MQTT 协议功能简介

MQTT是基于二进制消息的发布/订阅编程模式的消息协议。本文主要介绍mqtt功能，不涉及具体协议分析。因为一般情况下，使用mqtt都是用相应库，使用时需要弄懂相应参数指标并参考库API使用即可。如果涉及具体需求带着目的去看协议效率更高。
MQTT协议文档：http://docs.oasis-open.org/mqtt/mqtt/v3.1.1/os/mqtt-v3.1.1-os.html

1 MQTT协议特点

基于TCP
标准协议支持（无锁定）
长连接、双向的消息Pub/Sub 代理
Http相比具有较强的性能优势

1.1 无锁定特性

发布/订阅模式解耦了发布消息的客户（发布者）与订阅消息的客户（订阅者）之间的关系，这意味着发布者和订阅者之间并不需要直接建立联系。

1. 发布者与订阅者不必了解彼此，只要认识同一个消息代理即可。
2. 发布者和订阅者不需要交互，发布者无需等待订阅者确认而导致锁定。
3. 发布者和订阅者不需要同时在线，可以自由选择时间来消费消息。

1.2 长连接、双向的消息Pub/Sub 代理

通信方式灵活具有多种模式。
点对点模式：

多个点对点：

广播模式：

聚合模式:

1.3 http相比具有较强的性能优势

• 吞吐量速度提升93
• 接收信息需要的电池降低170.9 倍
• 保持连接需要的电源降低50%
• 网络开销降低8 倍
  数据来源：http://stephendnicholas.com/archives/1217

2 MQTT中基础概念

MQTT功能实现是通过协议14种不同数据包实现，包括CONNECT， PUBLISH，SUBSCRIBE等类型数据包。但如果我们实现SDK就不用关心具体数据包的封装及实现。我们需要了解的即为以下几个功能概念。至于如何使用可参考1.2中几种模式，连入同一个mqtt服务器，以相同消息通信，一方订阅，一方推送即可。
控制报组成：http://docs.oasis-open.org/mqtt/mqtt/v3.1.1/os/mqtt-v3.1.1-os.html

2.1 主题（topic）

主题是附加到应用程序消息的标签，该标签与服务器已知的预订相匹配。服务器将应用程序消息的副本发送到具有匹配订阅的每个客户端。MQTT是通过主题对消息进行分类的，本质上就是一个UTF-8的字符串，不过可以通过反斜杠表示多个层级关系。通信双方通过相同的topic进行通信，即订阅发布。

2.2 消息负载（payload）

消息中消息体内容，因为mqtt协议限制每个数据包最大容量为256MB

2.3 服务质量(QOS)

作用：保证消息到达。
为了满足不同的场景，MQTT支持三种不同级别的服务质量（Quality of Service，QoS）为不同场景提供消息可靠性：
级别0：尽力而为。消息发送者会想尽办法发送消息，但是遇到意外并不会重试。
级别1：至少一次。消息接收者如果没有知会或者知会本身丢失，消息发送者会再次发送以保证消息接收者至少会收到一次，当然可能造成重复消息。
级别2：恰好一次。保证这种语义肯定会减少并发或者增加延时，不过丢失或者重复消息是不可接受的时候，级别2是最合适的。

2.4 消息持久性(Retain )

作用：服务器存储消息，推送给未来的订阅者。
Retain 持久消息（粘性消息）
RETAIN 标记：每个Publish消息都需要指定的标记
0 —— 服务端不能存储这个消息，也不能移除或替换任何 现存的保留消息
1 —— 服务端必须存储这个应用消息和它的QoS等级，以便它可以被分发给未来的订阅者
每个Topic只会保留最多一个 Retain 持久消息
客户端订阅带有持久消息的Topic，会立即受到这条消息
服务器可以选择丢弃持久消息，比如内存或者存储吃紧的时候
如果客户端想要删除某个Topic 上面的持久消息，可以向这个Topic发送一个Payload为空的持久消息
遗嘱消息（Will）的Retain持久机制同理

2.5 长连接维护与管理(keep alive)

作用：设备如果在一定时间内不与server通信，server就会断开链接。
Keep Alive 心跳 ：
目的是保持长连接的可靠性，以及双方对彼此是否在线的确认。
客户端在Connect的时候设置 Keep Alive 时长。如果服务端在 1.5 * KeepAlive 时间内没有收到客户端的报文，它必须断开客户端的网络连接
Keep Alive 的值由具体应用指定，一般是几分钟。允许的最大值是 18 小时 12 分 15 秒

2.6 遗嘱(Will)

作用：处理server异常离线情况，获取设备是否在线。
遗嘱消息（Will Message）存储在服务端，当网络连接关闭时，服务端必须发布这个遗嘱消息，所以被形象地称之为遗嘱，可用于通知异常断线。注意遗嘱也是消息，消息该有的属性都有。
客户端发送 DISCONNECT 关闭链接，遗嘱失效并删除遗嘱消息发布的条件，包括：

服务端检测到了一个 I/O 错误或者网络故障
客户端在保持连接（Keep Alive）的时间内未能通讯
客户端没有先发送 DISCONNECT 报文直接关闭了网络连接
由于协议错误服务端关闭了网络连接
相关设置项，需要在Connect时，由客户端指定
Will Flag —— 遗嘱的总开关
0 – 关闭遗嘱功能，Will QoS 和 Will Retain 必须为 0
1 – 开启遗嘱功能，需要设置 Will Retain 和 Will QoS

详细协议可参考：https://blog.csdn.net/u011216417/article/details/69666752

3 Sample

原来在stm32 上实现过mqtt client。 server使用mosquitto。
现在是直接使用AWS IOT 功能，所以不当好搭建sample，进行每一步说明。可参考这篇AWS IOT 使用文章进行理解

4 参考链接

基于AWS IoT平台的物联网解决方案（张春涛(Michael Zhang)，AWS解决方案架构师 2016年6月6日）
http://blog.csdn.net/u011216417/article/details/69666752
http://dataguild.org/?p=6817