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MQTT簡介
MQTT是基於二進制消息的發佈/訂閱編程模式的消息協議，最早由IBM提出的，如今已經成爲OASIS規範。由於規範很簡單，非常適合需要低功耗和網絡帶寬有限的IoT場景，比如：
一. 遙感數據
二. 汽車
三. 智能家居
四. 智慧城市
五. 醫療醫護
由於物聯網的環境是非常特別的，所以MQTT遵循以下設計原則：
- 精簡，不添加可有可無的功能。
- 發佈/訂閱（Pub/Sub）模式，方便消息在傳感器之間傳遞。
- 允許用戶動態創建主題，零運維成本。
- 把傳輸量降到最低以提高傳輸效率。
- 把低帶寬、高延遲、不穩定的網絡等因素考慮在內。
- 支持連續的會話控制。
- 理解客戶端計算能力可能很低。
- 提供服務質量管理。
- 假設數據不可知，不強求傳輸數據的類型與格式，保持靈活性。
運用MQTT協議，設備可以很方便地連接到物聯網雲服務，管理設備並處理數據，最後應用到各種業務場景，如下圖所示：
發佈/訂閱模式
與請求/回答這種同步模式不同，發佈/定義模式解耦了發佈消息的客戶（發佈者）與訂閱消息的客戶（訂閱者）之間的關係，這意味着發佈者和訂閱者之間並不需要直接建立聯繫。打個比方，你打電話給朋友，一直要等到朋友接電話了才能夠開始交流，是一個典型的同步請求/回答的場景；而給一個好友郵件列表發電子郵件就不一樣，你發好電子郵件該幹嘛幹嘛，好友們到有空了去查看郵件就是了，是一個典型的異步發佈/訂閱的場景。
熟悉編程的同學一定非常熟悉這種設計模式了，因爲它帶來了這些好處：
1. 發佈者與訂閱者不比了解彼此，只要認識同一個消息代理即可。
2. 發佈者和訂閱者不需要交互，發佈者無需等待訂閱者確認而導致鎖定。
3. 發佈者和訂閱者不需要同時在線，可以自由選擇時間來消費消息。
主題
MQTT是通過主題對消息進行分類的，本質上就是一個UTF-8的字符串，不過可以通過反斜槓表示多個層級關係。主題並不需要創建，直接使用就是了。
主題還可以通過通配符進行過濾。其中，+可以過濾一個層級，而*只能出現在主題最後表示過濾任意級別的層級。舉個例子：
building-b/floor-5：代表B樓5層的設備。
+/floor-5：代表任何一個樓的5層的設備。
building-b/*：代表B樓所有的設備。
注意，MQTT允許使用通配符訂閱主題，但是並不允許使用通配符廣播。
服務質量
爲了滿足不同的場景，MQTT支持三種不同級別的服務質量（Quality of Service，QoS）爲不同場景提供消息可靠性：
級別0：盡力而爲。消息發送者會想盡辦法發送消息，但是遇到意外並不會重試。
級別1：至少一次。消息接收者如果沒有知會或者知會本身丟失，消息發送者會再次發送以保證消息接收者至少會收到一次，當然可能造成重複消息。
級別2：恰好一次。保證這種語義肯待會減少併發或者增加延時，不過丟失或者重複消息是不可接受的時候，級別2是最合適的。
服務質量是個老話題了。級別2所提供的不重不丟很多情況下是最理想的，不過往返多次的確認一定對併發和延遲帶來影響。級別1提供的至少一次語義在日誌處理這種場景下是完全OK的，所以像Kafka這類的系統利用這一特點減少確認從而大大提高了併發。級別0適合雞肋數據場景，食之無味棄之可惜，就這麼着吧。
消息類型
MQTT擁有14種不同的消息類型：
CONNECT：客戶端連接到MQTT代理
CONNACK：連接確認
PUBLISH：新發布消息
PUBACK：新發布消息確認，是QoS 1給PUBLISH消息的回覆
PUBREC：QoS 2消息流的第一部分，表示消息發佈已記錄
PUBREL：QoS 2消息流的第二部分，表示消息發佈已釋放
PUBCOMP：QoS 2消息流的第三部分，表示消息發佈完成
SUBSCRIBE：客戶端訂閱某個主題
SUBACK：對於SUBSCRIBE消息的確認
UNSUBSCRIBE：客戶端終止訂閱的消息
UNSUBACK：對於UNSUBSCRIBE消息的確認
PINGREQ：心跳
PINGRESP：確認心跳
DISCONNECT：客戶端終止連接前優雅地通知MQTT代理
後面我們會給出具體的例子。
MQTT代理
市面上有相當多的高質量MQTT代理，其中mosquitto是一個開源的輕量級的C實現，完全兼容了MQTT 3.1和MQTT 3.1.1。下面我們就以mosquitto爲例演示一下MQTT的使用。環境是百度開放雲的雲服務器以及Ubuntu 14.04.1 LTS，簡單起見MQTT代理和客戶端都安裝在同一臺雲服務器上了。
首先SSH到雲服務器，安裝mosquitto以及搭配的客戶端：apt-get install mosquitto
apt-get install mosquitto-clients
現在在雲端模擬雲服務，訂閱某辦公樓5層的溫度作爲主題：
mosquitto_sub -d -t ‘floor-5/temperature’
Received CONNACK
Received SUBACK
Subscribed (mid: 1): 0
然後另外打開一個SSH連接，模擬溫度計發送溫度消息：
mosquitto_pub -d -t ‘floor-5/temperature’ -m ‘15’
Received CONNACK
Sending PUBLISH (d0, q0, r0, m1, ‘floor-5/temperature’, … (2 bytes))
此時回到第一個SSH客戶端可以看到信息已經接收到了，之後便是心跳消息：
Received PUBLISH (d0, q0, r0, m0, ‘floor-5/temperature’, … (2 bytes))
15
Sending PINGREQ
Received PINGRESP
需要注意的是mosquitto客戶端默認使用QoS 0，下面我們使用QoS 2訂閱這個主題：
mosquitto_sub -d -q 2 -t ‘floor-5/temperature’
Received CONNACK
Received SUBACK
Subscribed (mid: 1): 2
切換到另外SSH連接然後在這個主題裏面發送溫度消息：
mosquitto_pub -d -q 2 -t ‘floor-5/temperature’ -m ‘15’
Received CONNACK
Sending PUBLISH (d0, q2, r0, m1, ‘floor-5/temperature’, … (2 bytes))
Received PUBREC (Mid: 1)
Sending PUBREL (Mid: 1)
Received PUBCOMP (Mid: 1)
此時回到第一個SSH客戶端可以看到信息已經接收到了，以及相應的多次握手消息：
Received PUBLISH (d0, q2, r0, m1, ‘floor-5/temperature’, … (2 bytes))
Sending PUBREC (Mid: 1)
Received PUBREL (Mid: 1)
15
Sending PUBCOMP (Mid: 1)