MQTT介绍与使用

╰+攻爆jí腚メ 2021-09-21 05:48 554阅读 0赞

# [MQTT介绍与使用][MQTT] #

**目录**

*  [一、MQTT简介][MQTT 1]
 *  [二、特性][Link 1]
 *  [三、实现方式　　][Link 2]
 *  [四、MQTT的搭建（ubuntu）][MQTT_ubuntu]
 *  [五、MQTT权限配置][MQTT 2]
 *  [六、MQTT实现（Java语言）][MQTT_Java]

**正文**

物联网是新一代信息技术的重要组成部分，也是“信息化”时代的重要发展阶段。其英文名称是：“Internet of things（IoT）”。顾名思义，物联网就是物物相连的互联网。这有两层意思：其一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；其二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通信，也就是物物相息。物联网通过智能感知、识别技术与普适计算等通信感知技术，广泛应用于网络的融合中，也因此被称为继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮。

而在物联网的应用上，对于信息传输，MQTT是一种再合适不过的协议工具了。

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# 一、MQTT简介 #

MQTT（Message Queuing Telemetry Transport，消息队列遥测传输协议），是一种基于发布/订阅（publish/subscribe）模式的轻量级协议，该协议构建于TCP/IP协议之上，MQTT最大优点在于，可以以极少的代码和有限的带宽，为连接远程设备提供实时可靠的消息服务。作为一种低开销、低带宽占用的即时通讯协议，使其在物联网、小型设备、移动应用等方面有较广泛的应用。

MQTT是一个基于客户端-服务器的消息发布/订阅传输协议。MQTT协议是轻量、简单、开放和易于实现的，这些特点使它适用范围非常广泛。在很多情况下，包括受限的环境中，如：机器与机器（M2M）通信和物联网（IoT）。其在，通过卫星链路通信传感器、偶尔拨号的医疗设备、智能家居、及一些小型化设备中已广泛使用。

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# 二、特性 #

MQTT协议工作在低带宽、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，它具有以下主要的几项特性：

（1）使用发布/订阅消息模式，提供一对多的消息发布，解除应用程序耦合。

（2）对负载内容屏蔽的消息传输。

（3）使用TCP/IP提供网络连接。

主流的MQTT是基于TCP连接进行数据推送的，但是同样有基于UDP的版本，叫做MQTT-SN。这两种版本由于基于不同的连接方式，优缺点自然也就各有不同了。

（4）有三种消息发布服务质量：

“至多一次”，消息发布完全依赖底层TCP/IP网络。会发生消息丢失或重复。这一级别可用于如下情况，环境传感器数据，丢失一次读记录无所谓，因为不久后还会有第二次发送。这一种方式主要普通APP的推送，倘若你的智能设备在消息推送时未联网，推送过去没收到，再次联网也就收不到了。

“至少一次”，确保消息到达，但消息重复可能会发生。

“只有一次”，确保消息到达一次。在一些要求比较严格的计费系统中，可以使用此级别。在计费系统中，消息重复或丢失会导致不正确的结果。这种最高质量的消息发布服务还可以用于即时通讯类的APP的推送，确保用户收到且只会收到一次。

（5）小型传输，开销很小（固定长度的头部是2字节），协议交换最小化，以降低网络流量。

这就是为什么在介绍里说它非常适合“在物联网领域，传感器与服务器的通信，信息的收集”，要知道嵌入式设备的运算能力和带宽都相对薄弱，使用这种协议来传递消息再适合不过了。

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# 三、实现方式　　 #

实现MQTT协议需要客户端和服务器端通讯完成，在通讯过程中，MQTT协议中有三种身份：发布者（Publish）、代理（Broker）（服务器）、订阅者（Subscribe）。其中，消息的发布者和订阅者都是客户端，消息代理是服务器，消息发布者可以同时是订阅者。

MQTT传输的消息分为：主题（Topic）和负载（payload）两部分：

（1）Topic，可以理解为消息的类型，订阅者订阅（Subscribe）后，就会收到该主题的消息内容（payload）；

（2）payload，可以理解为消息的内容，是指订阅者具体要使用的内容。

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# 四、MQTT的搭建（ubuntu） #

1、apt-get安装mqtt相关包

![format_png][]

![format_png 1][]

2、测试mosquitto是否正确运行

![format_png 2][]

3、本机终端测试mqtt

打开一个终端，订阅主题

mosquitto_sub -h 192.168.1.102 -t "mqtt" -v

【-h】指定要连接的MQTT服务器   
　　【-t】订阅主题，此处为mqtt   
　　【-v】打印更多的调试信息

再打开一个终端，发布主题

mosquitto_pub -h 192.168.1.102 -t "mqtt" -m "Hello Stonegeek"

【-h】指定要连接的MQTT服务器   
　　【-t】向指定主题推送消息   
　　【-m】指定消息内容

结果展示

![format_png 3][]

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# 五、MQTT权限配置 #

前面我们基于Mosquitto服务器已经搭建成功了，但是默认是允许匿名用户登录，对于正式上线的项目则是需要进行用户认证（当然，用户一般都会与数据库映射，不过在这里我们就会直接将用户写入配置文件中）

1、Mosquitto服务器的配置文件为/etc/mosquitto/mosquitto.conf，关于用户认证的方式和读取的配置都在这个文件中进行

配置文件参数说明：

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>ID</td> 
   <td>allow_anonymous</td> 
   <td>password_file　</td> 
   <td>acl_file</td> 
   <td>result</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>1</td> 
   <td>True(默认)</td> 
   <td>&nbsp;</td> 
   <td>&nbsp;</td> 
   <td>允许匿名方式登录</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>2</td> 
   <td>False</td> 
   <td>password_file</td> 
   <td>&nbsp;</td> 
   <td>开启用户验证机制</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>3</td> 
   <td>False</td> 
   <td>password_file</td> 
   <td>acl_file</td> 
   <td>开启用户验证机制，但访问控制不起作用</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>4</td> 
   <td>True</td> 
   <td>password_file</td> 
   <td>acl_file</td> 
   <td>用户名及密码不为空，将自动进行用户验证且受到访问控制的限制；用户名及密码为空，将不进行用户验证且受到访问控制的限制</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>5</td> 
   <td>False</td> 
   <td>&nbsp;</td> 
   <td>&nbsp;</td> 
   <td>无法启动服务</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

allow\_anonymous允许匿名

password-file密码文件

acl\_file访问控制列表

2、修改配置文件

命令：sudo vi /etc/mosquitto/mosquitto.conf

![format_png 4][]

3、添加用户信息

![format_png 5][]

命令解释： -c 创建一个用户、/etc/mosquitto/pwfile.example 是将用户创建到 pwfile.example  文件中、admin 是用户名。

同样连续会提示连续输入两次密码。注意第二次创建用户时不用加 -c 如果加 -c 会把第一次创建的用户覆盖。

至此两个用户创建成功，此时如果查看 pwfile.example 文件会发现其中多了两个用户。

4、添加Topic和用户的关系

![format_png 6][]

5、用户认证测试

（1）重启Mosquitto步骤

查看mosquitto的进程

命令：ps -aux|grep mosquitto

![format_png 7][]

（2）杀死进程

命令：sudo kill -9 pid

![format_png 8][]

（3）启动

命令：mosquitto -c /etc/mosquitto/mosquitto.conf

（4）订阅端启动（不加用户）

![format_png 9][]

订阅端启动（加用户）

![format_png 10][]

（5）发布端启动

![format_png 11][]

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# 六、MQTT实现（Java语言） #

**注意：由于我们在上面配置了MQTT的用户权限控制，所以下面的用户只能使用stonegeek登录，否则项目会运行报错，而且我们在上面设置的访问控制列表中只有mtopic主题，所以我们必须使用此主题，否则，订阅者会收不到已发布的主题内容（已经测试过了）**

![format_png 12][]

下面是我们Java语言实现的MQTT服务的发布/订阅

1、添加Maven依赖

<dependency>
          <groupId>org.eclipse.paho</groupId>
          <artifactId>org.eclipse.paho.client.mqttv3</artifactId>
          <version>1.1.1</version>
        </dependency>

2、ServerMQTT.class

![复制代码][aHR0cHM6Ly9jb21tb24uY25ibG9ncy5jb20vaW1hZ2VzL2NvcHljb2RlLmdpZg]

package com.stonegeek;
    import org.eclipse.paho.client.mqttv3.MqttClient;
    import org.eclipse.paho.client.mqttv3.MqttConnectOptions;
    import org.eclipse.paho.client.mqttv3.MqttDeliveryToken;
    import org.eclipse.paho.client.mqttv3.MqttException;
    import org.eclipse.paho.client.mqttv3.MqttMessage;
    import org.eclipse.paho.client.mqttv3.MqttPersistenceException;
    import org.eclipse.paho.client.mqttv3.MqttTopic;
    import org.eclipse.paho.client.mqttv3.persist.MemoryPersistence;
    /**
     * Created by StoneGeek on 2018/6/5.
     * 博客地址：http://www.cnblogs.com/sxkgeek
     * 服务器向多个客户端推送主题，即不同客户端可向服务端订阅相同的主题
     */
    public class ServerMQTT {
        //tcp://MQTT安装的服务器地址:MQTT定义的端口号
        public static final String HOST = "tcp://192.168.1.102:1883";
        //定义一个主题
        public static final String TOPIC = "mtopic";
        //定义MQTT的ID，可以在MQTT服务配置中指定
        private static final String clientid = "server11";
    
        private MqttClient client;
        private MqttTopic topic11;
        private String userName = "stonegeek";
        private String passWord = "123456";
    
        private MqttMessage message;
    
        /**
         * 构造函数
         * @throws MqttException
         */
        public ServerMQTT() throws MqttException {
            // MemoryPersistence设置clientid的保存形式，默认为以内存保存
            client = new MqttClient(HOST, clientid, new MemoryPersistence());
            connect();
        }
    
        /**
         *  用来连接服务器
         */
        private void connect() {
            MqttConnectOptions options = new MqttConnectOptions();
            options.setCleanSession(false);
            options.setUserName(userName);
            options.setPassword(passWord.toCharArray());
            // 设置超时时间
            options.setConnectionTimeout(10);
            // 设置会话心跳时间
            options.setKeepAliveInterval(20);
            try {
                client.setCallback(new PushCallback());
                client.connect(options);
    
                topic11 = client.getTopic(TOPIC);
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    
        /**
         *
         * @param topic
         * @param message
         * @throws MqttPersistenceException
         * @throws MqttException
         */
        public void publish(MqttTopic topic , MqttMessage message) throws MqttPersistenceException,
                MqttException {
            MqttDeliveryToken token = topic.publish(message);
            token.waitForCompletion();
            System.out.println("message is published completely! "
                    + token.isComplete());
        }
    
        /**
         *  启动入口
         * @param args
         * @throws MqttException
         */
        public static void main(String[] args) throws MqttException {
            ServerMQTT server = new ServerMQTT();
    
            server.message = new MqttMessage();
            server.message.setQos(1);
            server.message.setRetained(true);
            server.message.setPayload("hello,topic11".getBytes());
            server.publish(server.topic11 , server.message);
            System.out.println(server.message.isRetained() + "------ratained状态");
        }
    }

![复制代码][aHR0cHM6Ly9jb21tb24uY25ibG9ncy5jb20vaW1hZ2VzL2NvcHljb2RlLmdpZg]

3、ClientMQTT.class

![复制代码][aHR0cHM6Ly9jb21tb24uY25ibG9ncy5jb20vaW1hZ2VzL2NvcHljb2RlLmdpZg]

package com.stonegeek;
    import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;
    import org.eclipse.paho.client.mqttv3.MqttClient;
    import org.eclipse.paho.client.mqttv3.MqttConnectOptions;
    import org.eclipse.paho.client.mqttv3.MqttException;
    import org.eclipse.paho.client.mqttv3.MqttTopic;
    import org.eclipse.paho.client.mqttv3.persist.MemoryPersistence;
    /**
     * Created by StoneGeek on 2018/6/5.
     * 博客地址：http://www.cnblogs.com/sxkgeek
     */
    public class ClientMQTT {
        public static final String HOST = "tcp://192.168.1.102:1883";
        public static final String TOPIC = "mtopic";
        private static final String clientid = "client11";
        private MqttClient client;
        private MqttConnectOptions options;
        private String userName = "stonegeek";
        private String passWord = "123456";
    
        private ScheduledExecutorService scheduler;
    
        private void start() {
            try {
                // host为主机名，clientid即连接MQTT的客户端ID，一般以唯一标识符表示，MemoryPersistence设置clientid的保存形式，默认为以内存保存
                client = new MqttClient(HOST, clientid, new MemoryPersistence());
                // MQTT的连接设置
                options = new MqttConnectOptions();
                // 设置是否清空session,这里如果设置为false表示服务器会保留客户端的连接记录，这里设置为true表示每次连接到服务器都以新的身份连接
                options.setCleanSession(true);
                // 设置连接的用户名
                options.setUserName(userName);
                // 设置连接的密码
                options.setPassword(passWord.toCharArray());
                // 设置超时时间 单位为秒
                options.setConnectionTimeout(10);
                // 设置会话心跳时间 单位为秒 服务器会每隔1.5*20秒的时间向客户端发送个消息判断客户端是否在线，但这个方法并没有重连的机制
                options.setKeepAliveInterval(20);
                // 设置回调
                client.setCallback(new PushCallback());
                MqttTopic topic = client.getTopic(TOPIC);
                //setWill方法，如果项目中需要知道客户端是否掉线可以调用该方法。设置最终端口的通知消息
                options.setWill(topic, "close".getBytes(), 2, true);
    
                client.connect(options);
                //订阅消息
                int[] Qos  = {1};
                String[] topic1 = {TOPIC};
                client.subscribe(topic1, Qos);
    
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    
        public static void main(String[] args) throws MqttException {
            ClientMQTT client = new ClientMQTT();
            client.start();
        }
    }

![复制代码][aHR0cHM6Ly9jb21tb24uY25ibG9ncy5jb20vaW1hZ2VzL2NvcHljb2RlLmdpZg]

4、PushCallback.class

![复制代码][aHR0cHM6Ly9jb21tb24uY25ibG9ncy5jb20vaW1hZ2VzL2NvcHljb2RlLmdpZg]

package com.stonegeek;
    
    import org.eclipse.paho.client.mqttv3.MqttCallback;
    import org.eclipse.paho.client.mqttv3.IMqttDeliveryToken;
    import org.eclipse.paho.client.mqttv3.MqttMessage;
    
    /**
     * Created by StoneGeek on 2018/6/5.
     * 博客地址：http://www.cnblogs.com/sxkgeek
     * 发布消息的回调类 
     *
     * 必须实现MqttCallback的接口并实现对应的相关接口方法CallBack 类将实现 MqttCallBack。 
     * 每个客户机标识都需要一个回调实例。在此示例中，构造函数传递客户机标识以另存为实例数据。 
     * 在回调中，将它用来标识已经启动了该回调的哪个实例。 
     * 必须在回调类中实现三个方法： 
     *
     *  public void messageArrived(MqttTopic topic, MqttMessage message)接收已经预订的发布。 
     *
     *  public void connectionLost(Throwable cause)在断开连接时调用。 
     *
     *  public void deliveryComplete(MqttDeliveryToken token)) 
     *  接收到已经发布的 QoS 1 或 QoS 2 消息的传递令牌时调用。 
     *  由 MqttClient.connect 激活此回调。 
     */
    public class PushCallback implements MqttCallback{
        public void connectionLost(Throwable cause) {
            // 连接丢失后，一般在这里面进行重连
            System.out.println("连接断开，可以做重连");
        }
    
        public void deliveryComplete(IMqttDeliveryToken token) {
            System.out.println("deliveryComplete---------" + token.isComplete());
        }
    
        public void messageArrived(String topic, MqttMessage message) throws Exception {
            // subscribe后得到的消息会执行到这里面
            System.out.println("接收消息主题 : " + topic);
            System.out.println("接收消息Qos : " + message.getQos());
            System.out.println("接收消息内容 : " + new String(message.getPayload()));
        }
    }

![复制代码][aHR0cHM6Ly9jb21tb24uY25ibG9ncy5jb20vaW1hZ2VzL2NvcHljb2RlLmdpZg]

5、结果展示

![format_png 13][]

![format_png 14][]

[MQTT]: https://www.cnblogs.com/sxkgeek/p/9140180.html
[MQTT 1]: https://www.cnblogs.com/sxkgeek/p/9140180.html#_label0
[Link 1]: https://www.cnblogs.com/sxkgeek/p/9140180.html#_label1
[Link 2]: https://www.cnblogs.com/sxkgeek/p/9140180.html#_label2
[MQTT_ubuntu]: https://www.cnblogs.com/sxkgeek/p/9140180.html#_label3
[MQTT 2]: https://www.cnblogs.com/sxkgeek/p/9140180.html#_label4
[MQTT_Java]: https://www.cnblogs.com/sxkgeek/p/9140180.html#_label5
[Link 3]: https://www.cnblogs.com/sxkgeek/p/9140180.html#_labelTop
[format_png]: /images/20210920/e574b03e787140f295918bb1749265d7.png
[format_png 1]: /images/20210920/4c149bf11b294c009e74832d4d8e0ceb.png
[format_png 2]: /images/20210920/59e422fd201c4faea75b649ada55a57e.png
[format_png 3]: /images/20210920/491cab78b060499aa69f5b65319441b6.png
[format_png 4]: /images/20210920/2f9c874998f74465a5eb243472af7190.png
[format_png 5]: /images/20210920/8b165abf969545da9bb3a805a8e5cac6.png
[format_png 6]: /images/20210920/d48ac4a67bd54eb4945bd01572210187.png
[format_png 7]: /images/20210920/d7e7ed4f513e4c71a27e8cd749622782.png
[format_png 8]: /images/20210920/455b2c2e9c4f4a5c9291f20488047032.png
[format_png 9]: /images/20210920/65cfda3c8b4c4dd488e4275749596085.png
[format_png 10]: /images/20210920/c4b543c58dc94cff8ce5dca1d62aa64c.png
[format_png 11]: /images/20210920/51d3b2a2b7e848f095818a7fd27f3145.png
[format_png 12]: /images/20210920/6114215d1ec0453bbb105b37ccd7f9fb.png
[aHR0cHM6Ly9jb21tb24uY25ibG9ncy5jb20vaW1hZ2VzL2NvcHljb2RlLmdpZg]: /images/20210920/c23551bc8562460f893610650ff2c5bb.png
[format_png 13]: /images/20210920/5a44abffaeac4ad8916384e0b5791a04.png
[format_png 14]: /images/20210920/4ef5786f0f704ecb916782fdf2d76b83.png