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文章目录
  1. 1. 为什么会写这篇mqtt教程
  2. 2. 物联网IoT协议之mqtt快速入门
    1. 2.1. 什么是mqtt
    2. 2.2. 为什么物联网IoT需要mqtt
    3. 2.3. mqtt之Hello World
      1. 2.3.1. 消息主题(topic)
      2. 2.3.2. 消息发布(publish)
      3. 2.3.3. 消息订阅(subscribe)
      4. 2.3.4. mqtt服务器(broker)
      5. 2.3.5. 客户端(client)
    4. 2.4. 实现Hello World
      1. 2.4.1. 选择一个在线mqtt服务器
      2. 2.4.2. 选择一个mqtt客户端
      3. 2.4.3. 小明和丽丽互发短信
      4. 2.4.4. linux版mqtt客户端
    5. 2.5. 开发mqtt应用程序
      1. 2.5.1. C语言mqtt客户端示例
      2. 2.5.2. JavaScript语言mqtt客户端示例
      3. 2.5.3. 云厂商mqtt接入说明
  3. 3. 物联网IoT协议之mqtt完全教程

转载请注明 作者:源码先生, 文章链接:https://www.debugself.com/2019/10/23/mqtt_guide/, 请勿用于商业用途

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为什么会写这篇mqtt教程

工作中经常用到各种开源的软件，比如docker，k8s，mongo，kafka等，也经常网上搜集各种学习资料，但是都没付过费，都是免费开源的，真要感谢丰富的开源世界，不然工作都没法进行了。时常想，老是白嫖可不行，也得分享点东西出来。最近工作中一直在用mqtt，于是准备写份mqtt教程，把学习到的mqtt知识分享出来。为了方便不同的读者，教程分为两大部分：

  • mqtt快速入门教程，快速了解如何使用mqtt，无须需要关心mqtt底层细节
  • mqtt完整教程，包括mqtt各种技术细节，适合mqtt进阶

源码先生 写于2019-10-19

物联网IoT协议之mqtt快速入门

什么是mqtt

mqtt是IBM 公司在1999年开发的即时通讯协议，它是一个轻量级的，基于发布/订阅模式的消息传输协议，专门为资源（如内存，网络等）受限的设备而设计，即使设备运行在低带宽、高延时、不稳定的网络中，通过mqtt依旧可以获得一定程度的、可靠的通信服务。

为什么物联网IoT需要mqtt

  • 物联网的首要任务是完成设备与设备的通信，而且不仅是一对一的通信，还包括多对多的通信，mqtt基于发布/订阅模式，原生支持多对多的通信，非常符合物联网的通信要求
  • mqtt是轻量级协议，相比HTTP，mqtt协议层占用的通信数据非常少，非常适合低带宽、资源受限的IoT设备
  • 无论是国外的AWS、Azure，还是国内的阿里云、腾讯云，都使用mqtt作为接入IoT设备的首选协议，mqtt已经成为物联网上云第一大协议

mqtt之Hello World

按照惯例，如果不懂mqtt，来个Hello World想必是极好的。mqtt是即时通信协议，和QQ/微信/手机短信非常像，这里就以小明和丽丽互发短信为例，作为mqtt的Hello World。开始Hello World前，需要先了解mqtt中的几个名词。

消息主题(topic)

可以类比为手机号，发短信前得先知道目标手机号，mqtt中发消息前得先知道目标topic。
topic是一个字符串，比如xiaoming，mqtt中常使用/作为分隔符，如/lanxiang/wajueji/xiaoming这样的格式，可以方便的看出这是蓝翔-挖掘机班-小明同学的topic。

消息发布(publish)

publish用来发布一条消息，伪代码为

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publish('topic', 'payload')

其中topic为要发布消息的主题，payload为要发布消息的内容。

消息订阅(subscribe)

subscribe用来订阅一个消息主题，伪代码为

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subscribe("topic")

其中topic为要订阅的消息的主题，订阅成功后，应用程序还需要注册一个回调函数，当有消息发送过来，回调函数会被调用，伪代码如

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client.on("message", function (topic, payload) {
    alert([topic, payload].join(": "))
  })

其中on(“message”)为监控消息达到事件，function为回调函数，topic为收到的消息来自哪个主题，payload为收到消息的内容。

mqtt服务器(broker)

设备通过发布/订阅模式通信，设备需要先连接到mqtt服务器，多个设备之间的消息需要通过mqtt服务器中转，如下图

发布方(publisher)即发送消息的设备

订阅方(subscriber)即订阅消息的设备

mqtt服务器类似消息的中转站，所以mqtt服务器有一个更形象的名词，即消息代理服务器(Broker)。

客户端(client)

发布方和订阅方统称为客户端(client)，一个设备可以即是发布方，也可以同时是订阅方，一个设备可以向多个topic发布消息，也可以订阅多个topic。

实现Hello World

下面我们完成小明和丽丽互发短信的示例。

选择一个在线mqtt服务器

首先我们要有一个mqtt服务器，由于mqtt只是一份标准规范，而目前符合mqtt标准的服务器已经有很多了，开源的有mosquitto，RabbitMQ，EMQ X Broker等。自己手动安装服务器，很容易出现选择困难症，到底哪家mqtt服务器强？其实最简单的方法，是直接使用网上公开的，在线mqtt服务器，mqtt官方公布了一个在线mqtt服务器列表，见在线mqtt服务器。这些线上服务器仅做测试使用，这里我们选取test.mosquitto.org作为Hello World的测试服务器。

选择一个mqtt客户端

mqtt客户端也有很多选择，经过源码先生的验证，开源的qmqtt-client使用比较简单，源码先生已经把qmqtt-client编译为exe，请直接从百度网盘https://pan.baidu.com/s/1ZTmmuSddLzRCoW4xLVCdvw 下载吧。
双击qmqtt-client.exe，即可启动mqtt客户端。

小明和丽丽互发短信

启动一个mqtt客户端，代表小明，按照下图中的步骤连接mqtt服务器。

启动另一个mqtt客户端，代表丽丽，按照下图中的步骤连接mqtt服务器。

小明订阅消息主题/lanxiang/wajueji/xiaoming，类似小明给自己买了个手机号。

丽丽订阅消息主题/lanxiang/meirong/lili，类似丽丽给自己买了个手机号。

注意，不需要手动创建topic，第一次订阅或者第一次发布时服务器会自动创建topic


小明要给丽丽发信息，必须先知道丽丽的手机号，也不知道小明从哪里弄来了丽丽的手机号（/lanxiang/meirong/lili），总之，小明可以给丽丽发信息了。发信息的步骤如下图：

丽丽收到了新的消息，并回复了小明。

小明也收到了丽丽的回复。

小明心情不太好，此次mqtt通信到此结束。

linux版mqtt客户端

linux版mqtt客户端推荐mosquitto-clients，Ubuntu安装的mosquitto-clients的命令为

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apt-add-repository ppa:mosquitto-dev/mosquitto-ppa
apt-get update
apt-get install mosquitto-clients

小明订阅消息的命令为：

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mosquitto_sub -v -t '/lanxiang/wajueji/xiaoming' -h "test.mosquitto.org" -p 1883

丽丽订阅消息的命令为：

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mosquitto_sub -v -t '/lanxiang/meirong/lili' -h "test.mosquitto.org" -p 1883

小明发布消息的命令为:

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mosquitto_pub -h 'test.mosquitto.org' -p 1883 -t '/lanxiang/meirong/lili' -m '是丽丽吗，我是小明，在干嘛呢？'

丽丽发布消息的命令为:

1
mosquitto_pub -h 'test.mosquitto.org' -p 1883 -t '/lanxiang/wajueji/xiaoming' -m '准备睡了，有空再聊'

开发mqtt应用程序

开发mqtt的应用程序，需要使用mqtt客户端库，mqtt客户端库会提供publish、subscribe等API，应用程序调用客户端库的API即可完成mqtt通信。mqtt官方提供一个客户端库列表，见mqtt客户端库列表，其中Java，JavaScript，Python，go各种语言的mqtt客户端库应有尽有，请根据自己的口味自行选取。

C语言mqtt客户端示例

IoT设备端一般使用C语言开发，这里以Eclipse Paho Embedded C客户端库为例，发布方的示例代码为：

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#include <stdio.h>
#include <memory.h>
#include "MQTTClient.h"

int main(int argc, char** argv)
{
	int rc = 0;
	unsigned char buf[100];
	unsigned char readbuf[100];

	Network n;
	MQTTClient c;

	NetworkInit(&n);
	NetworkConnect(&n, "test.mosquitto.org", 1883);
	MQTTClientInit(&c, &n, 1000, buf, 100, readbuf, 100);
 
	MQTTPacket_connectData data = MQTTPacket_connectData_initializer;       
	data.willFlag = 0;
	data.MQTTVersion = 3;
	data.clientID.cstring = "xiaoming";

	data.keepAliveInterval = 10;
	data.cleansession = 1;
	
	// 连接mqtt服务器
	rc = MQTTConnect(&c, &data);
	printf("Connected %d\n", rc);
    
	// 发布消息
	MQTTMessage pubmsg;
	memset(&pubmsg, '\0', sizeof(pubmsg));
	pubmsg.payload = "是丽丽吗";
	pubmsg.payloadlen = strlen(pubmsg.payload);
	pubmsg.qos = 0;
	pubmsg.retained = 0;
	pubmsg.dup = 0;
	
	rc = MQTTPublish(&c, "/lanxiang/meirong/lili", &pubmsg);
	printf("Published %d\n", rc);

	MQTTDisconnect(&c);
	NetworkDisconnect(&n);
	return 0;
}

订阅方的示例代码为：

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#include <stdio.h>
#include <memory.h>
#include "MQTTClient.h"

#include <signal.h>

//通过信号退出程序
volatile int toStop = 0;
void cfinish(int sig)
{
	signal(SIGINT, NULL);
	toStop = 1;
}

//新消息到达的回调函数
void messageArrived(MessageData* md)
{
	MQTTMessage* message = md->message;

	printf("%.*s\t", md->topicName->lenstring.len, md->topicName->lenstring.data);
	printf("%.*s\n", (int)message->payloadlen, (char*)message->payload);
}

int main(int argc, char** argv)
{
	int rc = 0;
	unsigned char buf[100];
	unsigned char readbuf[100];

	Network n;
	MQTTClient c;

	signal(SIGINT, cfinish);
	signal(SIGTERM, cfinish);

	NetworkInit(&n);
	NetworkConnect(&n, "test.mosquitto.org", 1883);
	MQTTClientInit(&c, &n, 1000, buf, 100, readbuf, 100);
 
	MQTTPacket_connectData data = MQTTPacket_connectData_initializer;       
	data.willFlag = 0;
	data.MQTTVersion = 3;
	data.clientID.cstring = "lili";
	data.keepAliveInterval = 10;
	data.cleansession = 1;
	
	// 连接mqtt服务器
	rc = MQTTConnect(&c, &data);
	printf("Connected %d\n", rc);
    
	// 订阅mqtt消息
	rc = MQTTSubscribe(&c, "/lanxiang/meirong/lili", 0, messageArrived);
	printf("Subscribed %d\n", rc);

	while (!toStop)
	{
		MQTTYield(&c, 1000);
	}
	
	printf("Stopping\n");

	MQTTDisconnect(&c);
	NetworkDisconnect(&n);

	return 0;
}

JavaScript语言mqtt客户端示例

使用npm命令安装JavaScript的mqtt客户端库。

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npm install mqtt

发布方的示例代码为：

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var mqtt = require('mqtt')
var client = mqtt.connect('mqtt://test.mosquitto.org')

client.on('connect', function () {
  client.publish('/lanxiang/meirong/lili', '是丽丽吗')
  client.end()
})

订阅方的示例代码为：

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var mqtt = require('mqtt')
var client = mqtt.connect('mqtt://test.mosquitto.org')

client.on('connect', function () {
  client.subscribe('/lanxiang/meirong/lili', function (err) {
    if (err) {
        console.log(err);
    }
    else{
        console.log("subscribe succeed!");
    }
  })
})

client.on('message', function (topic, message) {
  console.log(message.toString())
  client.publish('/lanxiang/wajueji/xiaoming', '准备睡了，有空再聊')
  client.end()
})

云厂商mqtt接入说明

AWS，阿里云等云厂商，都提供了物联网设备接入的云平台，虽然它们使用的也是mqtt，但是使用上述标准的mqtt客户端库是无法接入这些物联网云平台的，必须使用云厂商自己的mqtt SDK才能接入，这是因为此类物联网云平台添加了特有的功能（而标准的mqtt客户端库并没有这些特有的功能），主要包括

  • 特有的安全认证，mqtt默认只有用户名和密码的认证，而云厂商提供了自己特有的认证方式，其安全性会更好
  • 特有的业务逻辑，云厂商一般需要先通过Web控制台创建设备信息(包括设备所属产品，设备ID，设备密钥等)，再把设备信息烧写到设备固件中，然后才可以连接到云平台

云厂商一般都会提供详细的设备接入文档和接入SDK，可以去阿里云mqtt SDK自行围观阿里的mqtt客户端库。

物联网IoT协议之mqtt完全教程

敬请期待。