【MQTT入门】基础——发布和订阅

原文：https://www.hivemq.com/blog/mqtt-essentials-part2-publish-subscribe/

发布/订阅模式

发布/订阅模式（也称为pub/sub）提供了传统客户机-服务器体系结构的替代方案。在客户机-服务器模型中，客户机直接与端点通信。发布/订阅模型将发送消息的客户端（发布者）与接收消息的客户端（订阅者）解耦。发布者和订阅者从不直接联系。事实上，他们甚至不知道另一个存在。它们之间的连接由第三个组件（代理）处理。代理的工作是过滤所有传入的消息，并将其正确分发给订阅者。

发布/订阅最重要的方面是将消息的发布者与接收者解耦，主要体现在这几个方面：

• 空间解耦：发布者和订阅者不需要相互了解（例如，不交换IP地址和端口）
• 时间解耦：发布服务器和订阅服务器不需要同时运行
• 同步解耦：在发布或接收过程中，两个组件上的操作不需要中断

总之，发布/订阅模型删除了消息发布者和订阅者之间的直接通信。代理的过滤活动可以控制哪个客户机/订阅者接收哪个消息。

可扩展性

发布/订阅模型比传统的客户机-服务器方法扩展得更好。这是因为代理上的操作可以高度并行化，并且可以以事件驱动的方式处理消息。消息缓存和消息的智能路由通常是提高可伸缩性的决定性因素。尽管如此，扩展到数百万个连接仍然是一个挑战。使用集群代理节点可以实现如此高级别的连接，从而使用负载平衡器将负载分配到更多单独的服务器上。

消息过滤

很明显，代理在发布/订阅过程中起着关键作用。但是，代理如何过滤所有消息，使每个订阅者只接收感兴趣的消息呢？有几个过滤选项：

选项1：基于主题的过滤

此筛选基于每条消息的主题。接收者向代理订阅感兴趣的话题。之后，代理会确保订阅者接收所订阅主题下的所有消息。通常，主题是具有层次结构的字符串，允许基于有限数量的表达式进行过滤。

选项2：基于内容的过滤

在基于内容的过滤中，代理基于特定的内容过滤语言来过滤消息。客户端订阅他们感兴趣的消息过滤查询。这种方法的显著缺点是，消息的内容必须事先知道，不能加密或轻易更改。

选项3：基于类型的过滤

当使用面向对象语言时，基于消息（事件）的类型进行过滤是一种常见做法。例如，接收者可以监听所有类型为Exception或任何子类型的消息。

当然，发布/订阅模式并不适用于所有场合。在使用这个模式之前，需要考虑一些事情。发布者和订阅者的解耦是发布/订阅模式的关键，当然这也带来了一些挑战。例如，需要事先了解已发布数据的结构。对于基于主题的过滤，发布者和订阅者都需要知道要使用哪些主题。另一件是消息传递。发布者不能假设有人在监听发送的消息。在某些情况下，可能没有订阅者阅读特定的消息。

MQTT

• MQTT在空间上分离发布服务器和订阅服务器。要发布或接收消息，发布者和订阅者只需要知道代理的主机名/IP和端口。
• MQTT按时间进行解耦。尽管大多数MQTT用例几乎实时地传递消息，但如果需要，代理可以为不在线的客户端存储消息。（存储消息必须满足两个条件：客户端已连接到持久会话，并订阅了服务质量大于0的主题）。
• MQTT异步工作。由于大多数客户端库是异步工作的，并且基于回调或类似的模型，因此在等待消息或发布消息时不会阻止任务。在某些用例中，同步是可取的，也是可能的。为了等待特定消息，有些库具有同步API。但是，流通常是异步的。

另一件应该提到的事情是，MQTT在客户端特别易用。大多数发布/订阅系统在代理端都有逻辑，但MQTT在使用客户机库时确实是发布/订阅的精髓，这使得它成为对小型受约束设备来说轻量级的协议。

MQTT使用基于主题的消息过滤。每个消息都包含一个主题（subject），代理可以使用该主题来确定订阅客户端是否获得消息。

为了应对发布/订阅模式的挑战，MQTT有三个服务质量（QoS）级别。可以轻松地指定消息成功地从客户机传递到代理，或从代理传递到客户机。然而，有可能没有人订阅特定的主题。可以让代理采取行动，或者简单地将每条消息记录到数据库中进行历史分析。为了保持分层主题树的灵活性，必须非常仔细地设计主题树，并为将来的用例留出空间。如果遵循这些策略，MQTT非常适合生产设置。

与消息队列的区别

关于MQTT名称以及协议实现是否为消息队列，MQTT与“消息队列”无关，并和传统消息队列之间存在很多区别：

• 消息队列存储消息，直到消息被消费。当使用消息队列时，每个传入消息都存储在队列中，直到客户端（通常称为消费者）接收到消息。如果没有客户机接收到消息，则消息仍停留在队列中，等待被消费。在消息队列中，任何客户机都不可能不处理消息，而在MQTT中，如果没人订阅这个主题，消息就得不到处理。
• 另一个很大的区别是，在传统的消息队列中，一条消息只被一个客户机处理。负载均衡在队列的所有使用者。在MQTT中，正相反：订阅主题的每个订阅者都会获得消息。
• 队列是必须声名且显式创建。队列比主题严格得多。在使用队列之前，必须使用单独的命令显式创建队列。只有在命名并创建队列之后，才能发布或使用消息。相比之下，MQTT主题非常灵活，可以动态创建。