EMQ X 插件持久化系列 （三）EMQ X Redis 数据持久化

EMQ X 数据持久化简介

数据持久化的主要使用场景包括将客户端上下线状态，订阅主题信息，消息内容，消息抵达后发送消息回执等操作记录到 Redis、MySQL、PostgreSQL、MongoDB、Cassandra、AWS DynamoDB 等各类数据库中供外部服务快速查询或在服务宕机/客户端异常离线时保留当前运行状态，连接恢复时恢复到之前状态；持久化亦可用于客户端代理订阅，设备客户端上线时，持久化模块直接从数据库加载预设的主题并完成代理订阅，降低系统设计复杂度和减少客户端订阅通信开销。

用户也可以通过订阅相关主题的方式来实现类似的功能，但是在企业版中内置的这些持久化的支持执行效率更高、可靠性更强，大大降低了开发者的工作量并提升了系统稳定性。

数据持久化是 EMQ X 的重要功能，仅在企业版支持。

持久化设计

持久化原理是配置事件钩子触发时调用处理函数（action）,处理函数获取到相应的数据后按照配置的指令进行处理，实现数据的增、删、改、查。相同事件钩子在不同数据库中可用参数是一样的，但处理函数（action）因数据库特性不同有所差异。整个持久化工作模式和流程如下：

一对一消息存储

1. Publish 端发布一条消息；
2. Backend 将消息记录数据库中；
3. Subscribe 端订阅主题；
4. Backend 从数据库中获取该主题的消息；
5. 发送消息给 Subscribe 端；
6. Subscribe 端确认后 Backend 从数据库中移除该消息；

一对多消息存储

1. PUB 端发布一条消息；
2. Backend 将消息记录在数据库中；
3. SUB1 和 SUB2 订阅主题；
4. Backend 从数据库中获取该主题的消息；
5. 发送消息给 SUB1 和 SUB2；
6. Backend 记录 SUB1 和 SUB2 已读消息位置，下次获取消息从该位置开始。

Redis 数据持久化

本文以实际例子来说明如何通过 Redis 来存储相关的信息。

Redis 是完全开源免费遵守 BSD 协议的高性能 key-value 数据库。

相比其他 key-value 缓存产品 Redis 有以下特点：

• Redis 性能极高，单机支持十万级别的读写速度。
• Redis 支持数据的持久化，可以将内存中的数据保存在磁盘中，重启的时候可以再次加载进行使用。
• Redis 不仅仅支持简单的 key-value 类型的数据，同时还提供 list，set，zset，hash 等数据结构的存储。
• Redis 支持数据的备份，即 master-slave 模式的数据备份。

读者可以参考 Redis 官方的 Quick Start 来安装 Redis（写本文的时候，Redis 版本为5.0），通过 redis-server 命令来启动 Redis 服务器。

配置 EMQ X 服务器

通过 RPM 方式安装的 EMQ X，Redis 相关的配置文件位于 /etc/emqx/plugins/emqx_backend_redis.conf，如果只是测试 Redis 持久化的功能，大部分配置不需要做更改。唯一需要更改的地方可能是 Redis 服务器的地址：如果读者安装的 Redis 不与 EMQ X 在同一服务器上，请指定正确的 Redis 服务器的地址与端口。如下所示：

## Redis Server 127.0.0.1:6379, Redis Sentinel: 127.0.0.1:26379
backend.redis.pool1.server = 127.0.0.1:6379

保持剩下部分的配置文件不变，然后启动该插件：

emqx_ctl plugins load emqx_backend_redis

客户端在线状态存储

客户端上下线时，更新在线状态、上下线时间、节点客户端列表至 Redis 数据库。

尽管 EMQ X 本身提供了设备在线状态 API，但在需要频繁获取客户端在线状态、上下线时间的场景下，直接从数据库获取该记录比调用 EMQ X API 更高效。

配置项

打开配置文件，配置 Backend 规则：

## 上线
backend.redis.hook.client.connected.1    =  { "action": { "function": "on_client_connected" }, "pool": "pool1"}

## 下线
backend.redis.hook.client.disconnected.1 = {"action": {"function": "on_client_disconnected"}, "pool": "pool1"}

使用示例

浏览器打开 http://127.0.0.1:18083 EMQ X 管理控制台，在 工具 -> Websocket 中新建一个客户端连接，指定 clientid 为 sub_client:

打开 redis-cli 命令行窗口，执行命令 keys *，结果如下所示，读者可以看到在 Redis 中存储了两个 key：

127.0.0.1:6379> keys *
1) "mqtt:node:[email protected]"
2) "mqtt:client:sub_client"

连接列表

插件以 mqtt:node:{node_name} 格式的 key 记录节点下客户端列表及连接时间戳信息，等效操作：

## redis key 为 mqtt:node:{node_name}
HMSET mqtt:node:[email protected] sub_client 1542272836

字段说明：

## 节点下在线设备信息
127.0.0.1:6379> HGETALL mqtt:node:[email protected]
1) "sub_client1" # clientid
2) "1542272836" # 上线时间时间戳
3) "sub_client"
4) "1542272836"

连接详细信息

插件以 mqtt:client:{client_id} 格式的 key 记录客户端在线状态、上线时间，等效操作：

## redis key 为 mqtt:client:{client_id}
HMSET mqtt:client:sub_client state 1 online_at 1542272854

字段说明：

## 客户端在线状态
127.0.0.1:6379> HGETALL mqtt:client:sub_client
1) "state"
2) "0" # 0 离线 1 在线
3) "online_at"
4) "1542272854" # 上线时间戳
5) "offline_at"
6) "undefined" # 离线时间戳

客户端代理订阅

客户端上线时，存储模块直接从数据库读取预设待订阅列表，代理加载订阅主题。在客户端需要通过预定主题通信（接收消息）场景下，应用能从数据层面设定 / 改变代理订阅列表。

配置项

打开配置文件，配置 Backend 规则：

## hook: client.connected
## action/function: on_subscribe_lookup
backend.redis.hook.client.connected.2    = {"action": {"function": "on_subscribe_lookup"}, "pool": "pool1"}

使用示例

当 sub_client 设备上线时，需要为其订阅 sub_client/upstream 与 sub_client/downlink 两个 QoS 1 的主题：

1. 插件以 mqtt:sub:{client_id} 格式 key 在 Redis 中初始化代理订阅 Hash：

## redis key 为 mqtt:sub:{client_id}
## HSET key {topic} {qos}
127.0.0.1:6379> HSET mqtt:sub:sub_client sub_client/upstream 1
(integer) 0

127.0.0.1:6379> HSET mqtt:sub:sub_client sub_client/downlink 1
(integer) 0

2. EMQ X 管理控制台 WebSocket 页面，以 clientid sub_client 新建一个客户端连接，切换至订阅页面，可见当前客户端自动订阅了 sub_client/upstream 与 sub_client/downlink 两个 QoS 1 的主题：

3. 切换回管理控制台 WebSocket 页面，向 sub_client/downlink 主题发布消息，可在消息订阅列表收到发布的消息。

持久化发布消息

配置项

打开配置文件，配置 Backend 规则，支持使用 topic 参数进行消息过滤，此处使用 # 通配符存储任意主题消息：

## hook: message.publish
## action/function: on_message_publish

backend.redis.hook.message.publish.1 = {"topic": "#", "action": {"function": "on_message_publish"}, "pool": "pool1"}

使用示例

在 EMQ X 管理控制台 WebSocket 页面中，使用 clientid sub_client 建立连接，向主题 upstream_topic 发布多条消息。针对每条消息， EMQ X 将持久化消息列表、消息详情两条记录。

消息列表

EMQ X 将消息列表以 message id 持久化至 mqtt:msg:{topic} Redis 集合中：

## 获取 upstream_topic 主题集合中所有 message id
127.0.0.1:6379> ZRANGE mqtt:msg:upstream_topic 0 -1
1) "2VFsyhDm0cPIQvnY9osj"
2) "2VFszTClyjpVtLDLrn1u"
3) "2VFszozkwkYOcbEy8QN9"
4) "2VFszpEc7DfbEqC97I3g"
5) "2VFszpSzRviADmcOeuXd"
6) "2VFszpm3kvvLkJTcdmGU"
7) "2VFt0kuNrOktefX6m4nP"
127.0.0.1:6379>

消息详情

每条消息详情将以 mqtt:msg:{message_id} 格式的 key 存储在 Redis Hash 中：

## 获取 message id 为 2VFt0kuNrOktefX6m4nP 的消息详情
127.0.0.1:6379> HGETALL mqtt:msg:2VFt0kuNrOktefX6m4nP
 1) "id"
 2) "2VFt0kuNrOktefX6m4nP" ## message id
 3) "from"
 4) "sub_client" ## client id
 5) "qos"
 6) "2"
 7) "topic"
 8) "up/upstream_topic"
 9) "payload"
10) "{ \"cmd\": \"reboot\" }"
11) "ts"
12) "1542338754" ## pub 时间戳
13) "retain"
14) "false"

获取离线消息

配置项

打开配置文件，配置 Backend 规则：

## hook: session.subscribed
## action/function: on_message_fetch_for_queue、on_message_fetch_for_pubsub

## 一对一离线消息
backend.redis.hook.session.subscribed.1  = {"topic": "queue/#", "action": {"function": "on_message_fetch_for_queue"}, "pool": "pool1"}

## 一对多离线消息
backend.redis.hook.session.subscribed.2  = {"topic": "pubsub/#", "action": {"function": "on_message_fetch_for_pubsub"}, "pool": "pool1"}

使用示例

MQTT 离线消息需满足以下条件：

1. 以 clean_session = false 连接
2. 订阅 QoS > 0
3. 发布 QoS > 0

在 EMQ X 管理控制台中以如下配置建立连接，

持久化 Retain 消息

配置项

打开配置文件，配置 Backend 规则：

## hook: message.publish
## action/function: on_client_connected、on_message_retain

backend.redis.hook.message.publish.2     = {"topic": "#", "action": {"function": "on_message_retain"}, "pool": "pool1"}

backend.redis.hook.message.publish.3     = {"topic": "#", "action": {"function": "on_retain_delete"}, "pool": "pool1"}

消息列表

EMQ X 将消息列表以 message id 持久化至 mqtt:retain:{topic} Redis Hash 中：

## 获取 upstream_topic 主题集合中所有 message id
127.0.0.1:6379> ZRANGE mqtt:retain:upstream_topic 0 -1
1) "2VFsyhDm0cPIQvnY9osj"
127.0.0.1:6379>

消息详情

每条消息详情将以 mqtt:msg:{message_id} 格式的 key 存储在 Redis Hash 中：

## 获取 message id 为 2VFt0kuNrOktefX6m4nP 的消息详情
127.0.0.1:6379> HGETALL mqtt:msg:2VFt0kuNrOktefX6m4nP
 1) "id"
 2) "2VFt0kuNrOktefX6m4nP" ## message id
 3) "from"
 4) "sub_client" ## client id
 5) "qos"
 6) "2"
 7) "topic"
 8) "up/upstream_topic"
 9) "payload"
10) "{ \"cmd\": \"reboot\" }"
11) "ts"
12) "1542338754" ## pub 时间戳
13) "retain"
14) "false"

总结

读者在理解了 Redis 中所存储的数据结构之后，可以利用各种 Redis 客户端来实现对相关信息的读取，