MQTT簡介
MQTT 全稱為 Message Queuing Telemetry Transport（消息隊列遙測傳輸）是一種基于發(fā)布/訂閱范式的“輕量級”消息協(xié)議。該協(xié)議構(gòu)建于TCP/IP協(xié)議上。
MQTT協(xié)議是輕量、簡單、開放和易于實現(xiàn)的，這些特點使它適用范圍非常廣泛。在很多情況下，包括受限的環(huán)境中，如：機器與機器（M2M）通信和物聯(lián)網(wǎng)（IoT）。
其在，通過衛(wèi)星鏈路通信傳感器、偶爾撥號的醫(yī)療設(shè)備、智能家居、及一些小型化設(shè)備中已廣泛使用。
MQTT特點
1、使用發(fā)布/訂閱消息模式，提供一對多的消息發(fā)布，解除應(yīng)用程序耦合。該協(xié)議需要客戶端和服務(wù)端，而協(xié)議中主要有三種身份：發(fā)布者（Publisher）、代理（Broker，服務(wù)器）、訂閱者（Subscriber）。其中，消息的發(fā)布者和訂閱者都是客戶端，消息代理是服務(wù)器，而消息發(fā)布者可以同時是訂閱者，實現(xiàn)了生產(chǎn)者與消費者的脫耦；
2、對負載內(nèi)容屏蔽的消息傳輸；
3、使用 TCP/IP 提供網(wǎng)絡(luò)連接；
4、有三種消息發(fā)布服務(wù)質(zhì)量：
- “至多一次”，消息發(fā)布完全依賴底層 TCP/IP 網(wǎng)絡(luò)。會發(fā)生消息丟失或重復。這一級別可用于如下情況，環(huán)境傳感器數(shù)據(jù)，丟失一次讀記錄無所謂，因為不久后還會有第二次發(fā)送。
- “至少一次”，確保消息到達，但消息重復可能會發(fā)生。
- “只有一次”，確保消息到達一次。這一級別可用于如下情況，在計費系統(tǒng)中，消息重復或丟失會導致不正確的結(jié)果。
5、小型傳輸，開銷很小（固定長度的頭部是 2 字節(jié)），協(xié)議交換最小化，以降低網(wǎng)絡(luò)流量；
6、使用 Last Will 和 Testament 特性通知有關(guān)各方客戶端異常中斷的機制。
原理
MQTT協(xié)議有三種身份：發(fā)布者、代理、訂閱者，發(fā)布者和訂閱者都為客戶端，代理為服務(wù)器，同時消息的發(fā)布者也可以是訂閱者（為了節(jié)約內(nèi)存和流量發(fā)布者和訂閱者一般都會定義在一起）。
MQTT傳輸?shù)南⒎譃橹黝}（Topic，可理解為消息的類型，訂閱者訂閱后，就會收到該主題的消息內(nèi)容（payload））和負載（payload，可以理解為消息的內(nèi)容）兩部分。
1.MQTT協(xié)議實現(xiàn)方式
實現(xiàn)MQTT協(xié)議需要客戶端和服務(wù)器端通訊完成，在通訊過程中，MQTT協(xié)議中有三種身份：發(fā)布者（Publish）、代理（Broker）（服務(wù)器）、訂閱者（Subscribe）。其中，消息的發(fā)布者和訂閱者都是客戶端，消息代理是服務(wù)器，消息發(fā)布者可以同時是訂閱者。
MQTT傳輸?shù)南⒎譃椋褐黝}（Topic）和負載（payload）兩部分：
（1）Topic，可以理解為消息的類型，訂閱者訂閱（Subscribe）后，就會收到該主題的消息內(nèi)容（payload）；
（2）payload，可以理解為消息的內(nèi)容，是指訂閱者具體要使用的內(nèi)容。
2.網(wǎng)絡(luò)傳輸與應(yīng)用消息
MQTT會構(gòu)建底層網(wǎng)絡(luò)傳輸：它將建立客戶端到服務(wù)器的連接，提供兩者之間的一個有序的、無損的、基于字節(jié)流的雙向傳輸。
當應(yīng)用數(shù)據(jù)通過MQTT網(wǎng)絡(luò)發(fā)送時，MQTT會把與之相關(guān)的服務(wù)質(zhì)量（QoS）和主題名（Topic）相關(guān)連。
3.MQTT客戶端
一個使用MQTT協(xié)議的應(yīng)用程序或者設(shè)備，它總是建立到服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)連接。客戶端可以：
（1）發(fā)布其他客戶端可能會訂閱的信息；
（2）訂閱其它客戶端發(fā)布的消息；
（3）退訂或刪除應(yīng)用程序的消息；
（4）斷開與服務(wù)器連接。
4.MQTT服務(wù)端
MQTT服務(wù)器以稱為"消息代理"（Broker），可以是一個應(yīng)用程序或一臺設(shè)備。它是位于消息發(fā)布者和訂閱者之間，它可以：
（1）接受來自客戶的網(wǎng)絡(luò)連接；
（2）接受客戶發(fā)布的應(yīng)用信息；
（3）處理來自客戶端的訂閱和退訂請求；
（4）向訂閱的客戶轉(zhuǎn)發(fā)應(yīng)用程序消息。
5.MQTT協(xié)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(wù)質(zhì)量（QoS）。訂閱會與一個會話（Session）關(guān)聯(lián)。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）
每個客戶端與服務(wù)器建立連接后就是一個會話，客戶端和服務(wù)器之間有狀態(tài)交互。會話存在于一個網(wǎng)絡(luò)之間，也可能在客戶端和服務(wù)器之間跨越多個連續(xù)的網(wǎng)絡(luò)連接。
三、主題名（Topic Name）
連接到一個應(yīng)用程序消息的標簽，該標簽與服務(wù)器的訂閱相匹配。服務(wù)器會將消息發(fā)送給訂閱所匹配標簽的每個客戶端。
四、主題篩選器（Topic Filter）
一個對主題名通配符篩選器，在訂閱表達式中使用，表示訂閱所匹配到的多個主題。
五、負載（Payload）
消息訂閱者所具體接收的內(nèi)容。
6.MQTT協(xié)議中的方法
MQTT協(xié)議中定義了一些方法（也被稱為動作），來于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數(shù)據(jù)或動態(tài)生成數(shù)據(jù)，這取決于服務(wù)器的實現(xiàn)。通常來說，資源指服務(wù)器上的文件或輸出。主要方法有：
（1）Connect。等待與服務(wù)器建立連接。
（2）Disconnect。等待MQTT客戶端完成所做的工作，并與服務(wù)器斷開TCP/IP會話。
（3）Subscribe。等待完成訂閱。
（4）UnSubscribe。等待服務(wù)器取消客戶端的一個或多個topics訂閱。
（5）Publish。MQTT客戶端發(fā)送消息請求，發(fā)送完成后返回應(yīng)用程序線程。
7.應(yīng)用場景
因為它傳輸消息具有異步性（發(fā)布訂閱模式），同時該協(xié)議本身的輕量特定，因此可用于輕量級應(yīng)用，
可作為物聯(lián)網(wǎng)的通信組件使用，例如樹莓派上完全可以搭建一個mqtt服務(wù)器，當未來智能家居全面普及的時候，
家居中的消息通訊都可用此實現(xiàn)，如智能冰箱溫度檢測，房間溫度檢測等信息都能通過mqtt去實現(xiàn)，遙感數(shù)據(jù)、
汽車檢測數(shù)據(jù)、智能家居、智慧城市、醫(yī)療醫(yī)護都具有應(yīng)用場景。
客戶端
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#!/usr/bin/env python # encoding: utf-8 """ @version: v1.0 @author: W_H_J @license: Apache Licence @contact: 415900617@qq.com @software: PyCharm @file: clicentMqttTest.py @time: 2019/2/22 14:19 @describe: mqtt客戶端"""import jsonimport sysimport osimport paho.mqtt.client as mqttimport time sys.path.append(os.path.abspath(os.path.dirname(__file__) + '/' + '..'))sys.path.append("..") TASK_TOPIC = 'test' # 客戶端發(fā)布消息主題 client_id = time.strftime('%Y%m%d%H%M%S', time.localtime(time.time()))"""client_id是連接到代理。如果client_id的長度為零或為零，則行為為由使用的協(xié)議版本定義。如果使用MQTT v3.1.1，那么一個零長度的客戶機id將被發(fā)送到代理，代理將被發(fā)送為客戶端生成一個隨機變量。如果使用MQTT v3.1，那么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(chǎn)生ValueError。注意：一般情況下如果客戶端服務(wù)端啟用兩個監(jiān)聽那么客戶端client_id 不能與服務(wù)器相同，如這里用時間"20190222142358"作為它的id，如果與服務(wù)器id相同，則無法接收到消息"""client = mqtt.Client(client_id, transport='tcp') client.connect("127.0.0.1", 1883, 60) # 此處端口默認為1883，通信端口期keepalive默認60client.loop_start() def clicent_main(message: str): """ 客戶端發(fā)布消息 :param message: 消息主體 :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; 消息內(nèi)容) client.publish(TASK_TOPIC, json.dumps(payload, ensure_ascii=False)) print("Successful send message!") return Trueif __name__ == '__main__': msg = "我是一條測試數(shù)據(jù)！" clicent_main(msg)client |
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