一、MQTT 协议概念
MQTT 协议的全称是 Message Queuing Telemetry Transport,翻译为消息队列传输探测,它是 ISO 标准下的一种基于发布 - 订阅模式的消息协议,它是基于 TCP/IP 协议簇的,它是为了改善网络设备硬件的性能和网络的性能来设计的。MQTT 一般多用于 IoT 即物联网上
二、MQTT 基础
上面我们解释了 MQTT 协议的基本概念,MQTT 协议总结一点就是一种轻量级的二进制协议,MQTT 协议与 HTTP 相比具有一个明显的优势:数据包开销较小,数据包开销小就意味着更容易进行网络传输。还有一个优势就是 MQTT 在客户端容易实现,而且具有易用性,非常适合当今资源有限的设备。
MQTT 协议由 Andy Stanford-Clark (IBM) 和 Arlen Nipper(Arcom,现为 Cirrus Link)于 1999 年发明。 他们需要一种通过卫星连接石油管道的协议,以最大限度地减少电池损耗和带宽。所以他们为这个协议规定了几种要求:
1、这个协议必须易于实现;
2、这个协议中的数据必须易于传输,消耗成本小;
3、这个协议必须提供服务质量管理;
4、这个协议必须支持连续的会话控制;
5、假设数据不可知,不强求传输数据的类型与格式,保持灵活性。
这些设计也是 MQTT 的精髓所在,MQTT 经过不断的发展,已经成为了物联网 IoT 所必备的一种消息探测协议,官方强烈推荐使用的版本是 MQTT 5。
三、发布 - 订阅模式
发布 - 订阅模式,我相信接触消息中间件架构的同学都听过,这是一种传统的客户端 - 服务器架构的替代方案,因为一般传统的客户端-服务器是客户端能够直接和服务器进行通信。
但是发布 - 订阅模式 pub/sub就不一样了,发布订阅模式会将发送消息的发布者 publisher与接收消息的订阅者 subscribers进行分离,publisher 与 subscribers 并不会直接通信,他们甚至都不清楚对方是否存在,他们之间的交流由第三方组件 broker 代理。
pub/sub 最重要的方面是 publisher 与 subscriber 的解藕,这种耦合度有下面三个维度:
1、空间解耦
publisher 与 subscriber 并不知道对方的存在,例如不会有 IP 地址和端口的交互,也更不会有消息的交互。
2、时间解藕
publisher 与 subscriber 并不一定需要同时运行。
3、同步 Synchronization 解藕
两个组件的操作比如 publish 和 subscribe 都不会在发布或者接收过程中产生中断。
总之,发布/订阅模式消除了传统客户-服务器之间的直接通信,把通信这个操作交给了 broker 进行代理,并在空间、时间、同步三个维度上进行了解藕。
四、可拓展性
pub/sub 比传统的客户端-服务器模式有了更好的拓展,这是由于 broker 的高度并行化,并且是基于事件驱动的模式。可拓展性还体现在消息的缓存和消息的智能路由,还可以通过集群代理来实现数百万的连接,使用负载均衡器将负载分配到更多的单个服务器上,这就是 MQTT 的深度应用了。
你可能不明白什么是事件驱动,我在这里解释下事件驱动的概念。
事件驱动是一种编程范式,编程范式是软件工程中的概念,它指的是一种编程方法或者说程序设计方式,比如说面向对象编程和面向过程编程就是一种编程范式,事件驱动中的程序流程会由诸如用户操作(点击鼠标、键盘)、传感器输出或者从其他程序或传递的消息事件决定。事件驱动编程是图形用户界面和其他应用程序比如 Web 中使用的主要范式,这些应用程序能够响应用户输入执行某些操作为中心,这同时也适用于驱动程序的编程。
五、消息过滤
在 pub/sub 的架构模式中,broker 扮演着至关重要的作用,其中非常重要的一点就是 broker 能够对消息进行过滤,使每个订阅者只接收自己感兴趣的消息。broker 有几个可以过滤的选项:
1、基于主题的过滤
MQTT 是基于 subject 的消息过滤的,每条消息都会有一个 topic ,接收客户端会向 borker 订阅感兴趣的 topic,订阅后,broker 就会确保客户端收到发布到 topic 中的消息。
2、基于内容的过滤
在基于内容的过滤中,broker 会根据特定的内容过滤消息,接受客户端会经过过滤他们感兴趣的内容。这种方法的一个显著的缺点就是必须事先知道消息的内容,不能加密或者轻易修改。
3、基于类型的过滤
在使用面向对象的语言时,基于消息(事件)的类型过滤是一种比较常见的过滤方式。
为了发布/订阅系统的挑战,MQTT 具有三个服务质量级别,你可以指定消息从客户端传到 broker 或者从 broker 传到客户端,在 topic 的订阅中,会存在 topic 没有 subscriber 订阅的情况,作为 broker 必须知道如何处理这种情况。
六、MQTT 与消息队列的区别
我们现在知道,MQTT 是一种消息队列传输探测协议,这种协议是看似是以消息队列为基础,但却与消息队列有所差别。
在传统的消息队列模式中,一条消息会存储在消息队列中等待被消费,每个传入的消息都存储在消息队列中,直到它被客户端(通常称之为消费者)所接收,如果没有客户端消费消息的话,这条消息就会存在消息队列中等待被消费。但是在消息队列中,不会存在消息没有客户端消费的情况,但是在 MQTT 中,确存在 topic 无 subscriber 订阅的情况。
在传统的消息队列模式中,一条消息只能被一个客户端所消费,负载会分布在队列的每个消费者之间;而在 MQTT 中,每个订阅者都会受到消息,每个订阅者有相同的负载。
在传统的消息队列模式中,必须使用单独的命令来显式创建队列,只有队列创建后,才可以生产或者消费消息;而在 MQTT 中,topic 比较灵活,可以即时创建。