MQTT介绍,服务器(EMQ X)搭建,客户端(mqtt-spy,安卓)使用，java编程示例

1.MQTT简介

MQTT（Message Queuing Telemetry Transport，消息队列遥测传输）是一个轻量的发布/订阅模式消息传输协议，是专门针对低带宽和不稳定网络环境的物联网应用设计的。

1.1.MQTT协议主要特性

MQTT协议工作在低带宽、不可靠的网络远程传感器和控制设备通讯而设计的协议，它具有一些主要特性：

1.开放消息协议，简单实现

2.使用发布/订阅模式，提供一对多的消息发布，解除应用程序耦合

3.对负载（协议携带的应用数据）内容屏蔽的消息传输

4.基于TCP/IP网络连接，提供有序、无损的双向连接

主流的MQTT是基于TCP连接进行数据推送的，但是同样有基于UDP的版本，叫做MQTT—SN。这两种版本由于基于不同的连接方式，优缺点自然也就各有不同了

5.消息服务质量（Qos）支持，可靠传输保证：有三种发布服务质量

QoS0:“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，因为不久还会有第二次发送，这种方式主要普通的APP的推送，倘若您的智能设备在消息推送未联网，推送过去没收到，再次联网也就收不到了

QoS1:“至少一次”,确保消息到达，但消息重复可能会发生

QoS2:“只有一次”，确保消息到达一次。在一些重要比较严格的计费系统中，可以使用此级别，在计费系统中，消息重复或丢失导致不正确的结果，这种最高质量的消息发布服务还可以用于即时通讯类的APP的推送，确保用于只会收到一次

6.1字节固定报头，2字节心跳报文，最小传输开销和协议交换，有效减少网络流量

这就是为什么在介绍里说他非常适合“在物联网领域，传感器与服务器的通信，信息的收集，要知道嵌入式设备的运算能力和带宽都相对薄弱”，使用这种协议来传递消息在适合不过了

7.在线状态感知：使用Last Will和Testament特性和通知有关各方客户端异常终端的机制

Last Will：遗言机制，用于通知同一主题下的其他设备，发送遗言的设备已经断开了连接

Testament： 遗嘱机制，功能类似于Last Will

1.2.应用

MQTT协议广泛应用于物联网、移动物联网、智能硬件、车联网、电力能源等领域

物联网M2M通信，物联网大数据采集

Android消息的推送，Web消息推送

移动即时消息，例如Facebook Messager

智能硬件、智能家居、智能电器

车联网通信，电动车站桩采集

智慧城市、远程医疗、远程教育

电力、石油与能源等行业市场

1.3.发布/订阅、主题、会话

MQTT是基于发布（Publish）/订阅（Subscribe）模式来进行通信及数据交换的，与Http的请求（Request）/应答（Response）的模式有本质的不同。

订阅者会向消息服务器订阅一个主题。成功订阅后，消息服务器会将该主题下的消息转发给所有的订阅者。

主题（Topic）以“/”为分隔符区分不同的层级。包含通配符“+”或“#”的主题又称为主题过滤器；不含通配符的称为主题名。

1.4.MQTT协议原理

实现MQTT 协议需要客户端和服务器端建立 TCP 连接，在通讯过程中， MQTT 协议中有三种身份 ：发布者（ Publish ）、代理（ Broker ）（服务器）、订阅者（ Subscribe ）。其中，消息的发布者和订阅者都是客户端，消息代理是服务器，消息发布者可以同时是订阅者。

MQTT 传输的消息分为 ：主题（ Topic ）和负载（ payload ）

（1）Topic,可以理解为消息的类型，订阅者订阅（ Subscribe ）后，就会收到该主题的 消息内容（ payload ）；

（2）payload可以理解为消息的内容，是指订阅者具体要使用的内容。

MQTT协议服务器：

        MQTT服务器以称为“消息代理”（Broker），它是位于消息发布者和订阅者之间，服务器可以：

        （1）接受来自客户端的网络连接；

        （2）接受客户端发布的信息；

        （3）处理来自客户端的订阅和退订请求；

        （4）向订阅的客户转发消息。

MQTT协议客户端：

        一个使用MQTT协议设备，它总是建立到服务器的网络连接，客户端可以：

        （1）发布其他客户端可能会订阅的信息；

        （2）订阅其它客户端发布的消息；

        （3）退订或删除消息；

        （4）断开与服务器连接。

MQTT协议栈

1.5.MQTT协议中的方法

MQTT协议中定义了一些方法（又称为动作），对于表示对确定资源所进行操作。这个资源可以代表预先存在的数据或动态生成数据，这取决于服务器的实现。通常来说，资源只服务器上的文件或输出。主要方法：

CONNECT： 客户端连接到服务器

CONNACT： 连接确认

PUBLISH： 发布消息

PUBACK： 发布确认

PUBREC： 发布的消息已接受

PUBREL： 发布的消息已释放

PUBCOMP： 发布完成

SUBSCRIBE： 订阅请求

SUBACK： 订阅确认

UNSUBSCRIBE： 取消订阅

UNSUBACK： 取消订阅确认

PINGREQ：客户端发送心跳

PINGRESP：客户端心跳响应

DISCONNECT： 断开连接

AUTI： 认证

1.6.MQTT接入流程

1.6.1.连接流程

•设备向平台发起 CONNECT 请求, CONNECT 中携带鉴权信息, 平台拿到鉴权信息进行鉴权。

•鉴权通过后，如果 CLEANSESSION=0, 平台将会加载保存的设备的一些信息, 如果 CLEANSESSION=1, 设备没有保存信息在平台，则不加载设备相关信息。

•返回鉴权结果 CONNACK。

1.6.2.发布消息流程

•设备发布 Qos0 消息；

•平台收到上报数据点后保存起来

QoS0:“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，因为不久还会有第二次发送，这种方式主要普通的APP的推送，倘若您的智能设备在消息推送未联网，推送过去没收到，再次联网也就收不到了（参见1.7. MQTT消息QOS）

•设备发布 Qos1 消息

•平台收到上报数据点后保存起来

•平台给设备回复相应的 PUBACK

QoS1:“至少一次”,确保消息到达，但消息重复可能会发生（参见1.7.    MQTT消息QOS）

•设备发布 Qos2 消息

•平台收到上报数据点后保存起来

•平台给设备回复相应的 PubRec 报文

•设备需回复平台 PubRel 报文，如超时不回平台则会断开相应连接

•平台给设备回复 PubComp 报文

QoS2:“只有一次”，确保消息到达一次。在一些重要比较严格的计费系统中，可以使用此级别，在计费系统中，消息重复或丢失导致不正确的结果，这种最高质量的消息发布服务还可以用于即时通讯类的APP的推送，确保用于只会收到一次（参见1.7. MQTT消息QOS）

1.6.3.订阅流程

设备发起订阅请求;

平台收到请求后更新topic列表;

平台给设备回复SubAck;

subscribe的requestqos级别可以为0、1、2。（参见1.7. MQTT消息QOS）

•设备发起取消订阅请求。

•平台收到请求后更新 topic 列表。

•平台给设备回复 UnSubAck。

1.6.4.连接保活流程

客户端发送 PINGREQ 报文给服务端的，服务端发送 PINGRESP 报文响应客户端的 PINGREQ 报文，表示服务端还活着。

1.6.5.断开连接流程

DISCONNECT 报文是客户端发给服务端的最后一个控制报文，表示客户端正常断开连接。

1.7.MQTT消息QOS

级别0：最多一次，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，这一级别会发生消息丢失。

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,这一级别会保证消息到达，可能造成消息重复。

级别 2 ：恰好一 次，确保消息只有一次到达。

MQTT发布消息QoS保证不是端到端的，是客户端与服务器之间的。订阅者收到MQTT消息的QoS级别，最终取决于发布消息的QoS和主题订阅的QoS。

2.MQTT服务器搭建

MQTT是一种消息传输协议，和我们常用的RabbitMq比较类似，不过MQTT我们基本都是用于在物联网（比如说连接边缘计算机采集PLC数据）。

MQTT通讯模式看下边这张图应该就可以明白。发布者和订阅者提前约定一个主题，当发布者在这个主题下发布任何消息，订阅者就自动接收到了。

windows搭建MQTT服务器，网上大多资料都是说的客户端。我在这里说下我的模式，本地上搭建MQTT服务端，同时本地跑一个客户端，用来测试订阅其他客户端给我服务器发布的内容。

服务端常用的有EMQ X,还有apache apolle。 我用的是EMQ X。创建方式如下：

2.1.服务器(EMQ X)搭建

2.1.1.官网下载

登录官网：EMQ: 面向物联网的现代数据基础设施

找到EMQ X下载-->选择最新开源版本和你的电脑系统--> 然后点击 免费下载

2.1.2.解压压缩包

将下载好的压缩包(emqx-5.0.4-windows-amd64.tar.gz)，解压到不含中文的路径下

下载好后，解压目录如下：

2.1.3.进入 bin目录下

2.1.4.直接在当前目录下输入cmd (不区分大小写)

2.1.5.启动 EMQ X

EMQ X 基本命令

emqx start 启动

emqx_ctl status 检查运行状态

emqx uninstall 服务卸载

emqx install 服务安装

emqx stop 停止

2.1.6.重置密码

emqx_ctl admins passwd admin 密码

2.1.7.输入账号密码进入MQTT服务器控制台

EMQ X已正常运行后，可在浏览器中输入：http://127.0.0.1:18083

或者 http://localhost:18083/

2.1.8.正常登录的界面如下所示

查看服务是否启动（两种方式）：

1、使用dos命令查看：emqx_ctl status，如出现以下提示则启动成功

2、EMQ X还提供了强大的控制台服务，进入控制台可进行各种配置。

 2.2.登录EMQ X控制台

浏览器地址栏中直接输入：http://127.0.0.1:18083

或者 http://localhost:18083/

正常情况下会看到以下登陆界面：

可用 用户名：admin   密码：public 进行登陆

正常登陆后界面如下(未更改语言显示设置)：

2.3.更改EMQ X控制台语言显示为中文

2.4.EMQ X端口的配置

在安装以后，EMQ X 默认会使用以下端口：

1883: MQTT 协议端口

8883: MQTT/SSL 端口

8083: MQTT/WebSocket 端口

8080: HTTP API 端口

18083: Dashboard 管理控制台端口

'etc/emqx.conf'    //修改端口

listener.tcp.external = 0.0.0.0:1883

listener.ssl.external = 8883

listener.ws.external = 8083

修改 HTTP API 端口请

'etc/plugins/emqx_management.conf'

management.listener.http = 8080

修改 Dashboard 管理控制台端口请编辑 emqx_dashboard 插件的配置文件

'etc/plugins/emqx_dashboard.conf', 找到下述行，并按需修改端口号： 

 dashboard.listener.http = 18083

2.5.插件的启用和停止

插件是 EMQ X 的重要部分，EMQ X 的扩展功能基本都是通过插件实现的。包括 Dashbard 也是插件实现。您可以通过随软件附带的命令行工具 emqx_ctl 来启动和停止各个插件，进到bin文件下运行。

emqx_ctl plugins load plugin_name   //启动插件

emqx_ctl plugins unload plugin_name   //停止插件

2.6.修改 Erlang 虚拟机启动参数etc/emqx.conf’中有两个限定了虚拟机允许的最大连接数

node.process_limit //Erlang 虚拟机允许的最大进程数,EMQ X 一个连接会消耗 2 个 Erlang 进程;

node.max_ports     //Erlang虚拟机允许的最大 Port 数量，EMQ X 一个连接消耗 1 个 Port

//Erlang虚拟机允许的最大 Port 数量，EMQ X 一个连接消耗 1 个 Port
这连个参数可以设置为：

node.process_limit： 大于最大允许连接数

node.max_ports： 大于最大允许连接数

2.7.1个报错解决

dashboard总提示“URL not found”，开启服务时emqx console中报错如下：

Failed to start Ranch listener 'http:management' in ranch_tcp:listen([{cacerts,'...'},{key,'...'},{cert,'...'},{port,8080},{nodelay,true},{send_timeout_close,true},{send_timeout,15000},{backlog,512}]) for reason eacces (permission denied)

[Plugins] Load plugin emqx_management failed, cannot start plugin emqx_management for {...}

其原因为8080端口被占用，解决办法：

方法1.找出占用8080端口的程序，结束进程，然后重启EMQ。

# 在命令提示符中输入下面命令，查看端口8080是否被占用

netstat -aon|findstr 8080

# 结果：此处8080端口被PID 5744占用，监听5744端口中

#  TCP    0.0.0.0:8080           0.0.0.0:0              LISTENING       5744

#  TCP    [::]:8080              [::]:0                 LISTENING       5744

# 输入下面命令，查看时哪个进程或程序占用了某个端口；或者直接进入任务管理器查看详细信息中PID为5744的进程。

tasklist|findstr 5744

tasklist|findstr 5744

# 用以下命令关闭xxx.exe；或者直接在任务管理器中关闭相关进程即可

taskkill /f /t /im xxx.exe

# 再次检查8080端口是否被占用，如果没有信息返回，表示没有被占用，可放心使用啦

netstat -aon|findstr 8080

方法2.位于etc\plugins下，修改emqx_management.conf文件中端口为没有被占用的端口，然后重启EMQ

3.mqtt-spy下载

mqtt-spy开源的实用工具，用来帮助你监控MQTT主题活动，处理大量的信息。

mqtt-spy是EclipsePaho和EclipseIoT的一部分，它通过直接启动JAR文件在Java8和JavaFX之上运行，mqtt-spy有一种很好的交互方式来展现基本的MQTT发布/订阅机制。

mqtt-spy是一个JavaFX应用，所以在理论上应该可以在任意安装了Java8的操作系统上运行。

mqtt-spy没有提供独立的安装包，由于mqtt-spy是基于java的，所以需要在java环境下运行，使用前需要用户自行安装Java8运行环境。Javajdk版本过高可能无法运行mqtt-spy。

出现下面报错：

Startupfailed:java.lang.NoClassDefFoundError:javax/xml/bind/ValidationEventHandler

这个问题是JDK版本过高，我之前是18版本，可以使用8版本。

以下是本文所使用的java版本信息：

因此若是JAVA版本不是8的,需要自行百度下载版本8并进行安装。

mqtt-spy下载地址：Releases · eclipse/paho.mqtt-spy · GitHub

下载包含依赖包的版本：mqtt-spy-1.0.1-beta-b18-jar-with-dependencies.jar。

4.mqtt-spy安装

mqtt-spy没有提供独立的安装包，本身无需安装。

只是由于mqtt-spy是基于java的，所以需要在java环境下运行，使用前需要用户自行安装Java8运行环境。Javajdk版本过高可能无法运行mqtt-spy。

4.1.java-jdk8下载及安装

参考连接：java-jdk8下载及安装_m0_59619990的博客-CSDN博客_jdk8下载

1、下载JDK

a、直接官网下载（不推荐）：http://www.oracle.com/；

b、或百度网盘：（推荐）

链接：百度网盘 请输入提取码

提取码：mrxa

C、或其他路径下载

2、双击安装程序

点击下一步

安装目录若不修改，可直接下一步操作

等待安装完成

   

点击关闭，安装完毕。

3、程序安装完毕后，进行环境变量的配置

Java程序开发会使用JDK的两个命令：javac.exe、java.exe，路径是：C:\ProgramFiles\Java\jdk1.8.XXX\bin，由于这些命令不属于Windows本身命令，所以需要进行路径配置才可以使用。(XXX根据实际安装的版本填写)

a、右键单击计算机->属性->高级系统设置，选择“环境变量”。在“系统变量”栏下单击“新建”，创建新的系统环境变量。

  

b、点击新建：变量名"JAVA_HOME"，变量值"C:\ProgramFiles\Java\jdk1.8.XXX"(XXX根据实际安装的版本填写)，点击确定新建

c、编辑->变量名"Path"，在原变量值的最后面加上

";%JAVA_HOME%\bin;%JAVA_HOME%\jre\bin;"

完成环境变量的配置。

4、使用java命令确认环境是否配置成功

win+R打开运行，输入CMD打开命令提示符窗口

分别输入javac，java，javac-version，java-version指令查看是否可看到JDK的编译器信息；

javac指令：

java指令：

javac-version，java-version指令：

javac-version和java-version中的版本号要一致，否则下一步会出错；若版本号不一致，需要自行百度如何卸载。

5、在C盘上创建一个文件夹，用记事本编写一个“HelloWorld”小程序来验证，保存为HelloWorld.java

public class HelloWorld {

    public static void main(String[] args){

        System.out.println("Hello World!");

    }

}

先输入javac HelloWorld.java进行编译，再输入java HelloWorld运行。如下图

至此安装成功。

5.mqtt-spy使用

mqtt-spy使用前，请确保服务器（此处是EMQ X）已经启动，处于运行中。

1、打开mqtt-spy软件开始编辑

双击mqtt-spy-1.0.1-beta-b18-jar-with-dependencies.jar运行

或者到jar包所在文件夹下输入CMD，然后在CMD中输入以下内容打开mqtt-spy软件：

java -jar mqtt-spy-1.0.1-beta-b18-jar-with-dependencies.jar

2、填写MQTT服务器ip端口信息(127.0.0.1:1883)

3.填写用户名密码(非必填)

如果服务端开启了ssl证书，则需要增加客户端TLS证书配置;否则不用开启

   

4.退出编辑并连接服务端

可在服务器(这里是EMQ X)中看到客户端的相关信息

5.创建消息订阅者

6.发布消息

5.1.保存mqtt-spy配置时出错的解决方法

无法保存每次编辑的客户端信息，并且会弹出提示框：   

解决方案，如右图:   

 6.消息订阅/发布的手机客户端

手机客户端使用前，请确保服务器（此处是EMQ X）已经启动，处于运行中。

6.1.安卓版（MQTT调试器） 

6.1.1.手机搜索并下载安装MQTT调试器

手机应用商店搜索MQTT调试器，下载并安装它安装

6.1.2.查询电脑端MQTT服务器（EMQ X）的IP地址

需要查一下自己电脑的ip地址，可以在cmd窗口中输入 ipconfig 查看,(我的是192.168.0.106. 一般局域网内都是192.168.0.***之类的,因此手机和电脑需要连接在同一个wifi下面，否则手机MQTT调试器会连接不上电脑的服务器)

6.1.3.打开手机上的MQTT调试器软件

6.1.4.手机上的MQTT调试器软件输入ip端口信息

tcp://192.168.0.106:1883 中需要将192.168.0.106替换成ipconfig查到的电脑ip。点击保存，配置客户端完成。

6.1.5.手机上的MQTT调试器软件连接服务器

6.1.6.手机上的MQTT调试器软件订阅主题

       

6.1.7.手机上的MQTT调试器软件发布消息

     

这样，手机和电脑端的网页就能互通消息了，当然也可以手机端也订阅(Subscribe)一个主题，电脑端发送这个主题的消息，手机端也可以收到，细节这里就不再写了，下面给出我的测试截图。

6.1.8.手机上的MQTT调试器软件订阅主题/发布消息记录

      

      

6.2.苹果版(未实现)

下述内容仅供参考，本人没有苹果手机，无法测试。

手机应用商店搜索MQTT调试器，下载安装，安装完并进入软件，这时你需要查一下自己电脑的ip地址，可以双击电脑右下角的wifi符号，然后进入属性查看。我的是10.0.0.252,大家的和我的肯定不一样哦，自己查！一般局域网内都是192.168.0.***之类的，我的比较特殊，不要介意。

然后打开手机上的软件

Host就是你电脑的ip地址，Port填1883，然后点击Connect，连接成功后再选择下方的“Publish”

Topic就输入我们网页里之前订阅的"r”,Message就随便填了，然后点击Publish发送，再回到计算机网页端看看是否收到消息了

这样，手机和电脑端的网页就能互通消息了，当然也可以手机端也订阅(Subscribe)一个主题，电脑端发送这个主题的消息，手机端也可以收到，我这里就不再写了，自己多玩玩吧。

7.编程示例（仅供参考，未验证）

7.1.消息订阅的客户端例子(java)

package com.zkhuashui.support.mqtt;

import org.eclipse.paho.client.mqttv3.*;

import org.eclipse.paho.client.mqttv3.MqttCallback;

import org.eclipse.paho.client.mqttv3.persist.MemoryPersistence;

import java.text.MessageFormat;

public class SubscribeSample {    //消息订阅的客户端例子

    public static void main(String[] args) {

        String broker = "tcp://localhost:1883";    //连接服务器

        String clientId = "JavaSample";       //客户端id

        //Use the memory persistence

        MemoryPersistence persistence = new MemoryPersistence();     //持久化

        try {

            MqttClient sampleClient = new MqttClient(broker, clientId, persistence);

            MqttConnectOptions connOpts = new MqttConnectOptions();

            connOpts.setCleanSession(true);

            System.out.println("Connecting to broker:" + broker);

            sampleClient.connect(connOpts);

            System.out.println("Connected");

            String topic = "testTopic";

            System.out.println("Subscribe to topic:" + topic);

            sampleClient.subscribe(topic);

            sampleClient.setCallback(new MqttCallback() {    //设置回调实例

                public void messageArrived(String topic, MqttMessage message) throws Exception {

                    String theMsg = MessageFormat.format("{0} is arrived for topic {1}.", new String(message.getPayload()), topic);

                    System.out.println(theMsg);

                }

                public void deliveryComplete(IMqttDeliveryToken token) {

                }

                public void connectionLost(Throwable throwable) {

                }

            });

        } catch (MqttException me) {

            System.out.println("reason" + me.getReasonCode());

            System.out.println("msg" + me.getMessage());

            System.out.println("loc" + me.getLocalizedMessage());

            System.out.println("cause" + me.getCause());

            System.out.println("excep" + me);

            me.printStackTrace();

        }

    }

}

7.2.消息发布的客户端例子(java)

package com.zkhuashui.support.mqtt;

import org.eclipse.paho.client.mqttv3.MqttClient;

import org.eclipse.paho.client.mqttv3.MqttConnectOptions;

import org.eclipse.paho.client.mqttv3.MqttException;

import org.eclipse.paho.client.mqttv3.MqttMessage;

import org.eclipse.paho.client.mqttv3.persist.MemoryPersistence;

public class PublishSample {   //消息发布的客户端例子

    public static void main(String[] args) {

        String topic = "testTopic";   //topic

        String content = "I Love Emq";

        int qos = 1;    //mqtt协议的主要特性，QoS 1：至少一次传送 (确认数据交付)

        String broker = "tcp://127.0.0.1:1883";    //服务器

        String userName = "admin";

        String password = "public";

        String clientId = "pubClient";

        // 内存存储

        MemoryPersistence persistence = new MemoryPersistence();

        try {

            // 创建客户端

            MqttClient sampleClient = new MqttClient(broker, clientId, persistence);

            // 创建链接参数

            MqttConnectOptions connOpts = new MqttConnectOptions();

            // 在重新启动和重新连接时记住状态

            connOpts.setCleanSession(false);

            // 设置连接的用户名

            connOpts.setUserName(userName);

            connOpts.setPassword(password.toCharArray());

            // 建立连接

            sampleClient.connect(connOpts);

            // 创建消息

            MqttMessage message = new MqttMessage(content.getBytes());  //传入的参数字节

            // 设置消息的服务质量

            message.setQos(qos);

            // 发布消息

            sampleClient.publish(topic, message);

            // 断开连接

            sampleClient.disconnect();

            // 关闭客户端

            sampleClient.close();

        } catch (MqttException me) {

            System.out.println("reason " + me.getReasonCode());

            System.out.println("msg " + me.getMessage());

            System.out.println("loc " + me.getLocalizedMessage());

            System.out.println("cause " + me.getCause());

            System.out.println("excep " + me);

            me.printStackTrace();

        }

    }

}

7.3.MQTT-java模拟单车扫码开锁

在文件夹里面有源代码mqtt-java-bic-phone

具体描述参见：MQTT-java使用说明_Fandos的博客-CSDN博客_java使用mqtt

本文资料下载链接：

MQTT介绍,服务器(EMQX)搭建,客户端(mqtt-spy,安卓)使用，java编程示例-Java文档类资源-CSDN下载