NET Core通过DotNetty和Lua实现MQTT通讯

MQTT应用已经非常广泛了，目前笔者团队需要用lua来实现mqtt通讯，而服务端需要使用.Net Core来实现，以下是相关技术研究的一个总结。

本文主要介绍.Net Core和Lua的MQTT通讯示例。所有源代码可以从这里下载。

1. MQTT 协议

开发之前，非常有必要仔细的了解一下MQTT协议的基本介绍和报文结构，可以参考用户“技术学习”的MQTT专栏,里面关于协议介绍的非常详细。

2. MQTT Lua

MQTT的lua实现并不是一个常见的需求，http://mqtt.org/上能下到的版本只支持到MQTT协议3.1版本，最新的3.1.1版本并不支持。
3.1.1版本改动不大，但是并不兼容3.1版本。

最后我这边使用的是Github上的个人开发者的一个版本,和3.1版本比较，改变了：

• CONNECT消息可变头部协议名称MQIsdp被改为MQTT
• CONNECT消息可变头部协议版本号，由0x03变成了0x04
• 增加了函数wait_for_connack，发送CONNECT消息后必须在设置的时间（3秒）内获取到服务端返回的CONNACK消息才确认链接已经成功。

示例实现MQTT的客户端，只包括3个文件：

• mqtt.lua : 封装好的mqtt lua库
• utility.lua: mqtt.lua用到的工具相关封装
• testmqtt.lua: 我们编写的示例，调用mqtt.lua,以下是部分代码

local args={
    host="192.168.1.69", 
    port=5555,
    id="client1",  -- MQTT client identifier,3.1.1版本支持长度超过23
    topic_p="test1", -- 发布消息的topic
    topic_s="test2", --订阅消息的topic
    debug=true
}

......

local mqtt_client = MQTT.client.create(args.host, args.port, callback) --以host，port创建一个client对象，callback为接受消息的回调函数

--如果链接失败，重试直到链接成功
local connect_error = mqtt_client:connect(args.id)
while connect_error~=nil do
  connect_error = mqtt_client:connect(args.id)
end

mqtt_client:publish(args.topic_p, "*** Lua test start ***")
mqtt_client:subscribe({ args.topic_s })

......

while (error_message == nil and running) do
  error_message = mqtt_client:handler()
  -- 循环publish消息
  if (error_message == nil) then
    mqtt_client:publish(args.topic_p, "*** Lua test message ***")
    socket.sleep(1.0)  -- seconds
  end
end

......

示例的运行依赖luasocket，在ubuntu上用Luajit运行的结果是：

image.png

3. DotNetty

.Net Core可以使用MQTTnet结合Apollo服务器来实现MQTT通讯，后期再尝试。

目前使用DotNetty做MQTT服务端，DotNetty是微软的Azure团队用C#实现的Netty版本，DotNetty的简单介绍可以参考# 使用DotNetty编写跨平台网络通信程序. DotNetty的资料不多，可以参考Netty的资料来学习或者直接下载DotNetty源代码，里面有Test,Example可以参考。

DotNetty提供的MQTTDecoder和MqttDecoder直接把MQTT报文二进制转换成Packet对象，直接对对象处理就简单多了。以下是相关关键代码。

var bootstrap = new ServerBootstrap();
bootstrap
    .Group(bossGroup, workerGroup) // 设置主和工作线程组
    .Channel() // 设置通道模式为TcpSocket
    .ChildHandler(new ActionChannelInitializer(channel =>
    { //工作线程连接器 是设置了一个管道，服务端主线程所有接收到的信息都会通过这个管道一层层往下传输
        //同时所有出栈的消息 也要这个管道的所有处理器进行一步步处理
        IChannelPipeline pipeline = channel.Pipeline;
        pipeline.AddLast("decoder", new MqttDecoder(true, 256 * 1024));
        pipeline.AddLast("encoder", new MqttEncoder());
        pipeline.AddLast("echo", new EchoServerHandler());
    }));

 public override void ChannelRead(IChannelHandlerContext context, object message)
{
    Console.WriteLine("Received from client...");
    var buffer = message as Packet;
    Console.WriteLine("PacketTyp="+buffer.PacketType);
    if (buffer != null)
    {
        if (buffer is ConnectPacket)
        {
            Console.WriteLine("Connect from mqtt client,id=: " + ((ConnectPacket)buffer).ClientId);
            context.WriteAsync(new ConnAckPacket
            {
                ReturnCode = ConnectReturnCode.Accepted,
                SessionPresent = true
            });//写入输出流
        }
        else
        {
            context.WriteAsync(new PublishPacket(QualityOfService.ExactlyOnce, false, false)
            {
                PacketId = GetRandomPacketId(),
                TopicName = "test2",
                Payload = Unpooled.WrappedBuffer(Encoding.UTF8.GetBytes("message from server"))
            });//写入输出流
        }
    }
}

最后运行的效果是

image.png

接受到3种连接类型，进一步修改就可以根据不同的类型做不同的操作。