MQTT協(xié)議通信過(guò)程是怎樣的

MQTT連接服務(wù)器

客戶端到服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)連接建立后，客戶端發(fā)送給服務(wù)器的第一個(gè)報(bào)文必須是CONNECT報(bào)文

在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)連接上，客戶端只能發(fā)送一次CONNECT報(bào)文，如果出現(xiàn)第二個(gè)CONNECT 報(bào)文，按照協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，服務(wù)器會(huì)將第二個(gè)CONNECT報(bào)文當(dāng)作協(xié)議違規(guī)處理并斷開(kāi)客戶端的連接。

對(duì)于正常的連接請(qǐng)求，服務(wù)器必須產(chǎn)生應(yīng)答報(bào)文，如果無(wú)法建立會(huì)話，服務(wù)器應(yīng)該在應(yīng)答報(bào)文中報(bào)告對(duì)應(yīng)的錯(cuò)誤代碼。

 

MQTT訂閱主題

客戶端向服務(wù)器發(fā)送SUBSCRIBE報(bào)文用于創(chuàng)建一個(gè)或多個(gè)訂閱。

在服務(wù)器中，會(huì)記錄這個(gè)客戶關(guān)注的一個(gè)或者多個(gè)主題，當(dāng)服務(wù)器收到這些主題的PUBLISH報(bào)文的時(shí)候，將分發(fā)應(yīng)用消息到與之匹配的客戶端中。

SUBSCRIBE報(bào)文支持通配符，也為每個(gè)訂閱指定了最大的QoS等級(jí)，服務(wù)器根據(jù)這些信息分發(fā)應(yīng)用消息給客戶端。

SUBSCRIBE報(bào)文擁有固定報(bào)頭、可變報(bào)頭、有效載荷。

當(dāng)服務(wù)器收到客戶端發(fā)送的一個(gè)SUBSCRIBE報(bào)文時(shí)，必須向客戶端發(fā)送一個(gè)SUBACK報(bào)文響應(yīng)，同時(shí)SUBACK報(bào)文必須和等待確認(rèn)的SUBSCRIBE報(bào)文有相同的報(bào)文標(biāo)識(shí)符。

如果服務(wù)器收到一個(gè)SUBSCRIBE報(bào)文，報(bào)文的主題過(guò)濾器與一個(gè)現(xiàn)存訂閱的主題過(guò)濾器相同，那么必須使用新的訂閱徹底替換現(xiàn)存的訂閱。新訂閱的主題過(guò)濾器和之前訂閱的相同，但是它的最大QoS值可以不同。與這個(gè)主題過(guò)濾器匹配的任何現(xiàn)存的保留消息必須被重發(fā)，但是發(fā)布流程不能中斷。

 

SUBSCRIBE報(bào)文的有效載荷包含了一個(gè)主題過(guò)濾器列表，它們表示客戶端想要訂閱的主題，SUBSCRIBE報(bào)文有效載荷中的主題過(guò)濾器列表必須是UTF-8字符串。

服務(wù)器應(yīng)該支持包含通配符的主題過(guò)濾器。如果服務(wù)器選擇不支持包含通配符的主題過(guò)濾器，必須拒絕任何包含通配符過(guò)濾器的訂閱請(qǐng)求。

每一個(gè)過(guò)濾器后面跟著一個(gè)字節(jié)，這個(gè)字節(jié)被叫做服務(wù)質(zhì)量要求（Requested QoS）。它給出了服務(wù)器向客戶端發(fā)送應(yīng)用消息所允許的最大QoS等級(jí)。

MQTT發(fā)布消息

PUBLISH控制報(bào)文是指從客戶端向服務(wù)器或者服務(wù)器向客戶端發(fā)送一個(gè)應(yīng)用消息。其實(shí)從服務(wù)器分發(fā)的報(bào)文給訂閱者，也是屬于PUBLISH控制報(bào)文。

服務(wù)質(zhì)量等級(jí) QoS

QoS的值表示應(yīng)用消息分發(fā)的服務(wù)質(zhì)量等級(jí)保證，在不同的服務(wù)質(zhì)量等級(jí)中，PUBLISH控制報(bào)文的處理方式也是不同的，而且PUBLISH報(bào)文的接收者（可以是服務(wù)器，也可以是客戶端）必須按照根據(jù)PUBLISH報(bào)文中的QoS等級(jí)發(fā)送對(duì)應(yīng)的應(yīng)答報(bào)文。

PUBLISH報(bào)文固定報(bào)頭的bit2-bit1位表示服務(wù)質(zhì)量等級(jí)：

MQTT按照這里定義的服務(wù)質(zhì)量 (QoS) 等級(jí)分發(fā)應(yīng)用消息。服務(wù)器分發(fā)應(yīng)用消息給多個(gè)客戶端（訂閱者）時(shí)，每個(gè)客戶端獨(dú)立處理。從發(fā)布者發(fā)布消息到接受者，分發(fā)的消息服務(wù)質(zhì)量可能是不同的，這取決于訂閱者訂閱主題時(shí)指定的服務(wù)質(zhì)量等級(jí)。而對(duì)于發(fā)布者而言，發(fā)布消息時(shí)就指定了服務(wù)質(zhì)量等級(jí)。

QoS0的PUBLISH控制報(bào)文

消息的分發(fā)依賴于底層網(wǎng)絡(luò)的能力。服務(wù)器不會(huì)發(fā)送響應(yīng)，發(fā)布者也不會(huì)重試，它在發(fā)出這個(gè)消息的時(shí)候就立馬將消息丟棄，這個(gè)消息可能送達(dá)一次也可能根本沒(méi)送達(dá)。

發(fā)布者必須發(fā)送QoS等于0，DUP等于0的PUBLISH報(bào)文。

在服務(wù)器接受PUBLISH報(bào)文時(shí)要將消息分發(fā)給訂閱該主題（消息）的訂閱者。

 

QoS1的PUBLISH控制報(bào)文

服務(wù)質(zhì)量確保消息至少送達(dá)一次，甚至可能被多次處理。QoS1的PUBLISH報(bào)文的可變報(bào)頭中包含一個(gè)報(bào)文標(biāo)識(shí)符，需要PUBACK報(bào)文確認(rèn)。

發(fā)布者在每次發(fā)送新的應(yīng)用消息都必須分配一個(gè)未使用的報(bào)文標(biāo)識(shí)符，在發(fā)布消息的同時(shí)將消息存儲(chǔ)起來(lái)，等待服務(wù)器的應(yīng)答，直到從接收者那收到對(duì)應(yīng)的PUBACK報(bào)文。發(fā)送的PUBLISH報(bào)文必須包含報(bào)文標(biāo)識(shí)符且QoS等于1，DUP等于0。

一旦發(fā)布者收到來(lái)自服務(wù)器的PUBACK報(bào)文后，這個(gè)報(bào)文標(biāo)識(shí)符就可以重復(fù)使用。

接收者響應(yīng)的PUBACK報(bào)文必須包含一個(gè)報(bào)文標(biāo)識(shí)符，這個(gè)標(biāo)識(shí)符來(lái)自接收到的PUBLISH報(bào)文。在發(fā)送了PUBACK報(bào)文之后，接收者必須將任何包含相同報(bào)文標(biāo)識(shí)符的入站PUBLISH報(bào)文當(dāng)作一個(gè)新的消息，并忽略它的DUP標(biāo)志的值。

 

QoS2的PUBLISH控制報(bào)文

這是最高等級(jí)的服務(wù)質(zhì)量，必須保證有且只有處理一次消息，消息丟失和重復(fù)都是不可接受的。使用這個(gè)服務(wù)質(zhì)量等級(jí)會(huì)有額外的開(kāi)銷(xiāo)。

QoS2的消息可變報(bào)頭中有報(bào)文標(biāo)識(shí)符。

QoS2的PUBLISH報(bào)文的接收者使用一個(gè)兩步確認(rèn)過(guò)程來(lái)確認(rèn)收到。

發(fā)送者必須給要發(fā)送的新應(yīng)用消息分配一個(gè)未使用的報(bào)文標(biāo)識(shí)符。發(fā)送的PUBLISH報(bào)文必須包含報(bào)文標(biāo)識(shí)符且報(bào)文的QoS等于2,，DUP等于0。

在消息發(fā)出去后，需要將這個(gè)消息存儲(chǔ)起來(lái)，而且必須將這個(gè)PUBLISH報(bào)文看作是未確認(rèn)的，直到從接收者那收到對(duì)應(yīng)的PUBREC報(bào)文。

當(dāng)發(fā)布者收到的PUBREC報(bào)文后必須發(fā)送一個(gè)PUBREL報(bào)文。PUBREL報(bào)文必須包含與原始PUBLISH報(bào)文相同的報(bào)文標(biāo)識(shí)符。

而且發(fā)布者還必須必須將這個(gè)PUBREL報(bào)文看作是未確認(rèn)的，直到從接收者那收到對(duì)應(yīng)的PUBCOMP報(bào)文。一旦發(fā)送了對(duì)應(yīng)的PUBREL報(bào)文就不能重發(fā)這個(gè)PUBLISH報(bào)文。

所以就如下圖所示，在發(fā)布消息的時(shí)候，立馬存儲(chǔ)消息，在收到PUBREC報(bào)文后必須將存儲(chǔ)的消息丟棄掉，然后存儲(chǔ)報(bào)文標(biāo)識(shí)符，與此同時(shí)還要將PUBREL報(bào)文發(fā)送出去，最后在收到PUBCOMP報(bào)文后，才丟棄存儲(chǔ)的報(bào)文標(biāo)識(shí)符。

 

當(dāng)然啦，對(duì)應(yīng)分發(fā)消息也是比較復(fù)雜的，它一般有兩種處理方案，每一種方案都要確保消息有且只有處理一次。

接收者（此處指服務(wù)器）響應(yīng)的PUBREC報(bào)文必須包含報(bào)文標(biāo)識(shí)符，這個(gè)標(biāo)識(shí)符來(lái)自接收到的PUBLISH報(bào)文。

發(fā)送PUBREC報(bào)文后，在收到對(duì)應(yīng)的PUBREL報(bào)文之前，接收者可以將消息分發(fā)給訂閱者，但是必須要存儲(chǔ)報(bào)文標(biāo)識(shí)符（方案1）。

當(dāng)然，它在這種情況下，也可以存儲(chǔ)消息，直到收到PUBREL報(bào)文才將消息分發(fā)到訂閱者（方案2）。

而當(dāng)它收到PUBREL報(bào)文后，它必須發(fā)送PUBCOMP報(bào)文響應(yīng)發(fā)布者，該報(bào)文必須包含與PUBREL報(bào)文相同的標(biāo)識(shí)符。

與此同時(shí)，它可以丟棄存儲(chǔ)的報(bào)文標(biāo)識(shí)符（方案1），而不必再分發(fā)應(yīng)用消息給訂閱者。

如果此前沒(méi)有分發(fā)應(yīng)用消息給訂閱者（方案2），那么此時(shí)需要分發(fā)應(yīng)用消息給訂閱者，然后丟棄消息。

在接收者發(fā)送PUBCOMP報(bào)文之后，接收者必須將包含相同報(bào)文標(biāo)識(shí)符的任何后續(xù)PUBLISH報(bào)文當(dāng)作一個(gè)新的發(fā)布。

取消訂閱

客戶端發(fā)送UNSUBSCRIBE報(bào)文給服務(wù)器，用于取消訂閱主題。

UNSUBSCRIBE報(bào)文固定報(bào)頭的第3,2,1,0位是保留位且必須分別設(shè)置為0,0,1,0。否則服務(wù)器必須認(rèn)為任何其它的值都是不合法的并關(guān)閉網(wǎng)絡(luò)連。具體的描述可以看協(xié)議文檔。

UNSUBSCRIBE報(bào)文的有效載荷包含客戶端想要取消訂閱的主題過(guò)濾器列表。UNSUBSCRIBE報(bào)文中的主題過(guò)濾器必須是連續(xù)打包的UTF-8編碼字符串。

UNSUBSCRIBE報(bào)文的有效載荷必須至少包含一個(gè)主題過(guò)濾器列表，而且這個(gè)主題過(guò)濾器是已經(jīng)被客戶端訂閱的，否則的話沒(méi)有訂閱也就沒(méi)有取消訂閱一說(shuō)了。如果一個(gè)UNSUBSCRIBE報(bào)文沒(méi)有有效載荷是違反協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)的，服務(wù)器也不會(huì)去處理它。

而對(duì)于服務(wù)器刪除了一個(gè)訂閱，那么它將不會(huì)再分發(fā)該主題的消息到這個(gè)客戶端中。而且它必須完成分發(fā)任何已經(jīng)開(kāi)始往客戶端發(fā)送的QoS1和QoS2的消息，以保證消息的服務(wù)質(zhì)量。

然后服務(wù)器必須發(fā)送UNSUBACK報(bào)文來(lái)響應(yīng)客戶端的UNSUBSCRIBE請(qǐng)求。UNSUBACK報(bào)文必須包含和UNSUBSCRIBE報(bào)文相同的報(bào)文標(biāo)識(shí)符。即使沒(méi)有刪除任何主題訂閱（客戶端取消訂閱的主題未被訂閱），服務(wù)器也必須發(fā)送一個(gè)UNSUBACK響應(yīng)。

 

斷開(kāi)連接

DISCONNECT報(bào)文是客戶端發(fā)給服務(wù)端的最后一個(gè)控制報(bào)文。表示客戶端正常斷開(kāi)連接。

DISCONNECT報(bào)文的固定報(bào)頭保留位必須全為0。

客戶端發(fā)送DISCONNECT報(bào)文之后必須關(guān)閉網(wǎng)絡(luò)連接，不能通過(guò)那個(gè)網(wǎng)絡(luò)連接再發(fā)送任何控制報(bào)文。

服務(wù)端在收到DISCONNECT報(bào)文時(shí)必須丟棄任何與當(dāng)前連接關(guān)聯(lián)的未發(fā)布的遺囑消息。而且當(dāng)客戶端沒(méi)有關(guān)閉網(wǎng)絡(luò)連接的時(shí)候服務(wù)器應(yīng)該主動(dòng)去關(guān)閉網(wǎng)絡(luò)連接。