MQTT(Message Queuing Telemetry Transport)是一种轻量级的通信协议,被广泛应用于物联网和分布式系统中。它以其简单、可靠和高效的特性而备受推崇,成为连接设备和应用程序的首选协议。MQTT的重要性不言而喻,它为实时通信提供了可靠的解决方案,使得设备之间的数据交换和控制变得更加便捷。
本文介绍几种常用的MQTT客户端库,帮助您快速上手使用MQTT协议,构建稳定可靠的通信系统。无论您是开发物联网设备、构建分布式系统,还是进行实时数据传输,了解和掌握MQTT客户端库是至关重要的。
MQTT(Message Queuing Telemetry Transport,消息队列遥测传输)是IBM开发的即时通讯协议,物联网通信的主流协议之一。该协议支持所有平台,几乎可以把所有联网物品和外部连接起来,被用来当做传感器和制动器的通信协议。
MQTT协议的底层是基于TCP/IP协议。TCP/IP是一组用于在网络上进行通信的协议,包括TCP(传输控制协议)和IP(Internet协议)等。MQTT使用TCP作为底层传输协议,利用TCP的可靠性和连接性来确保消息的可靠传输。MQTT客户端通过TCP连接到MQTT代理服务器,并在TCP连接上传输MQTT消息。TCP协议提供了可靠的字节流传输,确保消息的顺序和完整性。因此,MQTT协议在TCP/IP协议栈上运行,利用TCP/IP提供的网络通信能力来实现消息的传输。
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,它具有以下主要特性:
1. 发布/订阅模式:MQTT采用发布/订阅模式,其中消息发布者(Publisher)将消息发布到特定的主题(Topic),而订阅者(Subscriber)通过订阅特定的主题来接收消息。
2. 主题(Topic):主题是MQTT消息的分类标识,类似于消息的目的地。发布者将消息发布到特定的主题,而订阅者通过订阅特定的主题来接收与该主题相关的消息。
3. 消息质量等级(QoS):MQTT定义了三个消息质量等级:QoS 0(最多一次)、QoS 1(至少一次)和QoS 2(只有一次)。发布者和订阅者可以根据需求选择适当的QoS级别。
4. 保留消息(Retained Message):发布者可以选择发布一个保留消息,该消息将被存储在MQTT代理服务器上,并在有订阅者订阅该主题时发送给订阅者。
5. 遗嘱消息(Will Message):发布者可以设置一个遗嘱消息,当发布者异常断开连接时,MQTT代理服务器会将遗嘱消息发送给订阅者。
6. 连接和会话:MQTT客户端通过与MQTT代理服务器建立连接来进行通信。客户端可以选择保持连接以维护会话状态,并在重新连接时恢复之前的会话。
7. 低带宽和资源消耗:MQTT协议设计为轻量级,具有较低的带宽和资源消耗。它适用于低带宽和不稳定的网络环境,如物联网设备和传感器网络。
MQTT Version 3.1.1协议介绍
:MQTT Version 3.1.1
MQTT 3.1.1 协议中文版 | MQTT中文网
MQTT常用的代理服务器有多种选择,以下是几个常见的MQTT代理服务器的介绍:
1. Mosquitto: Mosquitto是一个轻量级的MQTT代理服务器,它是开源的,支持MQTT 3.1和MQTT 3.1.1协议。Mosquitto易于安装和配置,适用于各种规模的应用。它提供了可靠的消息传递和订阅功能,并支持安全认证、访问控制等特性。
2. HiveMQ: HiveMQ是一个功能丰富且高度可扩展的MQTT代理服务器,适用于大规模的MQTT通信。HiveMQ支持MQTT 3.1和MQTT 3.1.1协议,提供了可靠的消息传递、集群支持、安全认证、访问控制、实时监控等特性。它还提供了扩展插件机制,允许用户根据需要自定义功能。
3. EMQ X: EMQ X是一个开源的分布式MQTT代理服务器,支持MQTT 3.1、MQTT 3.1.1和MQTT 5.0协议。EMQ X具有高可用性和高性能的特点,适用于大规模的物联网应用场景。它提供了集群支持、安全认证、访问控制、数据持久化、实时监控等功能。
4. RabbitMQ: RabbitMQ是一个通用的消息代理服务器,它支持多种消息传递协议,包括AMQP、MQTT、STOMP等。RabbitMQ提供了可靠的消息传递和订阅功能,并具有高可用性、可扩展性和灵活性。它支持多种操作系统和编程语言,适用于各种不同的应用场景。
以上是一些常用的MQTT代理服务器,每个代理服务器都有其特点和适用场景。选择合适的代理服务器取决于具体需求,如规模、性能要求、安全性等。在选择代理服务器时,还应考虑其可靠性、社区支持以及易于使用和配置的程度。
MQTT的常用客户端库有很多,下面分别介绍C语言、C++、Java和Python的常用客户端库:
1.自己实现:tcp连接,发包,收包解析。物联网MQTT协议报文解析(简单的c语音客户端实现)_特立独行的猫a
2. Paho MQTT C:Eclipse Paho项目的C语言实现,提供了基本的MQTT功能,支持多种平台。
3.libmosquitto:一个轻量级的MQTT客户端库,用C语言编写,支持多种平台。
paho.mqtt.c介绍
paho.mqtt.c 是Eclipse编写的开源mqtt c库,支持Posix标准操作系统(如Linux,Android,Mac)和windows操作系统。
Paho MQTT C客户端支持全部MQTT协议客户端特性,它使用ANSI标准C编写。
实际上这个库提供两套API,分别是"同步"的MQTTClient和“异步”的MQTTAsync,同步API目的是更加简单、更加有用的。为了达到这个目的,部分操作将被阻塞,直到这个操作完成,这样程序的框架更加简单。
相反,在异步模式中只有一个调用会被阻塞——waitForCompletion。异步模式都是通过回调函数返回结果,这样更适合那些不是控制主线程的应用。
源码下载:https://github.com/eclipse/paho.mqtt.c (速度很慢)
国内的源码镜像:https://gitee.com/mirrors/paho.mqtt.c (速度起飞)
官方文档:https://www.eclipse.org/paho/files/mqttdoc/MQTTClient/html/index.html
实际上如果用在资源受限的嵌入式平台上,常用的是另外的一个库 paho.mqtt.embedded-c。
它们之间的区别是:
Paho MQTT C是一个通用的C语言MQTT客户端库,它提供了一套API和功能,可以在多种平台上使用,包括Windows、Linux、macOS等。它的设计目标是提供一个跨平台的MQTT客户端库,以便在不同的环境中实现MQTT通信。 paho.mqtt.embedded-c则是专门为嵌入式系统和资源受限设备设计的MQTT C语言实现。它专注于在嵌入式系统中使用,提供了一套轻量级的API和功能,以适应资源有限的设备。
paho.mqtt.embedded-c开源地址:GitHub - eclipse/paho.mqtt.embedded-c: Paho MQTT C client library for embedded systems. Paho is an Eclipse IoT project (https://iot.eclipse.org/)
libmosquitto介绍
libmosquitto是一个轻量级的MQTT客户端库,用于在C语言环境下实现MQTT通信。它提供了一套简单易用的API,可以用于连接MQTT代理服务器、发布和订阅消息等操作。 以下是关于libmosquitto的一些介绍和使用示例: 1. 官方地址:
libmosquitto的官方地址为:Eclipse Mosquitto
2. 安装libmosquitto: 可以通过源代码编译安装libmosquitto,也可以使用包管理工具进行安装。具体安装方式可以参考官方文档。 3. 使用libmosquitto: 下面是一个简单的libmosquitto使用示例,展示了如何连接MQTT代理服务器、发布消息和订阅消息:
#include
#include
void on_connect(struct mosquitto *mosq, void *userdata, int rc) {
if(rc == 0) {
printf("Connected to MQTT broker!\n");
mosquitto_subscribe(mosq, NULL, "test/topic", 0);
} else {
printf("Connection failed: %s\n", mosquitto_strerror(rc));
}
}
void on_message(struct mosquitto *mosq, void *userdata, const struct mosquitto_message *message) {
printf("Received message: %s\n", (char *)message->payload);
}
int main() {
struct mosquitto *mosq = NULL;
mosquitto_lib_init();
mosq = mosquitto_new(NULL, true, NULL);
if(mosq) {
mosquitto_connect_callback_set(mosq, on_connect);
mosquitto_message_callback_set(mosq, on_message);
mosquitto_connect(mosq, "localhost", 1883, 60);
mosquitto_loop_start(mosq);
mosquitto_publish(mosq, NULL, "test/topic", strlen("Hello, MQTT!"), "Hello, MQTT!", 0, false);
getchar(); // 按下Enter键退出程序
mosquitto_disconnect(mosq);
mosquitto_destroy(mosq);
}
mosquitto_lib_cleanup();
return 0;
}
上述示例代码创建了一个MQTT客户端,连接到本地的MQTT代理服务器(localhost:1883),发布了一条消息到"test/topic"主题,并订阅了该主题。当接收到消息时,会打印出来。通过按下Enter键,可以退出程序。 这只是一个简单的示例,libmosquitto还提供了更多的功能和选项,如设置用户名密码、TLS/SSL加密、设置遗嘱消息等。更详细的使用方法可以参考libmosquitto的官方文档和示例代码。
注意事项
在MQTT中,心跳是用来维持客户端与MQTT代理服务器之间的连接活跃状态的机制。通过定期发送心跳包,客户端可以告知服务器自己的在线状态,如果长时间没有收到心跳包,服务器会认为客户端已经断开连接并关闭连接。 在使用MQTT客户端库时,通常会有心跳机制的支持,可以通过设置心跳间隔来维持连接的活跃状态。心跳间隔的设置取决于具体的MQTT客户端库和应用场景。
以下是一些常见MQTT客户端库的心跳设置示例:
mosquitto_connect(mosq, "localhost", 1883, 60);
mosquitto_loop_start(mosq);
mosquitto_publish(mosq, NULL, "topic", strlen("message"), "message", 0, false);
mosquitto_loop_stop(mosq, true);
在上述示例中,通过设置 60
作为心跳间隔,客户端会每60秒发送一次心跳包来维持连接。 需要注意的是,心跳间隔的设置应该根据具体的应用场景和MQTT代理服务器的要求进行调整。如果长时间不操作,连接可能会被服务器断开,因此需要根据需求设置合适的心跳间隔来保持连接的稳定性。
1.Paho MQTT C++:Eclipse Paho项目的C++语言实现,提供了面向对象的API,支持多种平台。
https://github.com/eclipse/paho.mqtt.cpp
mirrors / eclipse / paho.mqtt.cpp · GitCode
2. MQTTClient++:一个开源的C++ MQTT客户端库,提供了简单易用的API,支持多种平台。
3.mosquitto
GitHub - kurdybacha/mqttcpp: MQTT Client C++ library based on libmosquitto
mosqpp::mosquittopp是一个基于Paho MQTT C++的MQTT C++客户端库,提供了面向对象的API,用于在C++环境下实现MQTT通信。
windows下可以使用vcpkg轻松简单的安装。带x64-的为64位版本的,不带的默认为32位版本库。
./vcpkg.exe install mosquitto
./vcpkg.exe install acl:x64-windows acl asio:x64-windows asio breakpad:x64-windows breakpad crashrpt:x64-windows crashrpt cxxopts:x64-windows cxxopts fast-cpp-csv-parser:x64-windows fast-cpp-csv-parser g3log:x64-windows g3log gtest:x64-windows gtest iniparser:x64-windows iniparser libconfig:x64-windows libconfig linenoise-ng:x64-windows linenoise-ng mosquitto rapidjson:x64-windows rapidjson inih simpleini:x64-windows simpleini rpclib rpclib:x64-windows opencv3 --no-binarycaching
下面是mosqpp::mosquittopp的简单使用示例:
#include
#include
#include
class MyMqttClient : public mosqpp::mosquittopp {
public:
MyMqttClient(const char* id) : mosquittopp(id) {}
void on_connect(int rc) {
if (rc == 0) {
std::cout << "Connected to MQTT broker" << std::endl;
subscribe(NULL, "test/topic");
} else {
std::cout << "Failed to connect to MQTT broker" << std::endl;
}
}
void on_message(const struct mosquitto_message* message) {
std::cout << "Received message: " << static_cast(message->payload) << std::endl;
}
};
int main() {
MyMqttClient client("client1");
client.connect("broker.hivemq.com");
client.loop_start();
while (true) {
client.publish(NULL, "test/topic", strlen("Hello, MQTT!"), "Hello, MQTT!");
std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));
}
client.loop_stop();
client.disconnect();
return 0;
}
上述示例中,首先定义了一个继承自mosquittopp的MyMqttClient类。在这个类中,重写了on_connect()和on_message()方法,分别处理连接成功和接收到消息的回调。
在on_connect()方法中,打印连接成功的消息并订阅了"test/topic"主题。在on_message()方法中,打印接收到的消息内容。 在main()函数中,我们创建了一个MyMqttClient对象,并通过connect()方法连接到MQTT代理服务器。然后通过loop_start()方法启动MQTT循环,使客户端可以接收和处理消息。在循环中,我们每秒钟发布一条消息到"test/topic"主题。最后,通过loop_stop()和disconnect()方法停止MQTT循环并断开连接。
使用简单封装
#include "mosquittopp.h"
#include
#include
#include
#include
#include
namespace mqtt_client
{
class MQTTClient final : public mosqpp::mosquittopp
{
public:
MQTTClient(const std::string& id, std::string host, int port, std::string title);
~MQTTClient() override;
public:
using onMessage = std::function;
void setReceiveCallback(const onMessage& f) { onMessage_ = f; }
bool connectToServer();
void connectToServer(std::error_code& errorCode);
const std::string& title() const { return title_; }
private:
void on_connect(int rc) override;
void on_disconnect(int rc) override;
void on_error() override;
void on_subscribe(int mid, int qos_count, const int* granted_qos) override;
void on_message(const struct mosquitto_message* message) override;
void on_unsubscribe(int rc) override;
private:
std::string title_;
std::string host_;
int port_;
onMessage onMessage_;
};
class MQTTClientPtr
{
public:
std::vector> ptr_;
};
} // namespace mqtt_client
namespace mqtt_client
{
MQTTClient::MQTTClient(const std::string& id, std::string host, int port, std::string title)
: /*mosqpp::mosquittopp(id.c_str()),*/ title_(std::move(title)),
host_(std::move(host)),
port_(port),
onMessage_(nullptr)
{
}
MQTTClient::~MQTTClient()
{
disconnect();
loop_stop();
}
void MQTTClient::on_connect(int rc)
{
if (rc == 0)
{
subscribe(NULL, title_.c_str());
}
else
{
LOGGING_ERROR("Connect - Code - %d", rc);
}
}
void MQTTClient::on_disconnect(int rc)
{
if (rc != 0)
{
LOGGING_ERROR("Disconnect - Code - %d", rc);
}
}
void MQTTClient::on_error()
{
}
void MQTTClient::on_subscribe(int mid, int qos_count, const int* granted_qos)
{
LOGGING_WARN("Subscription succeeded.");
}
void MQTTClient::on_message(const struct mosquitto_message* message)
{
#define MAX_PAYLOAD_SIZE (1024U)
char buf[MAX_PAYLOAD_SIZE] = {0};
if (!strcmp(message->topic, title_.c_str()))
{
/* Copy N-1 bytes to ensure always 0 terminated. */
memcpy(buf, message->payload, message->payloadlen);
auto message_str = std::string(buf, message->payloadlen);
if (onMessage_)
{
onMessage_(title_, message_str);
}
}
}
void MQTTClient::on_unsubscribe(int rc)
{
}
bool MQTTClient::connectToServer()
{
username_pw_set("loadpoint", "[email protected]");
auto result = connect(host_.c_str(), port_, 60);
if (result == MOSQ_ERR_SUCCESS)
return true;
return false;
}
void MQTTClient::connectToServer(std::error_code& errorCode)
{
username_pw_set("loadpoint", "[email protected]");
auto result = connect(host_.c_str(), port_, 60);
errorCode = MakeErrorCode(result);
}
} // namespace mqtt_client
MQTTnet是一个开源的MQTT库,用于在.NET平台上实现MQTT通信。它提供了一套简单易用的API,支持MQTT协议的连接、发布和订阅等功能。同时提供了 MQTT client and a MQTT server (broker)。
mqttnet地址:
https://github.com/dotnet/MQTTnet
以下是MQTTnet的一些特点和功能:
MQTTnet是一个功能强大且易于使用的MQTT库,提供了服务端(Broker)和客户端,可以帮助开发人员在.NET平台上实现MQTT通信。它提供了丰富的功能和灵活的配置选项,适用于各种不同的MQTT场景和需求。
using System;
using System.Text;
using MQTTnet;
using MQTTnet.Client;
using MQTTnet.Client.Options;
using MQTTnet.Extensions.ManagedClient;
class Program
{
static async Task Main(string[] args)
{
var factory = new MqttFactory();
var mqttClient = factory.CreateMqttClient();
var options = new MqttClientOptionsBuilder()
.WithTcpServer("broker.hivemq.com", 1883)
.Build();
mqttClient.UseConnectedHandler(async e =>
{
Console.WriteLine("Connected to MQTT broker");
await mqttClient.SubscribeAsync(new MqttTopicFilterBuilder().WithTopic("test/topic").Build());
});
mqttClient.UseDisconnectedHandler(async e =>
{
Console.WriteLine("Disconnected from MQTT broker");
await Task.Delay(TimeSpan.FromSeconds(5));
await mqttClient.ConnectAsync(options);
});
mqttClient.UseApplicationMessageReceivedHandler(e =>
{
Console.WriteLine($"Received message: {Encoding.UTF8.GetString(e.ApplicationMessage.Payload)}");
});
await mqttClient.ConnectAsync(options);
while (true)
{
var message = new MqttApplicationMessageBuilder()
.WithTopic("test/topic")
.WithPayload("Hello, MQTT!")
.WithExactlyOnceQoS()
.WithRetainFlag()
.Build();
await mqttClient.PublishAsync(message);
await Task.Delay(TimeSpan.FromSeconds(1));
}
}
}
在Java中,常用的MQTT客户端库是 Eclipse Paho Java。下面是使用 Eclipse Paho Java 的简单示例代码:
import org.eclipse.paho.client.mqttv3.*;
import org.eclipse.paho.client.mqttv3.persist.MemoryPersistence;
public class MqttClientExample {
public static void main(String[] args) {
String broker = "tcp://broker.hivemq.com:1883";
String clientId = "JavaMqttClient";
MemoryPersistence persistence = new MemoryPersistence();
try {
MqttClient mqttClient = new MqttClient(broker, clientId, persistence);
MqttConnectOptions connectOptions = new MqttConnectOptions();
connectOptions.setCleanSession(true);
mqttClient.setCallback(new MqttCallback() {
public void connectionLost(Throwable cause) {
System.out.println("Connection lost!");
}
public void messageArrived(String topic, MqttMessage message) throws Exception {
System.out.println("Received message: " + new String(message.getPayload()));
}
public void deliveryComplete(IMqttDeliveryToken token) {
System.out.println("Message delivered!");
}
});
mqttClient.connect(connectOptions);
mqttClient.subscribe("test/topic");
mqttClient.publish("test/topic", new MqttMessage("Hello, MQTT!".getBytes()));
// Keep the program running
while (true) {
Thread.sleep(1000);
}
} catch (MqttException e) {
e.printStackTrace();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
在Python下,常用的MQTT客户端库是Paho MQTT Python。
下面是安装和使用Paho MQTT Python的示例:
1. 安装Paho MQTT Python库:
使用pip命令安装Paho MQTT Python库:
pip install paho-mqtt
2. 使用Paho MQTT Python库发送和接收MQTT消息的示例代码:
import paho.mqtt.client as mqtt
# MQTT连接成功回调函数
def on_connect(client, userdata, flags, rc):
print("Connected with result code "+str(rc))
# 订阅主题
client.subscribe("test/topic")
# MQTT接收消息回调函数
def on_message(client, userdata, msg):
print("Received message: "+str(msg.payload.decode()))
# 创建MQTT客户端
client = mqtt.Client()
# 设置连接成功和接收消息的回调函数
client.on_connect = on_connect
client.on_message = on_message
# 连接MQTT代理服务器
client.connect("broker.hivemq.com", 1883, 60)
# 循环处理网络流量,保持MQTT连接
client.loop_start()
# 发布消息
client.publish("test/topic", "Hello, MQTT!")
# 持续运行,直到手动停止
while True:
pass
以上示例代码创建了一个MQTT客户端,连接到HiveMQ公共MQTT代理服务器,并订阅了"test/topic"主题。当接收到消息时,会打印出来。然后发布一条消息到"test/topic"主题。最后,通过循环保持MQTT连接。
注意示例中使用的MQTT代理服务器是HiveMQ的公共服务器,实际使用时应根据需要设置为自己的MQTT代理服务器。
运行示例代码后,将能够发送和接收MQTT消息。
在Android开发中,常用的MQTT客户端库有以下几个:
1. Eclipse Paho Android Service:这是Eclipse Paho项目的Android版本,提供了一个基于Service的MQTT客户端库。它提供了简单易用的API,支持MQTT 3.1和MQTT 3.1.1协议。通过将MQTT连接放在Service中,可以在后台持续运行MQTT连接,即使应用程序处于后台或设备休眠状态。
2. Eclipse Paho Android MQTT Client:这也是Eclipse Paho项目的Android版本,提供了一个基于Android库的MQTT客户端库。它提供了与Paho Java库相似的API,支持MQTT 3.1和MQTT 3.1.1协议。它可以在Android应用程序中使用,但不会在后台持续运行。
3. MQTT-Client-Framework:这是一个开源的Android MQTT客户端库,提供了基本的MQTT功能。它支持MQTT 3.1和MQTT 3.1.1协议,并提供了简单易用的API。它可以在Android应用程序中使用,但不会在后台持续运行。
4. HiveMQ MQTT Client:这是HiveMQ提供的Android MQTT客户端库,支持MQTT 3.1和MQTT 3.1.1协议。它提供了简单易用的API,可以在Android应用程序中使用。
这些MQTT客户端库都是开源的,可以根据具体需求选择合适的库进行Android应用程序的开发。它们提供了丰富的功能和易于使用的API,可以帮助你在Android平台上实现MQTT通信。
客户端工具有很多,推荐mqttx。
MQTTX 下载(https://mqttx.app/zh/downloads)
https://github.com/emqx/MQTTX/releases/latest
MQTT协议快速了解 - 知乎
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MQTT协议,终于有人讲清楚了 - 知乎
paho.mqtt.c简单介绍_霍宏鹏的博客-CSDN博客
Paho mqtt C语言库介绍_Mr_LiuSX的博客-CSDN博客
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