精通 MQTT：消息队列遥测传输指南！

引言

MQTT（消息队列遥测传输）是一种轻量级消息协议，专为低带宽、高延迟和不可靠的网络环境设计。它广泛应用于物联网（IoT）应用、消息系统以及实时数据通信领域。

本指南深入探讨了 MQTT 的工作原理，解释了其关键组件，并演示了如何使用 Python 实现 MQTT 客户端。

MQTT 代理

MQTT 系统的核心是代理，它负责管理客户端之间的消息交换。

MQTT 中的客户端

发布者（Publishers）：向特定主题发送消息的设备或应用程序。

订阅者（Subscribers）：监听这些主题上的消息的设备或应用程序。

代理确保发布者的消息能够可靠地传递给相应的订阅者。

运行本地 MQTT 代理

在本示例中，代理托管在本地（127.0.0.1），这意味着它与 MQTT 客户端运行在同一台机器上。

代理在 Docker 容器中运行，使用 Mosquitto MQTT 代理，并映射到 1883 端口。mosquitto.conf 文件用于配置，允许消息保留和持久化。

MQTT 代理的工作原理

1.代理在 1883 端口监听传入消息。

2.客户端连接到代理。

3.客户端向特定主题发布消息。

4.代理接收并处理消息。

5.代理将消息转发给所有订阅该主题的客户端。

发布者和订阅者

发布者

发布者向特定主题发送消息，代理随后将这些消息分发给感兴趣的客户端。

订阅者

订阅者监听特定主题上的消息，并在收到消息时进行处理。

在 Python 中创建 MQTT 客户端

Python 中的 Paho MQTT 库允许创建可以发布和订阅消息的 MQTT 客户端。

创建 MQTT 客户端

参数解释

client_id="myClient1" 为客户端分配一个唯一标识符。

clean_session=True 如果为 True，客户端断开连接时不会存储会话数据。

protocol=mqtt.MQTTv311 指定 MQTT 版本为 3.1.1。

transport="tcp" 使用 TCP 连接（也可以使用 WebSocket）。

连接到代理

mqtt_client_1.connect("127.0.0.1", port=1883, keepalive=240)

向主题发布消息

mqtt_client_1.publish("robotcell1/temperature", payload=25)

这将向主题 robotcell1/temperature 发送一条消息（25）。任何订阅该主题的客户端将立即收到此消息。

保留消息与非保留消息

保留消息（retain=True）

保留消息会持久化存储在代理上，确保新订阅者能立即收到最后一条消息。

mqtt_client_1.publish("robotcell1/temperature", payload=666, retain=True)

非保留消息（retain=False）

非保留消息仅在发送时被活动订阅者接收。

服务质量（QoS）级别

MQTT 支持三种消息传递保证级别：

订阅主题

all_messages = []def on_message(client, userdata, msg):    print(f"Client: {userdata} | Topic: {msg.topic} | Message: {msg.payload} | Retained: {msg.retain}")    all_messages.append(msg)mqtt_client_2 = mqtt.Client()mqtt_client_2.on_message = on_messagemqtt_client_2.connect("127.0.0.1", port=1883, keepalive=240)mqtt_client_2.subscribe("robotcell1/temperature", qos=0)mqtt_client_2.loop_start()

持久会话

默认情况下，当 MQTT 客户端断开连接时，它会丢失所有订阅。如果 clean_session=False，代理会记住：

客户端的订阅。

客户端错过的任何 QoS 1 或 2 消息。

mqtt_client_1 = mqtt.Client(client_id="myClient1", clean_session=False)

结论

MQTT 是一种强大且轻量级的实时消息协议。通过利用发布者、订阅者、代理、QoS 级别和保留消息，您可以构建一个适用于物联网及其他领域的健壮消息系统。

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