MQTT入门

Posted 2020-11-21 zxfjava

什么是MQTT
　　　　MQTT（Message Queuing Telemetry Transport，消息队列遥测传输）是IBM开发的一个即时通讯协议，有可能成为物联网的重要组成部分。该协议支持所有平台，几乎可以把所有联网物品和外部连接起来，是一种基于发布/订阅（publish/subscribe）模式的“轻量级”通讯协议，该协议构建于TCP/IP协议上，被用来当做传感器和制动器（比如通过Twitter让房屋联网）的通信协议。
MQTT特点
　　　　MQTT协议是为大量计算能力有限，且工作在低带宽、不可靠的网络的远程传感器和控制设备通讯而设计的协议，它具有以下主要的几项特性：
　　　　1、使用发布/订阅消息模式，提供一对多的消息发布，解除应用程序耦合；
　　　　2、对负载内容屏蔽的消息传输；
　　　　3、使用 TCP/IP 提供网络连接；
　　　　4、有三种消息发布服务质量：

• “至多一次”，消息发布完全依赖底层 TCP/IP 网络。会发生消息丢失或重复。这一级别可用于如下情况，环境传感器数据，丢失一次读记录无所谓，因为不久后还会有第二次发送。
• “至少一次”，确保消息到达，但消息重复可能会发生。
• “只有一次”，确保消息到达一次。这一级别可用于如下情况，在计费系统中，消息重复或丢失会导致不正确的结果。

　　　　5、小型传输，开销很小（固定长度的头部是 2 字节），协议交换最小化，以降低网络流量；

　　　　6、使用 Last Will 和 Testament 特性通知有关各方客户端异常中断的机制
MQTT协议实现方式
　　　　在通讯过程中，MQTT协议中有三种身份：发布者（Publish）、代理（Broker）（服务器）、订阅者（Subscribe）。其中，消息的发布者和订阅者都是客户端，消息代理是服务器，消息发布者可以同时是订阅者。
　　　　MQTT传输的消息分为：主题（Topic）和负载（payload）两部分：
　　　　（1）Topic，可以理解为消息的类型，订阅者订阅（Subscribe）后，就会收到该主题的消息内容（payload）；
　　　　（2）payload，可以理解为消息的内容，是指订阅者具体要使用的内容。
MQTT协议数据
　　　　在MQTT协议中，一个MQTT数据包由：固定头（Fixed header）、可变头（Variable header）、消息体（payload）三部分构成。MQTT数据包结构如下：
　　　　 （1）固定头（Fixed header）。存在于所有MQTT数据包中，表示数据包类型及数据包的分组类标识。
　　　　 （2）可变头（Variable header）。存在于部分MQTT数据包中，数据包类型决定了可变头是否存在及其具体内容。
　　　　 （3）消息体（Payload）。存在于部分MQTT数据包中，表示客户端收到的具体内容。
MQTT实战
　　　目前正在做的通过mqtt做的是通过java代码控制硬件设备上相应LED灯的点亮、熄灭和闪烁操作，Publish如下：　

package com.joysuccess.testmqtt;

import com.alibaba.fastjson.JSON;
import org.eclipse.paho.client.mqttv3.*;
import org.eclipse.paho.client.mqttv3.persist.MemoryPersistence;

import java.text.DateFormat;
import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Date;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

/**
 * Created by ${zhangxufeng} on 2018/6/28.
 */
public class Server {
    //tcp://MQTT安装的服务器地址:MQTT定义的端口号
    public static final String HOST = "tcp://localhost:12333";
    //定义一个主题
    public static final String TOPIC = "XXXXXXXXXXXXX";
    //定义MQTT的ID，可以在MQTT服务配置中指定
    private static final String clientid = "server11";

    private MqttClient client;
    private MqttTopic topic11;
    private String userName = "admin";
    private String passWord = "admin";

    private MqttMessage message;

    /**
     * 构造函数
     * @throws MqttException
     */
    public Server() throws MqttException {
        // MemoryPersistence设置clientid的保存形式，默认为以内存保存
        client = new MqttClient(HOST, clientid, new MemoryPersistence());
        connect();
    }

    /**
     *  用来连接服务器
     */
    private void connect() {
        MqttConnectOptions options = new MqttConnectOptions();
        options.setCleanSession(false);
        options.setUserName(userName);
        options.setPassword(passWord.toCharArray());
        // 设置超时时间
        options.setConnectionTimeout(10);
        // 设置会话心跳时间
        options.setKeepAliveInterval(20);
        try {
            client.setCallback(new PushCallback());
            client.connect(options);

            topic11 = client.getTopic(TOPIC);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    /**
     *
     * @param topic
     * @param message
     * @throws MqttPersistenceException
     * @throws MqttException
     */
    public void publish(MqttTopic topic , MqttMessage message) throws MqttPersistenceException,
            MqttException {
        MqttDeliveryToken token = topic.publish(message);
        token.waitForCompletion();
        System.out.println("message is published completely! "
                + token.isComplete());
    }

    /**
     *  启动入口
     * @param args
     * @throws MqttException
     */
    public static void main(String[] args) throws MqttException {
        Server server = new Server();

        server.message = new MqttMessage();
        server.message.setQos(1);
        server.message.setRetained(true);
        Map<String,Object> map = new HashMap<>();
        Map<String,Object> map1 = new HashMap<>();//灯的颜色选择，r:红，g:绿，b:蓝，0闭，1长亮，大于2闪烁，大于2时数值为闪烁频率(500,每500ms闪烁一次)
        map1.put("r",0);
        map1.put("g",500);
        map1.put("b",0);
        map.put("moit","04D");
        map.put("sat","i7");
        map.put("cl","lxd");
        map.put("pas",map1);
        map.put("pe","exing");
        map.put("tut",1000);
        map.put("pry",0);
        map.put("oor","admin");

        Date date = new Date();
        DateFormat dFormat = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss"); //HH表示24小时制；
        String format = dFormat.format(date);
        String[] split = format.split(" ");
        String startTime = split[0]+"T"+split[1]+"Z";//拼接时间格式

        map.put("startTime",startTime);
        server.message.setPayload( JSON.toJSONString(map).getBytes());//转成JSON格式
        server.publish(server.topic11 , server.message);
        if (server.client.isConnected()){
            server.client.disconnect();//关闭连接
        }

    }

}

　　Subscribe如下：

package com.joysuccess.testmqtt;

import org.eclipse.paho.client.mqttv3.MqttClient;
import org.eclipse.paho.client.mqttv3.MqttConnectOptions;
import org.eclipse.paho.client.mqttv3.MqttException;
import org.eclipse.paho.client.mqttv3.MqttTopic;
import org.eclipse.paho.client.mqttv3.persist.MemoryPersistence;

import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;

/**
 * Created by ${zhangxufeng} on 2018/6/28.
 */
public class PubMsg {
    public static final String HOST = "tcp://localhost:12333";
    public static final String TOPIC = "xxxxxxxxx";
    private static final String clientid = "client11";
    private MqttClient client;
    private MqttConnectOptions options;
    private String userName = "admin";
    private String passWord = "admin";

    private ScheduledExecutorService scheduler;

    private void start() {
        try {
            // host为主机名，clientid即连接MQTT的客户端ID，一般以唯一标识符表示，MemoryPersistence设置clientid的保存形式，默认为以内存保存
            client = new MqttClient(HOST, clientid, new MemoryPersistence());
            // MQTT的连接设置
            options = new MqttConnectOptions();
            // 设置是否清空session,这里如果设置为false表示服务器会保留客户端的连接记录，这里设置为true表示每次连接到服务器都以新的身份连接
            options.setCleanSession(true);
            // 设置连接的用户名
            options.setUserName(userName);
            // 设置连接的密码
            options.setPassword(passWord.toCharArray());
            // 设置超时时间 单位为秒
            options.setConnectionTimeout(10);
            // 设置会话心跳时间 单位为秒 服务器会每隔1.5*20秒的时间向客户端发送个消息判断客户端是否在线，但这个方法并没有重连的机制
            options.setKeepAliveInterval(20);
            // 设置回调
            client.setCallback(new PushCallback());
            MqttTopic topic = client.getTopic(TOPIC);
            //setWill方法，如果项目中需要知道客户端是否掉线可以调用该方法。设置最终端口的通知消息
            options.setWill(topic, "close".getBytes(), 2, true);

            client.connect(options);
            //订阅消息
            int[] Qos  = {1};
            String[] topic1 = {TOPIC};
            client.subscribe(topic1, Qos);

        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws MqttException {
        PubMsg client = new PubMsg();
        client.start();
    }


}

　　PushCallBack如下：
　　　　

package com.joysuccess.testmqtt;

import org.eclipse.paho.client.mqttv3.MqttClient;
import org.eclipse.paho.client.mqttv3.MqttConnectOptions;
import org.eclipse.paho.client.mqttv3.MqttException;
import org.eclipse.paho.client.mqttv3.MqttTopic;
import org.eclipse.paho.client.mqttv3.persist.MemoryPersistence;

import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;

/**
 * Created by ${zhangxufeng} on 2018/6/28.
 */
public class PubMsg {
    public static final String HOST = "tcp://localhost:12333";
    public static final String TOPIC = "xxxxxxxxx";
    private static final String clientid = "client11";
    private MqttClient client;
    private MqttConnectOptions options;
    private String userName = "admin";
    private String passWord = "admin";

    private ScheduledExecutorService scheduler;

    private void start() {
        try {
            // host为主机名，clientid即连接MQTT的客户端ID，一般以唯一标识符表示，MemoryPersistence设置clientid的保存形式，默认为以内存保存
            client = new MqttClient(HOST, clientid, new MemoryPersistence());
            // MQTT的连接设置
            options = new MqttConnectOptions();
            // 设置是否清空session,这里如果设置为false表示服务器会保留客户端的连接记录，这里设置为true表示每次连接到服务器都以新的身份连接
            options.setCleanSession(true);
            // 设置连接的用户名
            options.setUserName(userName);
            // 设置连接的密码
            options.setPassword(passWord.toCharArray());
            // 设置超时时间 单位为秒
            options.setConnectionTimeout(10);
            // 设置会话心跳时间 单位为秒 服务器会每隔1.5*20秒的时间向客户端发送个消息判断客户端是否在线，但这个方法并没有重连的机制
            options.setKeepAliveInterval(20);
            // 设置回调
            client.setCallback(new PushCallback());
            MqttTopic topic = client.getTopic(TOPIC);
            //setWill方法，如果项目中需要知道客户端是否掉线可以调用该方法。设置最终端口的通知消息
            options.setWill(topic, "close".getBytes(), 2, true);

            client.connect(options);
            //订阅消息
            int[] Qos  = {1};
            String[] topic1 = {TOPIC};
            client.subscribe(topic1, Qos);

        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws MqttException {
        PubMsg client = new PubMsg();
        client.start();
    }


}

　　目前这只是测试Demo，还需集成到spring框架中，有待下一步开发