【如何构建商业级别聊天系统】 MQTT 篇（三）MQTT QoS 服务质量

朴灿烈づ我的快乐病毒、 2022-09-05 15:51 95阅读 0赞

### MQTT Quality Of Service 服务质量 ###

#### 什么是服务质量 QoS ？ ####

QoS 是在消息发送方和消息接收方定义的一种协议，其用于保证特定消息的交付级别。

在 MQTT 中有三种 QoS 级别：

*  *At most once* (0) 最多一次
 *  *At least once* (1) 至少一次
 *  *Exactly once* (2) 恰好一次

那么完成这三种级别的消息交付，其付出的代价也是不一样的，我们在选择过程中需要根据实际的场景来进行考量。

在 MQTT 中聊 QoS 时**消息流向**需要从两个方向考虑：

1.  消息发布客户端 -> 代理服务器
2.  代理服务器 -> 消息订阅客户端

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**为何如此？**

**客户端在发布消息**到代理 borker 的时候定义了**发布消息的 QoS** 级别。而代理在将该消息传递给**订阅客户端**时使用的是订阅客户端在**订阅主题时定义的 QoS** ，如果**订阅客户端的 QoS 比 发布客户端的 QoS 小**则该消息会**以较低的 QoS 级别**进行消息的传递。

#### 强调一下 QoS ####

QoS 是 MQTT 协议中一个**极为关键的特性**，QoS 使得服务端**能够选择与其网络服务质量相匹配的服务级别**。MQTT 将保障消息的**可靠传输和重新发送**（即便底层传输是不可靠的），QoS 使得在不可靠的网络中通信更加容易。

#### QoS 0 at most once 至多一次 ####

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最低的 QoS 级别为 0，有时也被叫做 “即发即忘”，消息不会被接受方确认收到，消息发送方也不会进行存储和重新传输。其提供与底层 TCP 协议相同的保证

#### QoS 1 at least once 至多一次 ####

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QoS 1 的级别会保证消息至少有一次可以传递给接受者，发送方存储消息直到他接受到接收方发送的 **PUBACK （发布确认）包**，消息可能被传递一次或者多次。

发送方会使用每个数据包中的 packetId 与对应的 PUBACK 数据包进行匹配，如果发送方在一个合理的时间段内没有收到 PUBACK 包则进行重新发送。

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当接收方在收到 QoS 为 1 的消息时可以立即处理它，如 MQTT 代理 broker 在收到消息的时候可以立即进行处理，将消息发送给订阅者，然后发送 PUBACK 包进行确认。

**重新发送** 如果发送方进行了重新发送，它会设置 DUP 标志为 true。在 QoS 1 中 无论 DUP 如何消息的接收者都会发送 PUBACK 包 。

#### QoS 2 exactly once 恰好一次 ####

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QoS 2 是 MQTT 中级别最高的，这个级别保证消息送达且仅送达一次，QoS 2 是基于接发双方 4 部分握手来实现的，同时也就意味着这个级别，最安全也最低效。

消息发送方和消息接收方使用原始的 PUBLSH 包的 packetId 来协调消息的传递。

当 **消息接收方** 收到 **消息发送方** 的 PUBLSH QoS 2 的数据包时，它可以相应的处理发布消息并 **发送 PUBREC (发布收到) 包** 来响应 **消息发送方** 以确认 PUBLSH 包收到，如果发送方没有收到接收方发来的 PUBREC 包，它会重新发送带有 DUP 标识的 PUBLSH 包直到收到确认为止。

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当 **发送方**接收 到 **接收方** 的 **PUBREC 响应** 的时候，就可以丢弃原始的 PUBLSH 数据包 并以 **PUBREL （发布释放）数据包** 进行响应

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接收方在**收到 PUBREL 数据包**后就可以**丢弃所有相关的存储状态**并发送 **PUBCOMP （发布完成）数据包**给发送方，发送方收到 PUBCOMP 即可丢弃全部相关存储状态。

接收方在未收到 PUBREL 并返回 PUBCOMP 之前需要存储原始的 PUBLSH 的数据包标识符的引用，即 packetId，此用于防止再次处理数据。发送方在收到 PUBCOMP 后该 packetId 方可重复使用。

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当 QoS 2 流传输完成时，收发双方都确认消息已正确交付。

在此过程中如果消息包丢失，发送方有责任在合适的时间内进行重传。同样不论收发双方是 客户端 还是 broker 代理，它们都有责任响应收到的数据。

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**那么 QoS 2 对比 QoS 1 来说记录了 packetId 来进行去重，这个时候就需要进行相关的资源释放所以增加了 PUBREL 和 PUBCOMP 对上两步进行确认收到以便进行资源的释放，其在协议层面进行了消息的去重，QoS 1 的级别则需要在 Broker 或者说 Server 方对消息包进行去重**

总的来说，QoS 2 在协议层面实现了消息的去重，对于低内存的客户端物理设备是更加合适的。如果我们拥有足够的内存那么使用 QoS 1 在应用层的逻辑进行去重无疑是更好的选择。

#### 必须要知道的事 ####

QoS 的某些部分是容易忽略的，但这些点至关重要，你需要牢记。

##### QoS 降级 #####

如上文提到的，我们在考虑消息传递的时候需要考虑两个方面：

客户端发布者 -> 服务端代理

服务端代理 -> 客户端订阅者

这里消息将以最低的 QoS 进行传递。

**这意味着，当你想使用高级别的 QoS 时，需要确保发布订阅双方的 QoS 是一致的，或者将其逻辑在应用层进行处理**

**单个客户端的数据包标识符 packetId 是唯一的**

在 QoS 1 和 QoS 2 级别下 每个客户端在与特定的代理进行交互的时候其 packetId 是唯一的，但在全部的客户端中不唯一。一旦流完成，该 packetId 将可以重用，这种重用机制是 packetId 不需要超过 65535 的原因，同理在为完成交互的情况下，发送超过这个数量的消息是不现实的。

#### 最佳实践 ####

**什么时候使用 QoS 0 ？**

你的应用在大部分情况下建立了稳定持久的连接。

你可以容忍消息有部分的丢失。

你不需要消息队列。只有在 QoS 1 和 2 时消息才会排队。

**什么时候使用 QoS 1 ？**

你需要确保每条消息，并且你的服务可以处理重复数据。QoS 1 是最常用的级别，它保证数据到达，但这会产生重复项，所以你的项目必须可以容忍重复或者可以妥善处理它。

你无法承受 QoS 2 的开销，QoS 1 传递消息的速度要比 QoS 2 快很多。

**什么时候使用 QoS 2 ？**

消息只传达一次对你的项目至关重要，你的项目无法自己妥善处理重复。

可以容忍 QoS 2 更长时间的交互。

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[dying]: https://mp.weixin.qq.com/s/DtC4BJ0-YjIa4iP6yrPrwQ