簡介：
MQTT 全稱爲 Message Queuing Telemetry Transport（消息隊列遙測傳輸）是一種基於發佈/訂閱範式的“輕量級”消息協議。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）通信和物聯網（IoT）。其在，通過衛星鏈路通信傳感器、偶爾撥號的醫療設備、智能家居、及一些小型化設備中已廣泛使用。
特點：
1、使用發佈/訂閱消息模式，提供一對多的消息發佈，解除應用程序耦合。該協議需要客戶端和服務端，而協議中主要有三種身份：發佈者（Publisher）、代理（Broker，服務器）、訂閱者（Subscriber）。其中，消息的發佈者和訂閱者都是客戶端，消息代理是服務器，而消息發佈者可以同時是訂閱者，實現了生產者與消費者的脫耦；
2、對負載內容屏蔽的消息傳輸；
3、使用 TCP/IP 提供網絡連接；
4、有三種消息發佈服務質量：
- “至多一次”，消息發佈完全依賴底層 TCP/IP 網絡。會發生消息丟失或重複。這一級別可用於如下情況，環境傳感器數據，丟失一次讀記錄無所謂，因爲不久後還會有第二次發送。
- “至少一次”，確保消息到達，但消息重複可能會發生。
- “只有一次”，確保消息到達一次。這一級別可用於如下情況，在計費系統中，消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 字節），協議交換最小化，以降低網絡流量；
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
1 MQTT協議實現方式
實現MQTT協議需要客戶端和服務器端通訊完成，在通訊過程中，MQTT協議中有三種身份：發佈者（Publish）、代理（Broker）（服務器）、訂閱者（Subscribe）。其中，消息的發佈者和訂閱者都是客戶端，消息代理是服務器，消息發佈者可以同時是訂閱者。
MQTT傳輸的消息分爲：主題（Topic）和負載（payload）兩部分：
- （1）Topic，可以理解爲消息的類型，訂閱者訂閱（Subscribe）後，就會收到該主題的消息內容（payload）；
- （2）payload，可以理解爲消息的內容，是指訂閱者具體要使用的內容。
2 網絡傳輸與應用消息
MQTT會構建底層網絡傳輸：它將建立客戶端到服務器的連接，提供兩者之間的一個有序的、無損的、基於字節流的雙向傳輸。
當應用數據通過MQTT網絡發送時，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協議的應用程序或者設備，它總是建立到服務器的網絡連接。客戶端可以：
- （1）發佈其他客戶端可能會訂閱的信息；
- （2）訂閱其它客戶端發佈的消息；
- （3）退訂或刪除應用程序的消息；
- （4）斷開與服務器連接。
4 MQTT服務器
MQTT服務器以稱爲"消息代理"（Broker），可以是一個應用程序或一臺設備。它是位於消息發佈者和訂閱者之間，它可以：
- （1）接受來自客戶的網絡連接；
- （2）接受客戶發佈的應用信息；
- （3）處理來自客戶端的訂閱和退訂請求；
- （4）向訂閱的客戶轉發應用程序消息。
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）
每個客戶端與服務器建立連接後就是一個會話，客戶端和服務器之間有狀態交互。會話存在於一個網絡之間，也可能在客戶端和服務器之間跨越多個連續的網絡連接。
三、主題名（Topic Name）
連接到一個應用程序消息的標籤，該標籤與服務器的訂閱相匹配。服務器會將消息發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容。
6 MQTT協議中的方法
MQTT協議中定義了一些方法（也被稱爲動作），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數據或動態生成數據，這取決於服務器的實現。通常來說，資源指服務器上的文件或輸出。主要方法有：
- （1）Connect。等待與服務器建立連接。
- （2）Disconnect。等待MQTT客戶端完成所做的工作，並與服務器斷開TCP/IP會話。
- （3）Subscribe。等待完成訂閱。
- （4）UnSubscribe。等待服務器取消客戶端的一個或多個topics訂閱。
- （5）Publish。MQTT客戶端發送消息請求，發送完成後返回應用程序線程。
7 應用場景
因爲它傳輸消息具有異步性（發佈訂閱模式），同時該協議本身的輕量特定，因此可用於輕量級應用，可作爲物聯網的通信組件使用，例如樹莓派上完全可以搭建一個mqtt服務器，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，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，遙感數據、汽車檢測數據、智能家居、智慧城市、醫療醫護都具有應用場景。
python代碼實現
安裝：pip install paho-mqtt
客戶端代碼
#!/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' # 客戶端發佈消息主題
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的長度爲零或爲零，則行爲爲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，代理將被髮送爲客戶端生成一個隨機變量。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都必須爲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啓用兩個監聽那麼客戶端client_id 不能與服務器相同，如這裏用時間"20190222142358"作爲它的id，
如果與服務器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) # 此處端口默認爲1883，通信端口期keepalive默認60
client.loop_start()
def clicent_main(message: str):
"""
客戶端發佈消息
: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 = "我是一條測試數據！"
clicent_main(msg)
服務端代碼
#!/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, userdata, msg):
"""
接收客戶端發送的消息
:param client: 連接信息
:param userdata:
:param msg: 客戶端返回的消息
:return:
"""
print("Start server!")
payload = json.loads(msg.payload.decode('utf-8'))
print(payload)
def server_conenet(client):
client.on_connect = on_connect # 啓用訂閱模式
client.on_message = on_message # 接收消息
client.connect("127.0.0.1", 1883, 60) # 鏈接
# client.loop_start() # 以start方式運行，需要啓動一個守護線程，讓服務端運行，否則會隨主線程死亡
client.loop_forever() # 以forever方式阻塞運行。
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__':
# 啓動監聽
server_main()