一、简述

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"通讯协议，该协议构建于TCP/IP协议上。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。

发布订阅模式：与请求/回答这种同步模式不同，发布/定义模式解耦了发布消息的客户（发布者）与订阅消息的客户（订阅者）之间的关系，这意味着发布者和订阅者之间并不需要直接建立联系。打个比方，我们要看杂志，如果没有邮局的话，我们要看杂志，只能通过出版社将杂志发给消费者。如果有了邮局的话，只要告诉邮局我们所要订的杂志名、投递的地址，付了钱就OK。出版社定期会将出版的杂志交给邮局，邮局会根据订阅的列表，将杂志送达消费者手中。这样我们就可以看到每一期精彩的杂志了。

MQTT是一个基于客户端-服务端的消息发布/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（loT）。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。

二、主要特性

MQTT协议工作在宽带低、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，解除应用程序的耦合。

2、对负载内容屏蔽的消息传输：

可以对消息订阅者所接受到的内容有所屏蔽。（类似于屏蔽消息中的不良言论）

3、使用TCP/IP提供网络连接：

MQTT 是一种连接协议，它指定了如何组织数据字节并通过 TCP/IP 网络传输它们。设备联网，也需要连接到互联网中，在大万维的世界中，TCP 如同汽车，有轮子就能用来运输数据，MQTT 就像是交通规则。在网络模型中，TCP是传输层协议，而 MQTT是在应用层，在 TCP 的上层，因此MQTT 也是基于这个而构建的，提高了可靠性。

4、有三种消息发布服务质量QOS：

“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。这一级别可适用于如下情况，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。这种方式发布消息，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。在一些比较严格的计费系统种，可以使用此级别（钱包助手）。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用于及时通讯类的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，协议交换最小，以降低网络流量。

整体上协议可拆分为：固定头部+可变头部+消息体，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"。

6、使用Last Will和Testament特性通知有关各方服务端异常中断的机制。

Last Will：即遗言机制，用于通知同一主题下的其他设备发送遗言的设备已经断开了连接。

Testament：遗嘱机制，功能类似于Last Will。

注：上述两种方式都是通过代理来完成通知。

三、MQTT协议原理

1、MQTT协议实现方式

实现MQTT协议需要客户端和服务端通讯完成，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，订阅者订阅后（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。

2、网络传输于应用消息

MQTT会构建底层网络传输：它将建立客户端到服务器的连接，提供两者之间的一个有序的、无损的、基于字节流的双向传输。当应用数据通过MQTT网络发送时，MQTT会把与之相关的服务质量（Qos）和主题名（Topic）相关连。

3、MQTT客户端

一个使用MQTT协议的应用程序或者设备，它总是建立到服务器的网络连接。客户端可以：

（1）发布其他客户端可能会订阅的信息；

（2）订阅其他客户端发布的消息；

（3）退订或者删除应用程序的消息；

（4）断开与服务器的连接

4、MQTT服务端

MQTT服务器以称为“消息代理”（Broker），可以是一个应用程序或一台设备。它是位于消息发布者和订阅者之间，它可以：

（1）接受来自客户端的网络连接；

（2）接收客户发布的应用信息；

（3）处理来自客户端的订阅和退订请求；

（4）向订阅的客户转发应用程序消息。

5、MQTT协议中的订阅、主题、会话

（1）订阅（Subscription）包含主题筛选器（Topic Filter）和最大服务质量（Qos）。订阅会与一个会话（Session）关连。一个会话可以包含多个订阅。每一个会话中的每个订阅都有一个不同的主题筛选器。

客户端在成功建立TCP连接之后，发送CONNECT消息，在得到服务器端授权允许建立彼此连接的CONNACK消息之后，客户端会发送SUBSCRIBE消息，订阅感兴趣的Topic主题列表（至少一个主题），订阅的主题名称采用UTF-8编码，然后紧跟着对应的QoS值

（2）会话（Session），每个客户端与服务器建立连接后就是一个会话，客户端和服务器之间有状态交互。会话存在于一个网络之间，也可能在客户端和服务器之间跨越多个联系的网络连接。

（3）主题名（Topic Name），连接到一个应用程序消息的标签，该标签与服务器的订阅相匹配。服务器会将消息发送给订阅所匹配标签的每个客户端。

一个主题可以有多个级别，级别之间用斜杠字符分隔。例如：/message/medchart/default/2098230/android

订阅者的Topic name支持通配符#（支持一个主题内任意级别话题）和+（只匹配一个主题级别的通配符），简单来书就是#可以匹配多层主题，+只能匹配一层主题。

客户端成功订阅某个主题后，代理会返回一条 SUBACK 消息，其中包含一个或多个 returnCode 参数。

（4）主题筛选器（Topic Filter），一个对主题名称通配符筛选器，在订阅表达式中使用，表示订阅所匹配到的多个主题。

（5）负载（payload），消息订阅者所具体接收的内容。

6、MQTT协议中的方法

MQTT协议中定义了一些方法（也被称为动作），来表示对确定资源所进行操作。这个资源可以代表预先存在的数据或动态生成数据，这取决于服务器的实现。通常来说，资源指服务器上的文件或输出。主要方法有：

（1）Connect，等待与服务器建立连接。

（2）Disconnect，等待MQTT客户端完成所做的工作，并与服务器断开TCP/IP会话。

（3）Subscribe，等待完成订阅。

（4）UnSubscribe，等待服务器取消客户端的一个或多个topics订阅。

（5）Publish，MQTT客户端发送消息请求，发送完成后返回应用程序线程。

四、EMQ

EMQ2.0，号称百万级开源MQTT消息服务器，基于高并发的Erlang/OTP语言平台设计，支持百万级连接和分布式集群，发布订阅模式的开源MQTT消息服务器。完整支持MQTT V3.1/V3.1.1协议规范，扩展支持WebSocket、Stomp、CoAP、MQTT-SN或私有TCP协议。

EMQ 消息服务器启动后，会默认加载 Dashboard 插件，启动 Web 管理控制台。用户可通过 Web 控制台，查看服务器运行状态、统计数据、客户端(Client)、会话(Session)、主题(Topic)、订阅(Subscription)、插件(Plugin)

WebSocket工具，可以连接MQTT服务，填写服务的Host、port、path、Client ID、Username、Password、Keep Alive时间

Subscribe中可以填写订阅主题并选择消息质量QoS

Message里面可以给自定义主题发送消息，也可以查看订阅者接受到的消息（订阅者是在connect中建立连接的用户）

从上边的这个消息你会发现，同一条消息的QoS等级不一样，这是为什么呢？

QoS 向下兼容

QoS流，在发送端和接收端是两件不同的事情，当然发送端与接收端QoS的等级也可以不一样。在发送端与broker之间，发送端定义了QoS等级。当broker发送消息到接收端是，接收端决定了QoS的等级

参考文献：

1、MQTT入门介绍：https://www.runoob.com/w3cnote/mqtt-intro.html

2、MQTT协议基本介绍：https://www.jianshu.com/p/ecde412d2eeb