MQTT QoS（服务质量）介绍

￡神魔★判官ぃ 2022-12-20 02:56 221阅读 0赞

[MQTT 协议][MQTT] 中规定了消息服务质量（Quality of Service），它保证了在不同的网络环境下消息传递的可靠性，QoS 的设计是 MQTT 协议里的重点。作为专为物联网场景设计的协议，MQTT 的运行场景不仅仅是 PC，而是更广泛的窄带宽网络和低功耗设备，如果能在协议层解决传输质量的问题，将为物联网应用的开发提供极大便利。

## MQTT QoS 等级 ##

MQTT 设计了 3 个 QoS 等级。

*  QoS 0：消息最多传递一次，如果当时客户端不可用，则会丢失该消息。
 *  QoS 1：消息传递至少 1 次。
 *  QoS 2：消息仅传送一次。

QoS 0 是一种 "fire and forget" 的消息发送模式：Sender (可能是 Publisher 或者 Broker) 发送一条消息之后，就不再关心它有没有发送到对方，也不设置任何重发机制。

QoS 1 包含了简单的重发机制，Sender 发送消息之后等待接收者的 ACK，如果没收到 ACK 则重新发送消息。这种模式能保证消息至少能到达一次，但无法保证消息重复。

QoS 2 设计了重发和重复消息发现机制，保证消息到达对方并且严格只到达一次。

## 工作原理 ##

QoS 0 - 最多分发一次

当 QoS 为 0 时，**消息的分发依赖于底层网络的能力**。发布者只会发布一次消息，接收者不会应答消息，发布者也不会储存和重发消息。消息在这个等级下具有最高的传输效率，但可能送达一次也可能根本没送达。

![MQTT\_1.png][MQTT_1.png]

Qos 1 - 至少分发一次

当 QoS 为 1 时，可以保证消息至少送达一次。MQTT 通过简单的 ACK 机制来保证 QoS 1。发布者会发布消息，并等待接收者的 **PUBACK 报文**的应答，如果在规定的时间内没有收到 PUBACK 的应答，发布者会将消息的 DUP 置为 1 并重发消息。接收者接收到 QoS 为 1 的消息时应该回应 PUBACK 报文，接收者可能会多次接受同一个消息，无论 DUP 标志如何，接收者都会将收到的消息当作一个新的消息并发送 PUBACK 报文应答。

![MQTT\_2.png][MQTT_2.png]

QoS 2 - 只分发一次

当 QoS 为 2 时，发布者和订阅者通过两次会话来保证消息只被传递一次，这是最高等级的服务质量，**消息丢失和重复都是不可接受的**。使用这个服务质量等级会有额外的开销。

发布者发布 QoS 为 2 的消息之后，会将发布的消息储存起来并等待接收者回复 PUBREC 的消息，发送者收到 PUBREC 消息后，它就可以安全丢弃掉之前的发布消息，因为它已经知道接收者成功收到了消息。发布者会保存 PUBREC 消息并应答一个 PUBREL，等待接收者回复 PUBCOMP 消息，当发送者收到 PUBCOMP 消息之后会清空之前所保存的状态。

当接收者接收到一条 QoS 为 2 的 PUBLISH 消息时，他会处理此消息并返回一条 PUBREC 进行应答。当接收者收到 PUBREL 消息之后，它会丢弃掉所有已保存的状态，并回复 PUBCOMP。

无论在传输过程中何时出现丢包，发送端都负责重发上一条消息。不管发送端是 Publisher 还是 Broker，都是如此。因此，接收端也需要对每一条命令消息都进行应答。

![MQTT\_3.png][MQTT_3.png]

## QoS 在发布与订阅中的区别 ##

MQTT 发布与订阅操作中的 QoS 代表了不同的含义，发布时的 QoS 表示消息发送到服务端时使用的 QoS，订阅时的 QoS 表示服务端向自己转发消息时可以使用的最大 QoS。

*  当客户端 A 的发布 QoS 大于客户端 B 的订阅 QoS 时，服务端向客户端 B 转发消息时使用的 QoS 为客户端 B 的订阅 QoS。
 *  当客户端 A 的发布 QoS 小于客户端 B 的订阅 QoS 时，服务端向客户端 B 转发消息时使用的 QoS 为客户端 A 的发布 QoS。

不同情况下客户端收到的消息 QoS 可参考下表：

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>发布消息的 QoS</th> 
   <th>主题订阅的 QoS</th> 
   <th>接收消息的 QoS</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>0</td> 
   <td>0</td> 
   <td>0</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>0</td> 
   <td>1</td> 
   <td>0</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>0</td> 
   <td>2</td> 
   <td>0</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>1</td> 
   <td>0</td> 
   <td>0</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>1</td> 
   <td>1</td> 
   <td>1</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>1</td> 
   <td>2</td> 
   <td>1</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>2</td> 
   <td>0</td> 
   <td>0</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>2</td> 
   <td>1</td> 
   <td>1</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>2</td> 
   <td>2</td> 
   <td>2</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

## 如何选择 MQTT QoS 等级 ##

QoS 级别越高，流程越复杂，系统资源消耗越大。应用程序可以根据自己的网络场景和业务需求，选择合适的 QoS 级别。

以下情况下可以选择 QoS 0

*  可以接受消息偶尔丢失。
 *  在同一个子网内部的服务间的消息交互，或其他客户端与服务端网络非常稳定的场景。

以下情况下可以选择 QoS 1

*  对系统资源消耗较为关注，希望性能最优化。
 *  消息不能丢失，但能接受并处理重复的消息。

以下情况下可以选择 QoS 2

*  不能忍受消息丢失（消息的丢失会造成生命或财产的损失），且不希望收到重复的消息。
 *  数据完整性与及时性要求较高的银行、消防、航空等行业。

[MQTT]: https://www.emqx.io/cn/mqtt
[MQTT_1.png]: /images/20221120/fb00ad69742a48839b849ec900583bed.png
[MQTT_2.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/74ec8fc86ef249866d941356103e6c6a.png
[MQTT_3.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/e82766893f04c900081dcccb96aa6af0.png