MQTT C Client实现消息推送(入门指南)

我自己搭建了博客,以后可能不太在CSDN上发博文了,https://www.qingdujun.com/ 。


MQTT(Message Queuing Telemetry Transport,消息队列遥测传输)是IBM开发的一个即时通讯协议,通过MQTT协议,目前已经扩展出了数十个MQTT服务器端程序,可以通过PHP,JAVA,Python,C,C#等系统语言来向MQTT发送相关消息。随着移动互联网的发展,MQTT由于开放源代码,耗电量小等特点,将会在移动消息推送领域会有更多的贡献,在物联网领域,传感器与服务器的通信,信息的收集,MQTT都可以作为考虑的方案之一。在未来MQTT会进入到我们生活的各各方面。The Paho MQTT C Client is a fully fledged MQTT client written in ANSI standard C. It avoids C++ in order to be as portable as possible. A C++ layer over this library is also available in Paho.


目录:

文章目录

  • 何为MQTT?
  • 生成dll库?混合编程?
  • MQTT C Client实战
    • Synchronous publication example
    • Asynchronous publication example
    • Asynchronous subscription example

何为MQTT?

MQTT主要用于服务端对客户端进行消息推送,根据这个具体要求,很容易知道它包括两个部分:客户端、服务端。

MQTT消息推送是基于主题topic模式的,可以分开来说:

  • 客户端发布一条消息时,必须指定消息主题。(如,topic=“天气”,payload=“北京今天雾霾好大啊~~呜呜”),其中topic就是主题,payload是发送的具体内容。
  • 服务端推送消息,也是基于主题的。当服务器发现有主题(如,topic=“天气”)时,就会给所有订阅该主题的客户端推送payload内容。
  • 这里需要个前提,就是有客户端订阅topic="天气"这个主题;
  • 一旦客户端订阅该主题,服务端就会每收到该主题的消息,都会推送给订阅该主题的客户端。如果客户端不需要关注该主题了,也就是说不想接受到这样的推送消息了,只要取消otpic="天气"的主题订阅即可。

MQTT协议是为大量计算能力有限,且工作在低带宽、不可靠的网络的远程传感器和控制设备通讯而设计的协议,它具有以下主要的几项特性:

  1. 使用发布/订阅消息模式,提供一对多的消息发布,解除应用程序耦合;
  2. 对负载内容屏蔽的消息传输;
  3. 使用 TCP/IP 提供网络连接;
  4. 有三种消息发布服务质量:
  • “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。(在实际编程中,只需要设置QoS值即可实现以上几种不同消息发布服务质量模式)
  1. 小型传输,开销很小(固定长度的头部是 2 字节),协议交换最小化,以降低网络流量;
  2. 使用 Last Will 和 Testament 特性通知有关各方客户端异常中断的机制;

生成dll库?混合编程?

在开始开发之前需要做一些准备工作,MQTT已经把所有的APIs封装好了,我们可以使用它的dll库,也可以直接导入源码进行混合编程,一般要求不高的话(因为不太懂得话,最好不要修改源码)可以直接将源码生成dll,然后使用即可,下文就是使用该方式:

git clone https://github.com/eclipse/paho.mqtt.c.git

从这里获得C Client源码之后,可以直接使用VS打开(我是VS2013):

MQTT C Client实现消息推送(入门指南)_第1张图片

对于上图的说明,下载源码后,打开将是以上界面,包括十来个工程,这里讲解几个:

  • paho-mqtt3a : 一般实际开发中就是使用这个,a表示的是异步消息推送(asynchronous)。
  • paho-mqtt3as : as表示的是 异步+加密(asynchronous+OpenSSL)。
  • paho-mqtt3c : c 表示的应该是同步(Synchronize),一般性能较差,是发送+等待模式。
  • paho-mqtt3cs : 同上,增加了一个OpenSSL而已。

这里根据自身的需要选择不同的项目生成DLL即可,右击单个项目->生成。由于你电脑中可能没有OPenSSL环境,如果点击VS工具栏中的生成解决方案,十有八九会失败,因为它会生成所有项目的解决方案,其实你根本用不着这么多。

另外,上图中无法打开包括文件VersionInfo.h,你只需要在src文件夹中找到VersionInfo.h.in文件,去掉.in后缀->重新生成即可。

MQTT C Client实战

了解更多可以阅读《MQTT C Client for Posix and Windows》一文,下面根据官网资料,摘录了几个C语言实现MQTT的小DEMO。

MQTT使用起来也十分容易,基本上就那四五个函数:MQTTClient_create(创建客户端)、MQTTClient_connect(连接服务端)、MQTTClient_publishMessage(客户端->服务端发送消息)、MQTTClient_subscribe(客户端订阅某个主题)等等。其中,很多异步回调函数,需要自己去实现,如,

MQTTAsync_setCallbacks(mqtt->_client, mqtt->_client, connlost, msgarrvd, NULL);

MQTTAsync_setCallbacks中,

  • connlost函数指针,是当MQTT意外断开链接时会回调的函数,由自己实现;
  • msgarrvd函数指针,是当服务器有消息推送回来时,客户端在此处接受服务端消息内容。

另外,就是一些函数执行是否成功的回调函数,C语言封装回调之后,就是这么写法,看起来有些变扭。有兴趣的可以看《浅谈C/C++回调函数(Callback)& 函数指针》文章,再了解以下回调函数。

mqtt->_conn_opts.onSuccess = onConnect;
mqtt->_conn_opts.onFailure = onConnectFailure;

最后,不得不说的就是,MQTT有些发送或者是订阅的内容时(某些函数中),在编程最好将参数中传进来的值在内存中拷贝一份再操作,笔者当时开发时,就是因为这样的问题,折腾了较长时间,后来在wireshark中发现数据包中根本没有内容,才知道是由于函数参数是指针形式,直接在异步中使用可能会发生一些未知的错误。

Synchronous publication example

#include "stdio.h"
#include "stdlib.h"
#include "string.h"
#include "MQTTClient.h"
#define ADDRESS     "tcp://localhost:1883"
#define CLIENTID    "ExampleClientPub"
#define TOPIC       "MQTT Examples"
#define PAYLOAD     "Hello World!"
#define QOS         1
#define TIMEOUT     10000L
int main(int argc, char* argv[])
{
    MQTTClient client;
    MQTTClient_connectOptions conn_opts = MQTTClient_connectOptions_initializer;
    MQTTClient_message pubmsg = MQTTClient_message_initializer;
    MQTTClient_deliveryToken token;
    int rc;
    MQTTClient_create(&client, ADDRESS, CLIENTID,
        MQTTCLIENT_PERSISTENCE_NONE, NULL);
    conn_opts.keepAliveInterval = 20;
    conn_opts.cleansession = 1;
    if ((rc = MQTTClient_connect(client, &conn_opts)) != MQTTCLIENT_SUCCESS)
    {
        printf("Failed to connect, return code %d\n", rc);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    pubmsg.payload = PAYLOAD;
    pubmsg.payloadlen = strlen(PAYLOAD);
    pubmsg.qos = QOS;
    pubmsg.retained = 0;
    MQTTClient_publishMessage(client, TOPIC, &pubmsg, &token);
    printf("Waiting for up to %d seconds for publication of %s\n"
            "on topic %s for client with ClientID: %s\n",
            (int)(TIMEOUT/1000), PAYLOAD, TOPIC, CLIENTID);
    rc = MQTTClient_waitForCompletion(client, token, TIMEOUT);
    printf("Message with delivery token %d delivered\n", token);
    MQTTClient_disconnect(client, 10000);
    MQTTClient_destroy(&client);
    return rc;
}

Asynchronous publication example

#include "stdio.h"
#include "stdlib.h"
#include "string.h"
#include "MQTTClient.h"
#define ADDRESS     "tcp://localhost:1883"
#define CLIENTID    "ExampleClientPub"
#define TOPIC       "MQTT Examples"
#define PAYLOAD     "Hello World!"
#define QOS         1
#define TIMEOUT     10000L
volatile MQTTClient_deliveryToken deliveredtoken;
void delivered(void *context, MQTTClient_deliveryToken dt)
{
    printf("Message with token value %d delivery confirmed\n", dt);
    deliveredtoken = dt;
}
int msgarrvd(void *context, char *topicName, int topicLen, MQTTClient_message *message)
{
    int i;
    char* payloadptr;
    printf("Message arrived\n");
    printf("     topic: %s\n", topicName);
    printf("   message: ");
    payloadptr = message->payload;
    for(i=0; ipayloadlen; i++)
    {
        putchar(*payloadptr++);
    }
    putchar('\n');
    MQTTClient_freeMessage(&message);
    MQTTClient_free(topicName);
    return 1;
}
void connlost(void *context, char *cause)
{
    printf("\nConnection lost\n");
    printf("     cause: %s\n", cause);
}
int main(int argc, char* argv[])
{
    MQTTClient client;
    MQTTClient_connectOptions conn_opts = MQTTClient_connectOptions_initializer;
    MQTTClient_message pubmsg = MQTTClient_message_initializer;
    MQTTClient_deliveryToken token;
    int rc;
    MQTTClient_create(&client, ADDRESS, CLIENTID,
        MQTTCLIENT_PERSISTENCE_NONE, NULL);
    conn_opts.keepAliveInterval = 20;
    conn_opts.cleansession = 1;
    MQTTClient_setCallbacks(client, NULL, connlost, msgarrvd, delivered);
    if ((rc = MQTTClient_connect(client, &conn_opts)) != MQTTCLIENT_SUCCESS)
    {
        printf("Failed to connect, return code %d\n", rc);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    pubmsg.payload = PAYLOAD;
    pubmsg.payloadlen = strlen(PAYLOAD);
    pubmsg.qos = QOS;
    pubmsg.retained = 0;
    deliveredtoken = 0;
    MQTTClient_publishMessage(client, TOPIC, &pubmsg, &token);
    printf("Waiting for publication of %s\n"
            "on topic %s for client with ClientID: %s\n",
            PAYLOAD, TOPIC, CLIENTID);
    while(deliveredtoken != token);
    MQTTClient_disconnect(client, 10000);
    MQTTClient_destroy(&client);
    return rc;
}

Asynchronous subscription example

#include "stdio.h"
#include "stdlib.h"
#include "string.h"
#include "MQTTClient.h"
#define ADDRESS     "tcp://localhost:1883"
#define CLIENTID    "ExampleClientSub"
#define TOPIC       "MQTT Examples"
#define PAYLOAD     "Hello World!"
#define QOS         1
#define TIMEOUT     10000L
volatile MQTTClient_deliveryToken deliveredtoken;
void delivered(void *context, MQTTClient_deliveryToken dt)
{
    printf("Message with token value %d delivery confirmed\n", dt);
    deliveredtoken = dt;
}
int msgarrvd(void *context, char *topicName, int topicLen, MQTTClient_message *message)
{
    int i;
    char* payloadptr;
    printf("Message arrived\n");
    printf("     topic: %s\n", topicName);
    printf("   message: ");
    payloadptr = message->payload;
    for(i=0; ipayloadlen; i++)
    {
        putchar(*payloadptr++);
    }
    putchar('\n');
    MQTTClient_freeMessage(&message);
    MQTTClient_free(topicName);
    return 1;
}
void connlost(void *context, char *cause)
{
    printf("\nConnection lost\n");
    printf("     cause: %s\n", cause);
}
int main(int argc, char* argv[])
{
    MQTTClient client;
    MQTTClient_connectOptions conn_opts = MQTTClient_connectOptions_initializer;
    int rc;
    int ch;
    MQTTClient_create(&client, ADDRESS, CLIENTID,
        MQTTCLIENT_PERSISTENCE_NONE, NULL);
    conn_opts.keepAliveInterval = 20;
    conn_opts.cleansession = 1;
    MQTTClient_setCallbacks(client, NULL, connlost, msgarrvd, delivered);
    if ((rc = MQTTClient_connect(client, &conn_opts)) != MQTTCLIENT_SUCCESS)
    {
        printf("Failed to connect, return code %d\n", rc);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    printf("Subscribing to topic %s\nfor client %s using QoS%d\n\n"
           "Press Q to quit\n\n", TOPIC, CLIENTID, QOS);
    MQTTClient_subscribe(client, TOPIC, QOS);
    do 
    {
        ch = getchar();
    } while(ch!='Q' && ch != 'q');
    MQTTClient_disconnect(client, 10000);
    MQTTClient_destroy(&client);
    return rc;
}

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