户端clients、订阅sbus、消息messages、持久化retain，来实现对客户端-订阅/发布/持久化-消息的管理

 

下面进入具体剖析。

• 一、概述

Mosquito V0.1版本，实现了独立、完整的MQTT V3.1协议的服务端（broker）。源码行数约3000行，使用C语言编写，.c文件13个，broker使用其中的10个文件。因为mosquitto基于sqlite3，其编译链接和运行，需要libsqlite3.so。

文件名	主要函数	描述
conf.c	mqtt3_config_read	读取并解析配置文件
context.c	mqtt3_context_init mqtt3_context_cleanup	提供mqtt3_context的初始化和清理接口。 mqtt3_context结构含socket fd，客户端id，最后一次收发时间，保活时间等参数。
memory.c	mqtt3_calloc mqtt3_free等	提供内存分配和使用接口
database.c	mqtt3_db_open mqtt3_db_close _mqtt3_db_tables_create _mqtt3_db_statement_prepare mqtt3_db_XXX_insert等	提供mqtt相关sqlite3数据库操作接口
net.c	mqtt3_socket_listen	提供TCP socket接口
mosquito.c	handle_read	入口函数所在文件
raw_send.c	mqtt3_raw_publish mqtt3_raw_puback等	提供mqtt原始报文发送接口
raw_send_client.c	mqtt3_raw_connect mqtt3_raw_disconnect mqtt3_raw_subscribe mqtt3_raw_unsubscribe	提供客户端mqtt原始报文发送接口，broker不使用该文件
raw_send_server.c	mqtt3_raw_connack	提供connect ack发送接口
read_handle.c	mqtt3_handle_publish mqtt3_handle_puback mqtt3_handle_pingreq等	提供socket上读入数据处理接口
read_handle_client.c	mqtt3_handle_connack mqtt3_handle_suback mqtt3_handle_unsuback	提供客户端socket上读入数据处理接口，broker不使用该文件
read_handle_server.c	mqtt3_handle_connect mqtt3_handle_disconnect mqtt3_handle_subscribe mqtt3_handle_unsubscribe	提供mqtt conn/disconn/sub/unsub命令处理接口
util.c	mqtt3_command_to_string	提供工具，未使用

文件调用关系

mosquito.c   - - >  conf.c
mosquito.c 	- - >  read_handle_server.c - - > context.c
					|- - >  database.c
							|- - > raw_send.c
					|- - >  raw_send_server.c
					|- - >  net.c
mosquito.c   - - >  read_handle.c
					|- - > database.c
					| - - > net.c
mosquito.c   - - >  memory.c
mosquito.c   - - >  database.c

程序的运行，需要libsqlite3.so

编译和使用

略

• 二、数据结构

数据库表

mosquitto启动后共创建5个表：

1、主要用于版本信息的config

CREATE TABLE config ( [key] TEXT PRIMARY KEY,  value TEXT);

2、记录客户端信息的clients

CREATE TABLE clients (
    sock         INTEGER,
    id           TEXT    PRIMARY KEY,
    clean_start  INTEGER,
    will         INTEGER,
    will_retain  INTEGER,
    will_qos     INTEGER,
    will_topic   TEXT,
    will_message TEXT,
    last_mid     INTEGER
);

3、订阅信息subs

CREATE TABLE subs ( client_id TEXT, sub       TEXT, qos       INTEGER);

4、持久化消息retain

CREATE TABLE retain (
    sub        TEXT,
    qos        INTEGER,
    payloadlen INTEGER,
    payload    BLOB
);

5、客户端消息messages

CREATE TABLE messages (
    client_id  TEXT,
    timestamp  INTEGER,
    direction  INTEGER,
    status     INTEGER,
    mid        INTEGER,
    dup        INTEGER,
    qos        INTEGER,
    retain     INTEGER,
    sub        TEXT,
    payloadlen INTEGER,
    payload    BLOB
);

mqtt3_config系统全局配置

typedef struct {
    int port;
    int msg_timeout;
    int persistence;
    char *persistence_location;
    int sys_interval;
    char *pid_file;
} mqtt3_config;

分别代表：TCP服务端监听端口； 发出消息无回应超时时间； 数据库是否保存及保存位置（不保存则存在于内存中）；系统消息更新的时间间隔；PID文件（后台运行时使用）。

_mqtt3_context客户端上下文

typedef struct _mqtt3_context{
    int sock;
    time_t last_msg_in;
    time_t last_msg_out;
    uint16_t keepalive;
    bool clean_start;
    char *id;
} mqtt3_context;

分别代表：socket fd；在该客户端socket上最近发送时间；最近接收时间；心跳周期；客户端connect flag之clean session；客户端id。

mqtt3_context方法：mqtt3_context_init：初始化，mqtt3_context_cleanup：关闭socket；如果clean_start置上，则还需要删除subs、messages、clients中与对应客户端有关的行

1. mqtt3_handle_connect：设置context的client_id
2. 其它各处使用都是需要依据context

mqtt3_msg_status消息状态

 

typedef enum {
    ms_invalid = 0,
    ms_publish = 1,
    ms_publish_puback = 2,
    ms_wait_puback = 3,
    ms_publish_pubrec = 4,
    ms_wait_pubrec = 5,
    ms_resend_pubrel = 6,
    ms_wait_pubrel = 7,
    ms_resend_pubcomp = 8,
    ms_wait_pubcomp = 9
} mqtt3_msg_status;

 

• 三、基本函数

mqtt3_context_init

初始化除client_id之外的成员，client_id是应用层属性,只有在mqtt connect之后才可以获取（实际上还包括clean_start，初始化时默认置1）。

使用场景：收到新的客户端TCP连接时。

mqtt3_context_cleanup

关闭该客户端socket。如果clean_start为true，则还需要清理客户端、订阅、消息，即删除subs、messages、clients中有关行。

使用场景：

1. 客户端TCP断开、出错
2. 因客户端协议等不正确，服务端主动断开连接时
3. 服务端结束运行时

mqtt3_db_client_insert

类似的函数mqtt3_db_client_delete等。组合方式为：

mqtt3_db_{TABLE}_{ACTION}，顾名思义，这类函数的作用是操作数据库表。

mqtt3_db_retain_find

SELECT qos,payloadlen,payload FROM retain WHERE sub=?

使用关键字sub从retain表中搜索。

mqtt3_db_messages_queue(sub,qos,len,pl,retain)

功能：将指定的消息加入队列，涉及数据库表messages和retain。

1. 处理持久化。mqtt3_db_retain_insert (): 如果消息是retain型的，则以sub为关键字插入或更新retain相应表项（内容-qos，payload，payloadlen均由消息自身提供）
2. 为推送给订阅者做准备。mqtt3_db_sub_search_start(sub): 根据关键字sub从subs表找到所有匹配项并且调用

mqtt3_db_message_insert()：将消息插入messages表，mqtt3_db_message_insert原型如下，其中的client_id来自于subs匹配行的client_id列（订阅者id）

int mqtt3_db_message_insert(const char *client_id, uint16_t mid, mqtt3_msg_direction dir, mqtt3_msg_status status, int retain, const char *sub, int qos, uint32_t payloadlen, const uint8_t *payload)

注意：该函数完成的插入操作，消息类型均为md_out。

mqtt3_socket_close(mqtt3_context *context)

1. 依据client_id 和socket fd 重置clients. sock为-1
2. 关闭socket
3. 客户端context.sock重置为-1

• 四、算法和处理流程

系统初始化

mqtt3_config_read

读取系统配置文件，完成mqtt3_config的初始化（未提供配置时使用默认配置，例如默认监听端口1883）

mqtt3_db_open

1. 根据系统配置打开/创建数据库，并调用_mqtt3_db_tables_create使用CREATE TABLE IF NOT EXISTS的方式创建5个表。
2. 调用_mqtt3_db_invalidate_sockets初始化客户端socket: UPDATE clients SET sock=-1

mqtt3_socket_listen

开启TCP监听（默认端口1883）。

系统初始化完成后，进入处理循环。

Broker socket新连接处理

收到新的TCP connect之后，accept并且调用mqtt3_context_init进行context初始化。

Broker socket读操作(msg from client to server)及处理

TCP socket读数据在handle_read()中根据mqtt报文类型进行处理。Broker可能收到的mqtt报文有connect、publish、puback、pubrec、pubrel、pubcomp、subscribe、unsubscribe、ping、disconnect共10种（不含错误的报文）。

1.mqtt connect处理(ack)

【协议定义】客户端的connect应该回复ack,一个connect及ack命令示例：

0000   10 20 00 06 4d 51 49 73 64 70 03 02 00 3c 00 12   
       conn,len=0x20,6,MQIsdp V03,flag=2, kl=0x003c, id_len=18
0010   6d 6f 73 71 75 69 74 74 6f 5f 70 75 62 5f 34 32 34 37 mosquitto_pub_4247
ACK：  20               conn ack
       02 00 00         len=2, reserved, accept

【处理】mqtt3_handle_connect为处理客户端mqtt connect的函数，最重要的是两个任务：

（1）设置context id域；

（2）将（发起mqtt connect的）客户端信息插入表clients。

    context->id = client_id;
    mqtt3_db_client_insert(context, will, will_retain, will_qos, will_topic, will_message);

mqtt3_raw_connack为回复conn ack的函数。该函数回复：20 02 00 00，4字节发送的方式是多次（4次，实际在TCP上是一次发送-如果Nagle算法未关闭的话），Wireshark抓包工具能够看出内容为一个TCP段mqtt connect ack。

【示例】客户端 connect时，mosquitto运行日志（在源码上增加的调试信息）：

查看sqlite3数据库clients表：

2.mqtt disconnect处理(no ack)

【协议定义】disconnect消息：e0 00，不需要应答。

【处理】 mqtt3_handle_disconnect调用mqtt3_socket_close

int mqtt3_socket_close(mqtt3_context *context){

……
        mqtt3_db_client_invalidate_socket(context->id, context->sock);
        rc = close(context->sock);
        context->sock = -1;
……
}

1. 关闭socket
2. 重置context sock
3. 根据客户端重置clients表中的相应行中sock列

3.mqtt ping处理(pong)

【协议定义】对客户端的ping request（c0 00）直接回复ping response（d0 00）。理论上broker收不到pong，因此即使收到，就简单丢弃。

4.mqtt subscribe处理(ack,retain pub)

【协议定义】subscribe需要ack，一个例子如下：

REQ
0000   82 08 00 01 00 03 6d 73 67 00 
       sub+qos=1, msglen=8, mid=1, tlen=3, topic="msg", req_qos=0
ACK
0000   90 03 00 01 00
	   Sub ack, len=3, mid=1, qos=0

【处理】int mqtt3_handle_subscribe(mqtt3_context *context)是处理客户端订阅的函数：

1. 调用mqtt3_db_sub_insert将该订阅信息插入subs表
2. 调用mqtt3_db_retain_find检查retain表里是否有消息（关键字sub）需要立即推送给该订阅者，并根据结果进行消息推送操作（描述见publish处理）。

在MQTT协议里关于消息的持久化规定对于持久的、最新一条PUBLISH消息，服务器要马上推送给新的订阅者（注：仅最新的一条，不是所有）。

【示例】1：mqtt sub（-t msg）之后：

查看subs有该订阅信息：

【示例】2：有持久消息时，订阅者会收到推送，如下，retain存有主题为/messages/vb的消息：

在订阅（-t /messages/vb）之后立即收到该消息：

该新订阅者除了收到sub ack之外还收到了retain消息（qos=0）：ret_vb，如下：

5.mqtt unsubscribe处理(ack)

【协议定义】取消订阅需要ack。

【处理】int mqtt3_handle_unsubscribe(mqtt3_context *context)调用mqtt3_db_sub_delete删除subs表相应行。

注意：订阅者单纯的TCP断开，不会发送unsubscribe消息（因为根本来不及完成这个交互）。

6.mqtt publish处理(QoS=0/1/2)

【协议定义】publish有retain标志；publish根据QoS有不同处理：

1.QoS=0，broker应立即把消息推送给订阅者，不回ack，一个例子如下：

0000   30 0b 00 03 6d 73 67 71 30 5f 6d 73 67
        Pub+qos=0,len=11,topic_len=3,topic="msg", content:"q0_msg"

2.QoS=1，broker应立即把消息推送给订阅者，并回复ACK，一个例子如下：

REQ：
0000   32 0d 00 03 6d 73 67 00 01 71 31 5f 6d 73 67
       Pub+qos=1,len=13,topic_len=3,topic="msg",mid=0001, content:"q1_msg"
ACK：
0000   40 02 00 01   
       Puback, len=2, mid=0001

3.QoS=2，pub-recv-rel-comp，broker首先把消息暂存，然后经过recv-rel-comp握手之后，再把消息推送给订阅者。一个例子如下：

0000   34 0d 00 03 6d 73 67 00 01 71 32 5f 6d 73 67         C to S

0000   34 0d 00 03 6d 73 67 00 01 71 32 5f 6d 73 67         C to S
       Pub+qos=2,len=13,topic_len=3,topic="msg",mid=0001, content:"q2_msg"
0000   50 02 00 01										S to C
	   Pub received
0000   62 02 00 01										C to S
	   Pub release
0000   70 02 00 01										S to C
	   Pub complete

【处理】mqtt3_handle_publish调用mqtt3_db_messages_queue或mqtt3_db_message_insert更新数据库，调用mqtt3_raw_XX回复客户端。

int mqtt3_handle_publish(mqtt3_context *context, uint8_t header)
{
……
    switch(qos){
        case 0:
            if(mqtt3_db_messages_queue(sub, qos, payloadlen, payload, retain)) rc = 1;
            break;
        case 1:
            if(mqtt3_db_messages_queue(sub, qos, payloadlen, payload, retain)) rc = 1;
            if(mqtt3_raw_puback(context, mid)) rc = 1;
            break;
        case 2:
            if(mqtt3_db_message_insert(context->id, mid, md_in, ms_wait_pubrec, retain, sub, qos, payloadlen, payload)) rc = 1;
            if(mqtt3_raw_pubrec(context, mid)) rc = 1;
            break;
     }
……
}

区分QoS：

1. ==0。调用mqtt3_db_messages_queue()，为插入/更新retain表（因为publish消息可以是retain型）和messages表，消息方向md_out。
2. ==1。同==0，多一个puback回复。
3. ==2。会调用mqtt3_db_message_insert暂存消息并回复pubrec。注意消息方向md_in，状态ms_wait_pubrec。这说明这条消息是暂存的，在握手完成后，立即删除这条暂存消息并把原pub消息进行推送，见pubrel处理。

 

注意：发布者在发布之后，都会disconnect断连。这一点和订阅者不同，订阅者是和服务端保持长连接的！

7.mqtt puback处理(no ack)

【协议定义】什么情况下broker会收到puback并且需要处理呢？

---在broker向订阅客户publish QoS=1的消息时，收到回复puback表示客户端收到该消息。

【处理】mqtt3_handle_puback调用mqtt3_handle_puback (client_id, mid, dir)从messages中删除相应一条消息：client_id==订阅者的id。表示推送完成不再需要重复推送，因此从数据库中删除。

【示例】1：

客户端 id_sub01订阅：-t topic01

客户端id_pub01发布消息主题为msg，内容为：this is msg from pub01 qos1

根据就低原则（参见下面描述），id_sub01只会收到broker的publish（QoS=0），不需要回复puback：

【示例】2：客户端 id_sub01订阅：-t topic02 –q 1

客户端id_sub01在id_pub01发布QoS=1的消息后收到的是QoS=1的消息

8.mqtt pubrec & pubcomp处理

【协议定义】什么情况下broker会收到pubrec和pubcomp？

---当broker向客户端publish QoS=2的消息时，收到客户端的回应不是puback，而是pubrec，表示客户端收到了publish消息，broker将回复pubrel，客户端收到后回复pubcomp。

【处理】

1. mqtt3_handle_pubrec处理broker收到pubrec：

·调用mqtt3_db_message_update，根据参数更新messages中消息，设置消息状态为

ms_wait_pubcomp，同时更新时间戳，SQL语句可以伪码描述为：

UPDATE messages SET status=ms_wait_pubcomp, timestamp=now
WHERE client_id={client_id} AND mid={mid} AND direction=md_out

·调用mqtt3_raw_pubrel给客户端回复pubrel

1. mqtt3_handle_pubcomp处理broker收到pubrel：

·调用mqtt3_db_message_delete依据参数删除messages中消息。

DELETE FROM messages WHERE client_id={client_id} AND mid={mid} AND direction=md_out

9.mqtt pubrel处理

【协议定义】什么情况下broker会收到pubrel？

---当客户端向broker publish QoS=2的消息时，broker首先回复pubrec，客户端收到后回复pubrel，broker应回复pubcomp。

【处理】mqtt3_handle_pubrel对收到pubrel进行处理：

         ·调用mqtt3_db_message_release：找到publish时暂存的md_in消息，取出其内容，并调用mqtt3_db_messages_queue将publish消息插入messages（以及retain如果是持久消息），完成后删除暂存md_in消息；

·调用mqtt3_raw_pubcomp回复pubcomp

10.mqtt unsubscribe处理(ack)

【处理】mqtt3_handle_unsubscribe调用mqtt3_db_sub_delete从subs中删除客户端指定topic的订阅信息，并（直接组织应答报文）回复ack。

Broker socket写操作及处理

mqtt3_db_outgoing_check发送数据准备

int mqtt3_db_outgoing_check(fd_set *writefds, int *sockmax)

使用JION语句

SELECT sock FROM clients JOIN messages ON clients.id=messages.client_id WHERE (messages.status=1 OR messages.status=2 OR messages.status=4 OR messages.status=6 OR messages.status=8) AND messages.direction=1 AND sock<>-1

找出“有哪些messages要发送到哪些客户端”。

这里关键是clients.id=messages.client_id，怎么理解？

1. clients.id 是客户端（包括订阅者、发布者，其实只有订阅者会保存在数据库中）的id。如前分析：订阅者在mqtt conn之后提供client id，mosquitto broker将id保存在clients中；
2. messages.client_id，如前分析：messages表中client_id列来自于subs匹配行的client_id列（即订阅者id）

由此可见，通过这个sql语句，找到了本条messages有哪些订阅者，下一步的动作是推送给这些订阅者，在mqtt3_db_outgoing_check中的处理是找到这些订阅者的socket fd，并加入FD_SET中（FD_ISSET返回真），在接下来的pselect循环会进行处理。

messages.direction=1指的是md_out，发出消息。

messages.status=1 OR messages.status=2 OR messages.status=4 OR messages.status=6 OR messages.status=8 指的是下列状态：

1. ms_publish：消息待推送，在mqtt3_db_message_write中即将完成推送
2. ms_publish_puback：消息待推送并且需要收到puback，在mqtt3_db_message_write中即将完成推送并置消息状态为ms_wait_puback
3. ms_publish_pubrec：消息待推送并且需要收到pubrec，在mqtt3_db_message_write中即将完成推送并置消息状态为ms_wait_ pubrec
4. ms_resend_pubrel：ms_wait_pubrel的消息超时没收到客户端回复pubrel，在mqtt3_db_message_write中即将重发
5. ms_resend_pubcomp：ms_wait_ pubcomp的消息超时没收到客户端回复pubcomp，在mqtt3_db_message_write中即将重发

mqtt3_db_message_write发送消息

在经过select及FD_ISSET后，已经进入了某个客户端的发送。mqtt3_db_message_write为完成发送的执行体。

SQL语句select绑定的是client_id，根据messages表中现有待发出的消息的状态，有不同的动作：

switch(status){
    case ms_publish:
        if(!mqtt3_raw_publish(context, false, qos, retain, mid, sub, payloadlen, payload)){
            mqtt3_db_message_delete_by_oid(OID);
        }
        break;
    case ms_publish_puback:
        if(!mqtt3_raw_publish(context, false, qos, retain, mid, sub, payloadlen, payload)){
            mqtt3_db_message_update(context->id, mid, md_out, ms_wait_puback);
        }
        break;
    case ms_publish_pubrec:
        if(!mqtt3_raw_publish(context, false, qos, retain, mid, sub, payloadlen, payload)){
            mqtt3_db_message_update(context->id, mid, md_out, ms_wait_pubrec);
        }
        break;
    case ms_resend_pubrel:
        if(!mqtt3_raw_pubrel(context, mid)){
            mqtt3_db_message_update(context->id, mid, md_out, ms_wait_pubrel);
        }
        break;
    case ms_resend_pubcomp:
        if(!mqtt3_raw_pubcomp(context, mid)){
            mqtt3_db_message_update(context->id, mid, md_out, ms_wait_pubcomp);
        }
        break;
}

1. ms_publish：推送后删除
2. ms_publish_puback：推送并置消息状态为ms_wait_puback（在客户端收到并回复puback之后，broker的接收socket处理hand_read会删除推送消息，这样完成了消息状态的闭环）
3. ms_publish_pubrec：推送并置消息状态为ms_wait_ pubrec
4. ms_resend_pubrel：ms_wait_pubrel的消息超时没收到客户端回复pubrel，重发后恢复ms_wait_pubrel状态
5. ms_resend_pubcomp：ms_wait_ pubcomp的消息超时没收到客户端回复pubcomp，重发后恢复ms_wait_ pubcomp状态

Broker socket出错处理

如前所述，客户端断开TCP，不会引起mqtt层相应操作，但broker会完成清理：

删除该订阅者的信息（clients、subs、messages），有遗言的把遗言加入messages（如果遗言持久化消息，还会保存到retain供后续订阅者使用）。

示例1：

1. 带持久化遗言的订阅（--will-payload "it's a will msg" --will-retain --will-topic msg）
2. TCP断开，broker将遗言保存到retain表中：

1. 新的订阅（-t msg）除收到suback外还会收到该主题的遗言

Broker socket超时处理

Mosquitto记录在每个客户端socket上最近一次收到报文时间，按照1.5倍心跳周期内没有收到客户端任何数据作为客户端链路超时的依据，超时发生时主动断开和该客户端TCP连接。

客户端回应消息超时处理

【协议定义】不同于上面的socket链路超时，这里指的是mqtt协议层超时，即客户端可能还会发出ping，但是对broker的推送消息（QoS=1）不予回复ACK。

【处理】mqtt3_db_message_timeout_check使用两条SQL语句

SELECT OID,status FROM messages WHERE timestamp   <  time(NULL) - timeout

timestamp   <  time(NULL) – timeout 即time(NULL) - timestamp > timeout <，含义是：当前时间距离消息的时间戳已经超过了timeout。

UPDATE messages SET status=?,dup=1 WHERE OID=?

其中状态status变化为：

ms_wait_puback --> ms_publish_puback
ms_wait_pubrec --> ms_publish_pubrec
ms_wait_pubrel -->ms_resend_pubrel
ms_wait_pubcomp --> ms_resend_pubcomp

处理流程之数据库视角

Cli send	clients	subs（key：sub）	messages	retain
connect	插入/更新	无	无	无
disconnect	依据id和sock，重置sock = -1	无	无	无
TCP disconnect	删除	删除	1、删除客户端相关联消息； 2、插入客户端的遗言消息	插入（订阅/发布）客户的遗言持久化消息
subscribe	无	插入	依据右边表格（retain sub查询结果）插入mqtt3_db_messages_queue(retain_msg) md_out消息（QoS决定了消息状态）	1、关键字sub查询，并给左边表格使用 2、带遗言持久化的订阅会插入行
unsubscribe	无	删除	无	无
publish	无	查询是否有订阅者，结果供右边表格使用	QoS=0/1:依据左边表格结果插入的mid_out消息; QoS=2:先插入md_in, ms_wait_pubrec消息，在握手完成后删除该临时消息，并插入publish消息md_out	发布的消息是retain型则插入
ping	无	无	无	无

处理流程之方向视角

	方向
connect	上行（即客户端到服务器）
disconnect	上行（即客户端到服务器）
TCP disconnect	双向
subscribe	上行
unsubscribe	上行
publish	双向。Publish可以发送消息到broker，broker也使用mqtt publish把来自其他客户端的消息推送给subscribe
ping	上行

处理流程之消息状态视角

1. Broker收到客户端pub时，应把消息暂存在messages中：

1. QoS==0/1，直接暂存
2. QoS==2，需要broker回复pubrec，消息状态：ms_publish_pubrec，方向：md_in

 

1. Broker转发客户端pub的消息给subscribe时，根据就低原则，选取客户端订阅时QoS和本pub消息的QoS两者小值：

1. QoS==0，不需要客户端回复ack，消息状态：ms_publish，方向md_out
2. QoS==1，需要客户端回复puback，消息状态：ms_publish_puback，方向md_out
3. QoS==2，需要客户端回复pubrec，消息状态：ms_publish_pubrec，方向：md_out

处理流程之综合示例

演示如下模型：

1.客户端sub01订阅主题msg，使用QoS=2；

./sub -i sub01 -t msg -q 2 -h 192.168.122.21  --will-qos 2 --will-retain --will-topic msg --will-payload "this is a will-retain qos=2 msg from sub01"&

2.客户端pub01发布主题msg QoS=2 retain=1消息”this is qos=2 topic=msg from pub01” ，will：QoS=2,retain=1,topic=msg, msg=”this is a will-retain qos=2 msg from pub01”

./pub -i pub01 -t msg -q 2 -r -h 192.168.122.21 --will-topic msg  -m "this is qos=2 topic=msg from pub01" --will-qos 2 --will-retain --will-payload "this is a will-retain qos=2 msg from pub01"

3.客户端sub02订阅主题msg，使用QoS=2；

./sub -i sub02 -t msg -q 2 -h 192.168.122.21&

4.异常结束sub01

消息交互流程：

1. sub01  connect，  broker回复 connect ack
2. sub01  subscribe，  broker回复subscribe ack
3. pub01  connect， broker回复 connect ack
4. pub01  publish， broker回复publish received
5. pub01  publish release， broker向sub01  publish
6. sub01  publish received，broker回复pub01 publish complete
7. pub01  disconnect，  broker回复sub01 publish release
8. sub01  publish complete
9. sub02  connect，  broker回复 connect ack
10. sub02  subscribe，  broker回复subscribe ack + publish（pub01的retain publish）
11. sub02  publish received，broker回复sub02 publish release
12. sub02  publish complete
13. sub01异常退出， broker向sub02 publish（sub01的will msg）
14. sub02  publish received，broker回复sub02 publish release
15. sub02  publish complete

几个特别注意的地方

1. 客户端在connect的时候就已经可以带遗言，不是在subscribe或者publish的时候。从遗言的设计角度来理解，遗言是应对链路异常（设备掉电、异常关机、网络异常等原因引起掉线）时通知其他参与方的，当然是在connect时指定了。
2. 同时，客户端正常退出即主动发起mqtt disconnect，broker不会保存其遗言的。这真正体现了遗言的作用。
3. 上面综合示例可以看出broker并发服务器的特点，即不会对一个客户端处理完成之后再处理另外的客户端（迭代服务器）。
4. mqtt3_socket_close在重置clients表sock时，为什么需要使用client_id和sock，只传入一个sock或者client_id不就行了吗？难道这两个不具有唯一性？
5. 如果一个客户端conn之后啥也不干，到1.5倍心跳时间时，broker会否断开连接？
6. 哪些地方涉及QoS？QoS是和主题相关的，因此发生在：
   1. 订阅者订阅某主题，指定QoS
   2. 订阅者在收retain消息时，有retain msg qos和sub qos，按照就低原则选取的QoS=MIN(retain_qos, sub_qos)
   3. 发布者发布消息时，指定QoS

一些评论

1. 使用pselect 机制和sqlite3数据库限制了并发客户端的处理效率和数量，据说V1.5版本改成了epoll
2. TCP server尽量开启REUSEADDR socket选项
3. 回复时（例如connect ack是分4次write 1B）尽量一次丢给TCP，当然，开启了Nagle算法的时候会进行组合，但还是应用层自己管理更好一些

后语

匆匆完成剖析，感觉意犹未尽。有如下几个问题，值得进一步思考：

1. 源码剖析的目的是什么？为此我做了什么？
2. 一个mqtt broker需要完成哪些任务？哪些是至关重要的？哪些是和性能有关的？
3. Mosquito-v0.1是怎样完成这个任务的？是否体现了协议的所有方面？
4. Mosquito-v0.1的性能怎么样？能够处理多少客户端并发？
5. Mosquito-v0.1的优缺点是什么？有什么精妙的地方值得学习的？