MQTT（Message Queuing Telemetry Transport，消息隊列遙測傳輸）是ISO標準下基于發(fā)布/訂閱方式的輕量級消息協(xié)議。MQTT通常使用TCP / IP（傳輸控制協(xié)議/Internet協(xié)議）作為其傳輸，但也可以使用其他雙向傳輸。MQTT通常應用于物聯(lián)網(wǎng)、智能家居等設備和應用程序之間的通信。在嵌入式領域，MQTT已經(jīng)占據(jù)著無法替代的分量，因為大多數(shù)的嵌入式設備，都需要這樣的協(xié)議進行數(shù)據(jù)交互。

MQTT協(xié)議的主要特點

（1）開放消息協(xié)議，簡單易實現(xiàn)。

（2）發(fā)布訂閱模式，一對多消息發(fā)布。

（3）基于TCP/IP網(wǎng)絡連接，提供有序、無損、雙向連接。

（4）1字節(jié)固定報頭，2字節(jié)心跳報文，最小化傳輸開銷和協(xié)議交換，有效減少網(wǎng)絡流量。

（5）消息QoS支持可靠傳輸保證。

MQTT深層特性

01

一對多信息發(fā)布

首先，他是基于訂閱與發(fā)布的一種協(xié)議，所以他可以一對多地進行消息發(fā)布，這樣的功能應用場景非常多，局限性廣播能夠讓服務器靈活控制想要控制的那個設備，并且服務器可以提供多個可以訂閱的主題，這是極為關(guān)鍵的。

因為對于服務器而言，接收數(shù)據(jù)并處理是核心任務，但是當設備的增多、設備功能行的增多，服務器處理邏輯將會幾何倍數(shù)增長。同樣是接收的數(shù)據(jù)，也許是完全不同類設備上傳的完全不一樣的信息，所以當可以提供多個訂閱主題與發(fā)布主題時，這種邏輯上的差異性就能被區(qū)分開，給開發(fā)者帶來了很大的便利。

02

不同底層協(xié)議

MQTT的第二個特性其實就是他基于了TCP/IP而生，注定它是靠上層的一個協(xié)議，現(xiàn)在接觸的其實大多都是基于TCP協(xié)議而開發(fā)的，但它其實是有基于UDP版本的，名為MQTT-SN，但大家都知道，TCP面向連接，而UDP不面向連接，所以基于不同的底層協(xié)議類型，MQTT展現(xiàn)的特性肯定也是不同的。

03

消息可靠性

對于常用的MQTT協(xié)議，它有一個很重要的保證消息可靠性的特性——QoS（服務質(zhì)量），QoS可分為三個等級：QoS 0、QoS 1、QoS 2。

QoS 0其實相當于MQTT沒有做額外信息保護，因為本身是基于TCP協(xié)議的，所以其消息可靠性完全依賴于TCP協(xié)議。而QoS 1，則是代表至少承諾會有一次發(fā)送給接收者，這是在MQTT層進行的信息保護，而不只是依靠TCP協(xié)議層。最后QoS 2，則是保證消息僅僅傳送到目的地一次。

因為對于QoS 1，可能會因為消息沒有反饋而多次發(fā)送，而接收方也可能收到多次消息，為此，QoS 2傳輸?shù)南в形ㄒ坏腎D，帶有唯一消息ID的消息會存儲兩次，首先來自發(fā)送者，然后是接收者QoS級別2在網(wǎng)絡中具有最高的開銷，因為在發(fā)送方和接收方之間需要兩個流。

MQTT兩個主要版本

MQTT有v3 和 v5兩個主要版本。這兩個版本原理基本相同，但它們之間存在一些關(guān)鍵的差異，下面將從以下幾個方面來介紹它們之間的區(qū)別。

01

主題別名

主題是MQTT中的核心概念，它用于標識消息的內(nèi)容和意圖。在MQTT v3中，主題只是一個簡單的字符串，其結(jié)構(gòu)是由一系列以斜杠分隔的單詞組成的。例如，一個 MQTT v3主題可以是 sensors/temperature/room1，其中sensors是頂級主題，temperature是其子主題，room1是子主題下的一個特定設備。

然而，在 MQTT v5中，主題的結(jié)構(gòu)得到了擴展，新增了一些更高級的功能。具體來說，MQTT v5引入了一個名為主題別名的新概念，它允許客戶端將主題字符串映射到預定義的主題ID，從而減少網(wǎng)絡流量和消息大小。這使得客戶端能夠在發(fā)送消息時只發(fā)送主題ID，而不必每次都發(fā)送完整的主題字符串。這對于IoT設備和網(wǎng)絡帶寬有限的環(huán)境來說非常有用。

02

訂閱操作

MQTT v5引入了一種名為共享訂閱的新訂閱類型。如下圖所示，共享訂閱允許多個客戶端共享一個訂閱，并按照一定規(guī)則進行分配。這種訂閱類型對于訂閱高負載主題非常有用，因為它可以平衡訂閱請求，減輕單個客戶端的負載壓力。

另外MQTT v5增加了訂閱選項的概念，可以指定訂閱選項，例如QoS等級、Retain As Publish、Retain Handling、消息的生命周期等，來對訂閱行為進行更加精細地控制。

03

遺囑消息

遺囑消息是MQTT為那些可能出現(xiàn)意外斷線的設備提供的將遺囑優(yōu)雅地發(fā)送給第三方的能力。

Will Properties是MQTT v5新增的一個字段，不同類型的報文有著不同的屬性，例如CONNECT報文有最大報文長度、會話過期間隔等屬性，SUBSCRIBE報文則有訂閱標識符等屬性。而且MQTT v5較v3相比，遺囑消息的內(nèi)容變得更加靈活，可以包含任何主題和任何消息內(nèi)容。

04

錯誤處理

MQTT v5支持更加詳細的錯誤處理機制，可以通過錯誤碼和錯誤原因來定位和解決問題。同時，MQTT v5還引入了一個新的控制報文——Disconnect報文，可以幫助客戶端和服務器更好地處理錯誤情況。

05

流量控制

MQTT v5在v3版本基礎上引入了一些新的機制用于流量控制，為了更好地控制消息的傳輸和處理，避免因為消息傳輸速度過快導致的網(wǎng)絡擁塞和負載過高。

最大報文大小限制（Maximum Packet Size）：MQTT v5 允許客戶端和服務端在握手時協(xié)商最大報文大小。如下圖所示，這個最大報文大小限制可以用于控制客戶端和服務端之間傳輸?shù)淖畲笙⒋笮?，防止因為傳輸?shù)南⑦^大導致網(wǎng)絡擁塞和負載過高。

消息隊列（Message Queue）：當服務端發(fā)送的消息超出了客戶端處理的速度時，服務端可以將消息存儲到消息隊列中，等待客戶端處理。MQTT v5 定義了消息隊列的隊列大小和超時時間，以控制消息隊列的大小和生命周期。

06

性能與效率

MQTT v5相對于MQTT v3來說，可以更好地處理大規(guī)模的數(shù)據(jù)傳輸，提高了通信的效率和性能。例如MQTT v5支持批量發(fā)布（Batch Publish）和預?。∕essage Prefetch）等功能，可以大大減少MQTT通信時的開銷。

總之，MQTT v5相比于MQTT v3具有更多的新功能和安全性。但是，需要注意的是MQTT v5相對于MQTT v3增加了很多新的功能和概念，因此在使用MQTT v5時，需要對MQTT協(xié)議的新特性進行深入的了解，以便可以更好地使用這個新協(xié)議來構(gòu)建可靠的應用程序。

MQTT協(xié)議于物聯(lián)網(wǎng)有何好處？

01

操作簡單

啟動和運行MQTT既快速又簡單，有數(shù)百萬個現(xiàn)成的客戶端應用程序和幾乎同樣多的代理可應用。

02

安全可靠

許多物聯(lián)網(wǎng)設備依靠無線電連接來傳輸和收集數(shù)據(jù)，這意味著連接并不總是可靠的。MQTT可以允許將消息存儲在代理中，直到設備準備好接收它。由于QoS（服務質(zhì)量），MQTT能夠?qū)ο⑦M行排隊，確保它們到達目的地，如果需要，請確保它們只到達一次。

03

雙向消息傳遞

也許更準確地說MQTT是全向的。任何設備、事物或應用程序都可以發(fā)布或訂閱代理處理的任何主題。這意味著在網(wǎng)絡上可以交談或收聽的內(nèi)容沒有限制。

04

大規(guī)模消息傳遞

將消息廣播到一百萬臺設備與發(fā)送到一百臺設備一樣容易，要被網(wǎng)絡上的所有內(nèi)容聽到，事物只需要發(fā)布到所有設備都訂閱的主題。

歸根結(jié)底，物聯(lián)網(wǎng)（IoT）有一項工作就是在網(wǎng)絡上獲取設備之間的數(shù)據(jù)。而這些網(wǎng)絡可能位于世界任何地方，每個網(wǎng)絡都面臨著許多可能導致它們數(shù)據(jù)傳輸失敗的情況，MQTT具有無數(shù)內(nèi)置的功能來幫助緩解其中一些問題，從而讓使用者的煩惱有所減少。