MQTT 协议入门
什么是MQTT
MQTT是一种轻量级的发布/订阅消息传递协议，设计用于低带宽环境中的M2M（机器对机器）遥测。
它是由Andy Stanford-Clark（IBM）和Arlen Nipper在1999年设计的，用于通过卫星连接石油管道遥测系统。
尽管它最初是专有协议，但在2010年免费发布，并在2014年成为OASIS标准。
MQTT代表MQ遥测传输，但以前称为消息队列遥测传输(Message Queuing Telemetry Transport)。
MQTT迅速成为IOT（物联网）部署的主要协议之一。
MQTT是一种消息传递协议，即它旨在用于传递消息，并使用发布和订阅模型。
此模型使得可以将消息发送到 0, 1或多个客户端。
MQTT 客户端：运行MQTT协议，向MQTT Broker 发布/订阅消息的程序
MQTT Boker or Server: 最初的术语是broker，但现在已标准化为server
MQTT 版本
- MQTT v3.1.0 –
- MQTT v3.1.1 – In Common Use
- MQTT v5 – Currently Limited use
- MQTT-SN – See notes later
MQTT-SN which was specified in around 2013, and designed to work over UDP, ZigBee and other transports.
术语
网络连接 Network Connection
MQTT使用的底层传输协议基础设施。
- 客户端使用它连接服务端。
- 它提供有序的、可靠的、双向字节流传输。
应用消息 Application Message MQTT协议通过网络传输应用数据。应用消息通过MQTT传输时，它们有关联的服务质量（QoS）和主题（Topic）。
客户端 Client
使用MQTT的程序或设备。客户端总是通过网络连接到服务端。它可以
- 发布应用消息给其它相关的客户端。
- 订阅以请求接受相关的应用消息。
- 取消订阅以移除接受应用消息的请求。
- 从服务端断开连接。
服务端 Server
一个程序或设备，作为发送消息的客户端和请求订阅的客户端之间的中介。服务端
- 接受来自客户端的网络连接。
- 接受客户端发布的应用消息。
- 处理客户端的订阅和取消订阅请求。
- 转发应用消息给符合条件的已订阅客户端。
订阅 Subscription
订阅包含一个主题过滤器（Topic Filter）和一个最大的服务质量（QoS）等级。订阅与单个会话（Session）关联。会话可以包含多于一个的订阅。会话的每个订阅都有一个不同的主题过滤器。
主题名 Topic Name
附加在应用消息上的一个标签，服务端已知且与订阅匹配。服务端发送应用消息的一个副本给每一个匹配的客户端订阅。
主题过滤器 Topic Filter
订阅中包含的一个表达式，用于表示相关的一个或多个主题。主题过滤器可以使用通配符。
会话 Session
客户端和服务端之间的状态交互。一些会话持续时长与网络连接一样，另一些可以在客户端和服务端的多个连续网络连接间扩展。
控制报文 MQTT Control Packet
通过网络连接发送的信息数据包。MQTT规范定义了十四种不同类型的控制报文，其中一个（PUBLISH报文）用于传输应用消息。
MQTT 发布订阅模型
电视或广播是一个有用的类比。
电视广播者使用特定频道广播电视节目，并且观众收看该频道以观看广播。
广播公司和观众之间没有直接连接。
在MQTT中，发布者发布有关主题的消息，而订阅者必须订阅该主题才能查看消息。
MQTT要求使用中央服务器，如下图所示：
关键点解释：
- 客户端没有类似电子邮件系统中的地址，并且消息不会直接发送给客户端。
- 有关主题的消息已发布到服务器（broker）。
- MQTT服务器（broker）的工作是根据主题过滤消息，然后将其分发给订阅者(client)。
- 客户端可以通过在同一服务器上订阅该主题来接收这些消息。
- 发布者（client）和订阅者(client)之间没有直接连接。
- 所有客户端(client)都可以发布（广播）和订阅（接收）。
- MQTT服务器（broker）通常不存储消息。
MQTT Client-Broker 连接
MQTT 客户端必须首先和MQTT服务器（MQTT Broker）建立连接后，才能发布和订阅消息。
MQTT客户端会定期（通常为60秒）发布一个保持活动消息(keepalive message)，该消息告诉服务器(broker)该客户端仍处于连接状态。
客户名称或客户ID（The Client Name or Client ID）
所有客户端都必须具有客户端名称或ID。
MQTT 服务器（Broker）使用客户端名称来跟踪订阅等操作。
客户名称必须是唯一的。
如果尝试使用与现有客户端相同的名称连接到MQTT服务器，则现有已连接的客户端将被丢弃。
因为大多数MQTT客户端将在断开连接后尝试重新连接，所以这可能导致断开连接和连接之间循环。
下面的截屏显示了当我尝试使用与现有连接的客户端相同的客户端ID将客户端连接到服务器（broker）时发生的情况。
干净会话(Clean Sessions)
默认情况下，MQTT客户端与代理建立干净的会话。
干净会话是指服务器在断开连接时不会记住有关客户端的任何信息。
使用非干净会话时，代理将记住客户端订阅，并可能为客户端保留未传递的消息。
但是，这取决于订阅主题时使用的服务质量（Qos）以及发布到这些主题时使用的服务质量。
最后遗嘱消息（Last Will Messages）
最后遗嘱消息的想法是通知订阅者, 发布者由于网络中断而无法使用。
最后遗嘱消息是由发布客户端设置的，并且是按主题设置的，这意味着每个主题都可以有自己的最终意愿消息。
这意味着每个主题都可以有自己的与之相关的最后遗愿消息。
如果与发布者的连接失败，该消息将存储在服务器中，并发送到任何订阅该主题的客户端。
如果发布者正常断开连接，则不会发送最后的遗嘱消息。
最后遗嘱消息包含在连接请求消息中。