基于MQTT协议发布订阅

三火哥
195 阅读6分钟

什么是 MQTT？

消息队列遥测传输（MQTT） 是一种常用的轻量级“发布-订阅”消息协议，非常适合通过互联网连接物联网（IoT）或机器对机器（M2M）设备和应用。

MQTT 可在低带宽或低功耗环境中高效运行，因此是有着众多远程客户端应用的理想之选，适用于多个行业，包括消费类电子产品、汽车、运输、制造及医疗行业。

HTTP 与 MQTT 有何区别？

HTTP 和 MQTT 都是用于通过互联网传输数据的网络协议。下面我们来看看两者之间的差异。

HTTP

  • 一种“请求-响应”协议。基于该协议，客户端向服务器发送请求，服务器返回请求的数据。
  • 主要设计用于在 Web 服务器和浏览器之间传输 Web 内容（如 HTML 文档、图像及表单数据）。
  • 示例： Web 浏览器（客户端）向 Web 服务器发送请求，服务器以网页的形式返回数据。

MQTT

  • 一种轻量级“发布-订阅”消息传递协议。基于该协议，客户端订阅主题并接收其他客户端围绕这些主题发布的消息。
  • 专为需要重点考虑低带宽、连接稳定性及功耗的网络拓扑结构和设备而设计。
  • 示例： 上述智能汽车场景。

为何在物联网（IoT）中使用 MQTT？

MQTT 的许多特性让其成为在物联网设备（物联网中的“物”）和后端系统之间进行消息传递的理想协议。此处，我们将重点介绍以下四个特性：

  • 轻量级 – MQTT 的代码占用空间很小，适用于处理能力和内存有限的设备，例如传感器。

  • 可靠性 – 许多物联网设备通过蜂窝网络连接。MQTT 是一种适合低带宽网络的协议，适合传输使用较少数据的简洁消息。这使得 MQTT 更为可靠，即使在网络带宽有限或不稳定的情况下也不例外。

  • 可扩展性 – “发布-订阅”模型很容易随设备和后端系统的增加而扩展。住宅智能电表就是单台设备发布到两个独立后端网络（订阅者）的例子，它将公用事业使用数据发送到公用事业的系统（用于计费）和面向客户的应用（房主可访问该应用以了解其住宅的能源使用情况）。

  • 安全性 – MQTT 消息可以使用标准传输层安全防护（TLS）进行加密，并支持可用于身份验证的凭证。这让 MQTT 成为物联网应用中的安全消息传递协议，可处理敏感信息，例如各种医疗设备的健康监测读数。

MQTT 使用什么传输协议？

MQTT 支持传输控制协议/互联网协议（TCP/IP）作为其底层传输协议。这一广泛使用的网络协议可确保在客户端和 broker 之间可靠地发送消息。

TCP/IP 被认为可靠高效的原因如下：

  • 错误检测和纠正 – 多种技术验证数据包的完整性和重传机制，以恢复丢失的数据包。
  • 流量控制 – 在指定网络中，数据以最佳速率传输，可防止传输延迟，并加强高效通信。
  • 多路复用 – 可通过单个连接发送多个数据流，因此多个应用可同时使用同一连接。
  • 兼容性 – 可支持各种设备和操作系统。
  • 可扩展性 – 可在大型复杂网络中使用，即使在处理大量流量时也不会影响性能。

虽然 TCP/IP 是最常见的协议，但并非传输 MQTT 消息的唯一选择。MQTT 协议也可利用用户数据报协议（UDP）和 WebSockets。

搭建服务端

下载emqx服务端

packages.emqx.net/emqx-ce/v5.…

启动服务：./bin/emqx start

打开emqx控制台

默认账号密码：admin/public

http://127.0.0.1:18083/#/dashboard/overview

image.png

端口号

控制台连接端口号：18083

客户端连接端口号：1883

springboot 整合 MQTT

1，导入依赖包

<dependency>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-starter-integration</artifactId>
    <version>2.3.12.RELEASE</version>
</dependency>
 
<dependency>
    <groupId>org.springframework.integration</groupId>
    <artifactId>spring-integration-stream</artifactId>
</dependency>
<dependency>
    <groupId>org.springframework.integration</groupId>
    <artifactId>spring-integration-mqtt</artifactId>
</dependency>

2，mqtt配置

# MQTT服务地址，端口号默认1883，如果有多个，用逗号隔开
spring.mqtt.url=tcp://127.0.0.1:1883
# 用户名
spring.mqtt.username=admin
# 密码
spring.mqtt.password=123456

3，mqtt连接

package com.fc.store.config;
 
import javax.annotation.PostConstruct;
import javax.annotation.PreDestroy;
 
import org.eclipse.paho.client.mqttv3.MqttClient;
import org.eclipse.paho.client.mqttv3.MqttConnectOptions;
import org.eclipse.paho.client.mqttv3.MqttDeliveryToken;
import org.eclipse.paho.client.mqttv3.MqttException;
import org.eclipse.paho.client.mqttv3.MqttMessage;
import org.eclipse.paho.client.mqttv3.MqttTopic;
import org.eclipse.paho.client.mqttv3.persist.MemoryPersistence;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Value;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;
 
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
 
/**
 * MQTT配置
 *
 * @author xiongyan
 * @date 2023/11/11
 */
@Configuration
@Slf4j
public class MqttConfig {
 
    @Value("${spring.mqtt.username}")
    private String username;
 
    @Value("${spring.mqtt.password}")
    private String password;
 
    @Value("${spring.mqtt.url}")
    private String hostUrl;
 
    @Value("${spring.application.name}")
    private String applicationName;
 
    /**
     * 客户端对象
     */
    private MqttClient client;
 
    /**
     * 在bean初始化后连接到服务器
     */
    @PostConstruct
    public void init() {
        this.connect();
    }
 
    /**
     * 断开连接
     */
    @PreDestroy
    public void disConnect() {
        try {
            client.disconnect();
            client.close();
        } catch (MqttException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
 
    /**
     * 客户端连接服务端
     */
    public void connect() {
        try {
            // 创建MQTT客户端对象
            client = new MqttClient(hostUrl, applicationName, new MemoryPersistence());
            // 连接设置
            MqttConnectOptions options = new MqttConnectOptions();
            // 是否清空session，设置false表示服务器会保留客户端的连接记录（订阅主题，qos）,客户端重连之后能获取到服务器在客户端断开连接期间推送的消息
            // 设置为true表示每次连接服务器都是以新的身份
            options.setCleanSession(true);
            // 设置连接用户名
            options.setUserName(username);
            // 设置连接密码
            options.setPassword(password.toCharArray());
            // 设置超时时间，单位为秒
            options.setConnectionTimeout(100);
            // 设置心跳时间 单位为秒，表示服务器每隔 1.5*20秒的时间向客户端发送心跳判断客户端是否在线
            options.setKeepAliveInterval(20);
            // 设置遗嘱消息的话题，若客户端和服务器之间的连接意外断开，服务器将发布客户端的遗嘱信息
            options.setWill("willTopic", (applicationName + "与服务器断开连接").getBytes(), 0, false);
            // 设置回调
            client.setCallback(new MqttCallBack());
            // 连接
            client.connect(options);
            // 订阅主题
            this.subscribe("send_first_topic", 2);
            this.subscribe("send_first_topic2", 2);
        } catch (MqttException e) {
            e.printStackTrace();
        }
 
    }
 
    /**
     * 发布消息
     *
     * @param topic
     * @param message
     */
    public void publish(String topic, String message) {
        MqttMessage mqttMessage = new MqttMessage();
        // 0：最多交付一次，可能丢失消息
        // 1：至少交付一次，可能消息重复
        // 2：只交付一次，既不丢失也不重复
        mqttMessage.setQos(2);
        // 是否保留最后一条消息
        mqttMessage.setRetained(false);
        // 消息内容
        mqttMessage.setPayload(message.getBytes());
        // 主题的目的地，用于发布/订阅信息
        MqttTopic mqttTopic = client.getTopic(topic);
        // 提供一种机制来跟踪消息的传递进度
        // 用于在以非阻塞方式（在后台运行）执行发布是跟踪消息的传递进度
        MqttDeliveryToken token;
        try {
            // 将指定消息发布到主题，但不等待消息传递完成，返回的token可用于跟踪消息的传递状态
            // 一旦此方法干净地返回，消息就已被客户端接受发布，当连接可用，将在后台完成消息传递。
            token = mqttTopic.publish(mqttMessage);
            token.waitForCompletion();
        } catch (MqttException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
 
    /**
     * 订阅主题
     */
    public void subscribe(String topic, int qos) {
        try {
            client.subscribe(topic, qos);
        } catch (MqttException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
 
}

4，消息回调

package com.fc.store.config;
 
import org.eclipse.paho.client.mqttv3.IMqttAsyncClient;
import org.eclipse.paho.client.mqttv3.IMqttDeliveryToken;
import org.eclipse.paho.client.mqttv3.MqttCallback;
import org.eclipse.paho.client.mqttv3.MqttMessage;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;
 
/**
 * MQTT消息回调
 *
 * @author xiongyan
 * @date 2023/11/11
 */
@Configuration
public class MqttCallBack implements MqttCallback {
 
    /**
     * 与服务器断开的回调
     */
    @Override
    public void connectionLost(Throwable cause) {
        System.out.println("与服务器断开连接");
    }
 
    /**
     * 消息到达的回调
     */
    @Override
    public void messageArrived(String topic, MqttMessage message) {
        System.out.println(String.format("接收消息主题 : %s", topic));
        System.out.println(String.format("接收消息Qos : %d", message.getQos()));
        System.out.println(String.format("接收消息内容 : %s", new String(message.getPayload())));
        System.out.println(String.format("接收消息retained : %b", message.isRetained()));
    }
 
    /**
     * 消息发布成功的回调
     */
    @Override
    public void deliveryComplete(IMqttDeliveryToken token) {
        IMqttAsyncClient client = token.getClient();
        System.out.println(client.getClientId() + "发布消息成功！");
    }
 
}

5，发送消息

@Autowired
private MqttConfig mqttConfig;
 
@RequestMapping("/sendMessage")
public String sendMessage(String topic, String message) {
    try {
        mqttConfig.publish(topic, message);
        return "发送成功";
    } catch (Exception e) {
        return "发送失败";
    }
}

6，控制台

image.png

image.png

image.png

7，测试

发布消息

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订阅消息

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