MQTT簡介

MQTT 全稱為 Message Queuing Telemetry Transport（訊息佇列遙測傳輸）是一種基於釋出/訂閱正規化的“輕量級”訊息協議。該協議構建於TCP/IP協議上。

MQTT協議是輕量、簡單、開放和易於實現的，這些特點使它適用範圍非常廣泛。在很多情況下，包括受限的環境中，如：機器與機器（M2M）通訊和物聯網（IoT）。

其在，通過衛星鏈路通訊感測器、偶爾撥號的醫療裝置、智慧家居、及一些小型化裝置中已廣泛使用。

MQTT特點

1、使用釋出/訂閱訊息模式，提供一對多的訊息釋出，解除應用程式耦合。該協議需要客戶端和服務端，而協議中主要有三種身份：釋出者（Publisher）、代理（Broker，伺服器）、訂閱者（Subscriber）。其中，訊息的釋出者和訂閱者都是客戶端，訊息代理是伺服器，而訊息釋出者可以同時是訂閱者，實現了生產者與消費者的脫耦；

2、對負載內容遮蔽的訊息傳輸；

3、使用 TCP/IP 提供網路連線；

4、有三種訊息釋出服務質量：

• “至多一次”，訊息釋出完全依賴底層 TCP/IP 網路。會發生訊息丟失或重複。這一級別可用於如下情況，環境感測器資料，丟失一次讀記錄無所謂，因為不久後還會有第二次傳送。
• “至少一次”，確保訊息到達，但訊息重複可能會發生。
• “只有一次”，確保訊息到達一次。這一級別可用於如下情況，在計費系統中，訊息重複或丟失會導致不正確的結果。
  

5、小型傳輸，開銷很小（固定長度的頭部是 2 位元組），協議交換最小化，以降低網路流量；

6、使用 Last Will 和 Testament 特性通知有關各方客戶端異常中斷的機制。

原理

MQTT協議有三種身份：釋出者、代理、訂閱者，釋出者和訂閱者都為客戶端，代理為伺服器，同時訊息的釋出者也可以是訂閱者（為了節約記憶體和流量釋出者和訂閱者一般都會定義在一起）。

MQTT傳輸的訊息分為主題（Topic，可理解為訊息的型別，訂閱者訂閱後，就會收到該主題的訊息內容（payload））和負載（payload，可以理解為訊息的內容）兩部分。

1.MQTT協議實現方式

實現MQTT協議需要客戶端和伺服器端通訊完成，在通訊過程中，MQTT協議中有三種身份：釋出者（Publish）、代理（Broker）（伺服器）、訂閱者（Subscribe）。其中，訊息的釋出者和訂閱者都是客戶端，訊息代理是伺服器，訊息釋出者可以同時是訂閱者。

MQTT傳輸的訊息分為：主題（Topic）和負載（payload）兩部分：

（1）Topic，可以理解為訊息的型別，訂閱者訂閱（Subscribe）後，就會收到該主題的訊息內容（payload）；

（2）payload，可以理解為訊息的內容，是指訂閱者具體要使用的內容。

2.網路傳輸與應用訊息

MQTT會構建底層網路傳輸：它將建立客戶端到伺服器的連線，提供兩者之間的一個有序的、無損的、基於位元組流的雙向傳輸。

當應用資料通過MQTT網路傳送時，MQTT會把與之相關的服務質量（QoS）和主題名（Topic）相關連。

3.MQTT客戶端

一個使用MQTT協議的應用程式或者裝置，它總是建立到伺服器的網路連線。客戶端可以：

（1）釋出其他客戶端可能會訂閱的資訊；

（2）訂閱其它客戶端釋出的訊息；

（3）退訂或刪除應用程式的訊息；

（4）斷開與伺服器連線。

4.MQTT服務端

MQTT伺服器以稱為"訊息代理"（Broker），可以是一個應用程式或一臺裝置。它是位於訊息釋出者和訂閱者之間，它可以：

（1）接受來自客戶的網路連線；

（2）接受客戶釋出的應用資訊；

（3）處理來自客戶端的訂閱和退訂請求；

（4）向訂閱的客戶轉發應用程式訊息。

5.MQTT協議中的訂閱、主題、會話

一、訂閱（Subscription）

訂閱包含主題篩選器（Topic Filter）和最大服務質量（QoS）。訂閱會與一個會話（Session）關聯。一個會話可以包含多個訂閱。每一個會話中的每個訂閱都有一個不同的主題篩選器。

二、會話（Session）

每個客戶端與伺服器建立連線後就是一個會話，客戶端和伺服器之間有狀態互動。會話存在於一個網路之間，也可能在客戶端和伺服器之間跨越多個連續的網路連線。

三、主題名（Topic Name）

連線到一個應用程式訊息的標籤，該標籤與伺服器的訂閱相匹配。伺服器會將訊息傳送給訂閱所匹配標籤的每個客戶端。

四、主題篩選器（Topic Filter）

一個對主題名萬用字元篩選器，在訂閱表示式中使用，表示訂閱所匹配到的多個主題。

五、負載（Payload）

訊息訂閱者所具體接收的內容。

6.MQTT協議中的方法

MQTT協議中定義了一些方法（也被稱為動作），來於表示對確定資源所進行操作。這個資源可以代表預先存在的資料或動態生成資料，這取決於伺服器的實現。通常來說，資源指伺服器上的檔案或輸出。主要方法有：

（1）Connect。等待與伺服器建立連線。

（2）Disconnect。等待MQTT客戶端完成所做的工作，並與伺服器斷開TCP/IP會話。

（3）Subscribe。等待完成訂閱。

（4）UnSubscribe。等待伺服器取消客戶端的一個或多個topics訂閱。

（5）Publish。MQTT客戶端傳送訊息請求，傳送完成後返回應用程式執行緒。

7.應用場景

因為它傳輸訊息具有非同步性（釋出訂閱模式），同時該協議本身的輕量特定，因此可用於輕量級應用，

可作為物聯網的通訊元件使用，例如樹莓派上完全可以搭建一個mqtt伺服器，當未來智慧家居全面普及的時候，

家居中的訊息通訊都可用此實現，如智慧冰箱溫度檢測，房間溫度檢測等資訊都能通過mqtt去實現，遙感資料、

汽車檢測資料、智慧家居、智慧城市、醫療醫護都具有應用場景。

客戶端

#!/usr/bin/env python 
# encoding: utf-8 
""" 
@version: v1.0 
@author: W_H_J 
@license: Apache Licence 
@contact: [email protected] 
@software: PyCharm 
@file: clicentMqttTest.py 
@time: 2019/2/22 14:19 
@describe: mqtt客戶端
"""
import json
import sys
import os
import paho.mqtt.client as mqtt
import time
 
sys.path.append(os.path.abspath(os.path.dirname(__file__) + '/' + '..'))
sys.path.append("..")
 
TASK_TOPIC = 'test' # 客戶端釋出訊息主題
 
client_id = time.strftime('%Y%m%d%H%M%S',time.localtime(time.time()))
"""
client_id是連線到代理。如果client_id的長度為零或為零，則行為為由使用的協議版本定義。如果使用MQTT v3.1.1，
那麼一個零長度的客戶機id將被髮送到代理，代理將被髮送為客戶端生成一個隨機變數。如果使用MQTT v3.1，那麼id將是
隨機生成的。在這兩種情況下，clean_session都必須為True。如果這在這種情況下不會產生ValueError。
注意：一般情況下如果客戶端服務端啟用兩個監聽那麼客戶端client_id 不能與伺服器相同，如這裡用時間"20190222142358"作為它的id，
如果與伺服器id相同，則無法接收到訊息
"""
client = mqtt.Client(client_id,transport='tcp')
 
client.connect("127.0.0.1",1883,60) # 此處埠預設為1883，通訊埠期keepalive預設60
client.loop_start()
 
 
def clicent_main(message: str):
  """
  客戶端釋出訊息
  :param message: 訊息主體
  :return:
  """
  time_now = time.strftime('%Y-%m-%d %H-%M-%S',time.localtime(time.time()))
  payload = {"msg": "%s" % message,"data": "%s" % time_now}
  # publish(主題：Topic; 訊息內容)
  client.publish(TASK_TOPIC,json.dumps(payload,ensure_ascii=False))
  print("Successful send message!")
  return True
if __name__ == '__main__':
  msg = "我是一條測試資料！"
  clicent_main(msg)
client

服務端

#!/usr/bin/env python 
# encoding: utf-8 
""" 
@version: v1.0 
@author: W_H_J 
@license: Apache Licence 
@contact: [email protected] 
@software: PyCharm 
@file: serverMqttTest.py 
@time: 2019/2/22 14:35 
@describe: mqtt 服務端
"""
import json
import sys
import os
import time
import paho.mqtt.client as mqtt
sys.path.append(os.path.abspath(os.path.dirname(__file__) + '/' + '..'))
sys.path.append("..")
 
REPORT_TOPIC = 'test' # 主題
 
 
def on_connect(client,userdata,flags,rc):
  print('connected to mqtt with resurt code ',rc)
  client.subscribe(REPORT_TOPIC) # 訂閱主題
 
 
def on_message(client,msg):
  """
  接收客戶端傳送的訊息
  :param client: 連線資訊
  :param userdata: 
  :param msg: 客戶端返回的訊息
  :return: 
  """
  print("Start server!")
  payload = json.loads(msg.payload.decode('utf-8'))
  print(payload)
 
 
def server_conenet(client):
  client.on_connect = on_connect # 啟用訂閱模式
  client.on_message = on_message # 接收訊息
  client.connect("127.0.0.1",60) # 連結
  # client.loop_start()  # 以start方式執行，需要啟動一個守護執行緒，讓服務端執行，否則會隨主執行緒死亡
  client.loop_forever()  # 以forever方式阻塞執行。
 
 
def server_stop(client):
  client.loop_stop() # 停止服務端
  sys.exit(0)
 
 
def server_main():
  client_id = time.strftime('%Y%m%d%H%M%S',time.localtime(time.time()))
  client = mqtt.Client(client_id,transport='tcp')
  server_conenet(client)
 
 
if __name__ == '__main__':
  # 啟動監聽
  server_main()

server

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