用了那么久MQTT，这些知识点你了解吗

哈喽，小伙伴们，今天来聊一聊什么是MQTT协议，以及常用的几个术语是什么意思，有图有真相哦，欢迎阅读

1、 什么是MQTT

  MQTT（MQ Telemetry Transport，消息队列遥测传输）是近年来出现的一种新型协议，物联网领域会将其作为标准协议。MQTT原本是IBM公司开发的协议，现在则开源了，被人们不断开发着。MQTT是一种能实现一对多通信（人们称之为发布或订阅型）的协议。它由3种功能构成，分别是中介（broker）、发布者（publisher）和订阅者（subscriber）（图2.8）。

  中介承担着转发MQTT通信的服务器的作用。相对而言，发布者和订阅者则起着客户端的作用。发布者是负责发送消息的客户端，而订阅者是负责接收消息的客户端。MQTT交换的消息都附带“主题”地址，各个客户端把这个“主题”视为收信地址，对其执行传输消息的操作。形象地比喻一下，中介就是接收邮件的邮箱。再来详细看一下MQTT通信的机制（图2.9）。首先，中介在等待各个客户端对其进行连接。订阅者连接中介，把自己想订阅的主题名称告诉中介。这就叫作订阅。

  然后发布者连接中介，以主题为收信地址发送消息。这就是发布。

  发布者一发布主题，中介就会把消息传递给订阅了该主题的订阅者。如图2.9所示，如果订阅者订阅了主题A，那么只有在发布者发布了主题A的情况下，中介才会把消息传递给订阅者。订阅者和中介总是处于连接状态，而发布者则只需在发布时建立连接，不过要在短期内数次发布时，就需要保持连接状态了。因为中介起着转发消息的作用，所以各个客户端彼此之间没有必要知道对方的IP地址等网络上的收信地址。

  又因为多个客户端可以订阅同一个主题，所以发布者和订阅者是一对多的关系。在设备和服务器的通信中，设备相当于发布者，服务器则相当于订阅者。

  主题采用的是分层结构。用“#”和“+”这样的符号能指定多个主题。如图2.10所示，/Sensor/temperature/#中使用了“#”符号，这样就能指定所有开头为/Sensor/temperature/的主题。此外，/Sensor/+/room1中使用了符号“+”，这样一来就能指定所有开头是/Sensor/、结尾是/room1的主题。

  像这样借助于中介的发布/订阅型通信，MQTT就能实现物联网服务与多台设备之间的通信。另外，MQTT还实现了轻量型协议。因此它还能在网络带宽低、可靠性低的环境下运行；又因为消息小、协议机制简单，所以在硬件资源（设备、CPU和内存等）受限的条件下也能运行，可以说是为物联网量身定做的协议。MQTT本身还具备特殊的机制，下面我们会对其逐一说明。

2、什么是QoS？

  QoS是Quality of Service（服务质量）的简称。这个词在网络领域表示的是通信线路的品质保证。MQTT里存在3个等级的QoS。“发布者和中介之间”以及“中介和订阅者之间”都分别定义了不同的QoS等级，以异步的方式运行。此外，当“中介与订阅者之间”指定的QoS小于“发布者和中介之间”交换的QoS时，“中介与订阅者之间”的QoS会被降级到指定的QoS。

• QoS 0指的是最多发送一次消息（at most once）（图2.11）

  发送要遵循TCP/IP通信的“尽力服务”。消息分两种情况，即到达了一次中介处，或没有到达中介处。

• 接下来的QoS 1是至少发送一次消息（at least once）（图2.12）。

  中介一接收到消息就会向发布者发送一个叫作“PUBACK消息”的响应，除此之外还会根据订阅者指定的QoS发送消息。当发生故障，或经过一定时间后仍没能确认PUBACK消息时，发布者会重新发送消息。如果中介接收了发布者发来的消息却没有返回PUBACK，那么中介会重复收到消息。

• QoS 2，它指的是准确发送一次消息（exactly once）。

  把它跟QoS 1合在一起使用，就能避免接收到重复的消息（图2.13）。用QoS 2发送的消息里面含有消息ID。中介收到消息后会将消息保存，然后给发布者发送PUBREC消息。发布者再给中介发送PUBREL消息，然后中介会给发布者发送PUBCOMP消息。接下来中介才会依据订阅者指定的QoS，向订阅者传递接收到的消息。

  此外，就QoS 2而言，有时使用的中介会影响消息的传递时间。人们通常使用的是QoS 0，只有要确保信息发送成功时才使用QoS 1和QoS 2，这样一来可以减少网络的负担。后文将会讲到Clean session，其中QoS的设定也是非常重要的。

3、什么是Retain？

  订阅者只能接收在订阅之后发布的消息，但如果发布者事先发布了带有Retain标志的消息，那么订阅者就能在订阅后马上收到消息。

  当发布者发布了带有Retain标志的消息时，中介会把消息传递给订阅了主题的订阅者，同时保存带有Retain标志的最新的消息。此时，若别的订阅者订阅了主题，就能马上收到带有Retain标志的新消息（图2.14）。

4、什么是WILL？

  Will有“遗言”的意思。由于中介的I/O错误或网络故障等情况，发布者可能会突然从中介断开，Will就是专门针对于这种情况的一个机构，它用于定义中介向订阅者发送的消息（图2.15）。

  发布者在连接中介时会用到CONNECT（连接）消息，连接时对其指定Will标志、要发送的消息以及QoS。这样一来，如果连接意外断开，Will消息就会被传递给订阅者。另外，还有一个标志叫作Will Retain。通过指定这个标志，就能跟前面说的Retain达到同样的效果，即在中介处保存消息。

5、什么是Clean session？

  Clean session用于指定中介是否保留了订阅者的已订阅状态。用CONNECT消息连接时，订阅者把Clean session标志设定为0或1。0是保留session,1是不保留session。

  若指定Clean session为0且中介已经连接上了订阅者，则中介需要在订阅者断开连接后保留订阅的消息。另外，如果订阅者的连接已经断开，且发布者已经发布了QoS 1、QoS 2的消息给已订阅的主题时，中介则会把消息保存，等订阅者再次连接时发送给订阅者（图2.16）。

  若指定Clean session为1并连接，中介就会废弃以往保留的客户端信息，将其当成一次“干净”的连接来看待。此外，订阅者断开连接时，中介也会废弃所有的信息。

内容摘自：图解物联网一书，非广告文~

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