MQTT 协议简介、与Websocket的区别

小马同学
MQTT
2020-07-27
18热度
0评论

MQTT是一个基于客户端-服务器的消息发布/订阅传输协议。MQTT协议是轻量、简单、开放和易于实现的，这些特点使它适用范围非常广泛。在很多情况下，包括受限的环境中，如：机器与机器（M2M）通信和物联网（IoT）。其在，通过卫星链路通信传感器、偶尔拨号的医疗设备、智能家居、及一些小型化设备中已广泛使用。

MQTT协议原理：

简单来说就是客户端与服务端通过心跳包来保持连接，客户接收端向服务端订阅消息，客户发布端向服务端发布消息，服务端再将消息分发给订阅了该消息的客户接收端。

由于物联网的环境是非常特别的，所以MQTT遵循以下设计原则：

1、精简，不添加可有可无的功能；

2、发布/订阅（Pub/Sub）模式，方便消息在传感器之间传递；

3、允许用户动态创建主题，零运维成本；

4、把传输量降到最低以提高传输效率；

5、把低带宽、高延迟、不稳定的网络等因素考虑在内；

6、支持连续的会话控制；

7、理解客户端计算能力可能很低；

8、提供服务质量管理；

9、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。

MQTT协议工作在低带宽、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。这一点很类似于XMPP，但是MQTT的信息冗余远小于XMPP，,因为XMPP使用XML格式文本来传递数据。

2、对负载内容屏蔽的消息传输。

3、使用TCP/IP提供网络连接。主流的MQTT是基于TCP连接进行数据推送的，但是同样有基于UDP的版本，叫做MQTT-SN。这两种版本由于基于不同的连接方式，优缺点自然也就各有不同了。

4、有三种消息发布服务质量：

a、"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。这一种方式主要普通APP的推送，倘若你的智能设备在消息推送时未联网，推送过去没收到，再次联网也就收不到了。

b、"至少一次"，确保消息到达，但消息重复可能会发生。

c、"只有一次"，确保消息到达一次。在一些要求比较严格的计费系统中，可以使用此级别。在计费系统中，消息重复或丢失会导致不正确的结果。这种最高质量的消息发布服务还可以用于即时通讯类的APP的推送，确保用户收到且只会收到一次。

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。这就是为什么说它非常适合"在物联网领域，传感器与服务器的通信，信息的收集"，要知道嵌入式设备的运算能力和带宽都相对薄弱，使用这种协议来传递消息再适合不过了。

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。

Last Will：遗言机制，用于通知同一主题下的其他设备发送遗言的设备已经断开了连接。

Testament：遗嘱机制，功能类似于Last Will。

关于遗愿的作用：

当连接MQTT服务器时设置了遗愿的客户端异常退出，心跳超时后MQTT服务器会将该客户的遗愿消息发布出去，订阅了该遗愿消息的客户端会收到通知。总的来说，就是当客户异常退出(比如：断网) 后通知应用服务器的作用 (这个通知会有延迟，延迟时间和心跳有关)。

遗愿实际项目场景：

应用app服务器监听了主题/logout 的消息, 客户端app 连接MQTT服务器时设置了遗愿主题：/logout ，消息内容 {当前app用户的id} ，当用户app网络断开，过了一段时间后，MQTT服务器发现这个连接的APP客户端心跳停止很久了(和超时时间有关)，认为app客户端已经异常退出了，然后将其连接时设置的遗愿消息发布出来主题：/logout。服务器由于已经订阅了主题/logout的消息，所以能收到这条消息，消息内容中是app用户的id，然后服务器就可以做一些下线处理了。

mqtt与socket的区别主要有：

1、mqtt 协议是为计算能力有限，并且在低带宽、不可靠网络下工作的远程传感器、控制设备通讯而设计，而WebSocket则是为了浏览器与服务器全双工通信而设计；

2、mqtt 是IBM开发的即时通讯协议，而Socket是基于TCP的一种应用层网络协议。

WebSocket则使用一个TCP连接进行双向通讯的机制，包括网络协议和API，以取代网页和服务器采用HTTP轮询进行双向通讯的机制。本质上来说，WebSocket是不限于HTTP协议的，但是由于现存大量的HTTP基础设施，代理，过滤，身份认证等等，WebSocket借用HTTP和HTTPS的端口。由于使用HTTP的端口，因此TCP连接建立后的握手消息是基于HTTP的，由服务器判断这是一个HTTP协议，还是WebSocket协议。WebSocket连接除了建立和关闭时的握手，数据传输和HTTP没丁点关系了。

由此可知两者的应用场景不一样：

　　1、MQTT是为了物联网场景设计的基于TCP的Pub/Sub协议，有许多为物联网优化的特性，比如适应不同网络的QoS、层级主题、遗言等等。

　　2、WebSocket是为了HTML5应用方便与服务器双向通讯而设计的协议，HTTP握手然后转TCP协议，用于取代之前的Server Push、Comet、长轮询等老旧实现。

两者之所以有交集，是因为一个应用场景：如何通过HTML5应用来作为MQTT的客户端，以便接受设备消息或者向设备发送信息，那么MQTT over WebSocket自然成了最合理的途径了。

kafka和mqtt的区别是什么？

两者虽然都是从传统的Pub/Sub消息系统演化出来的，但是演化的方向不一样，以下是几个比较突出的点：

1、Kafka是为了数据集成的场景，与以往Pub/Sub消息总线不一样，通过分布式架构提供了海量消息处理、高容错的方式存储海量数据流、保证数据流的顺序等特性。

2、MQTT是为了物联网场景而优化，不但提供多个QoS选项（exact once、at least once、at most once），而且还有层级主题、遗嘱等等特性。

说白了都是传统消息系统（老爸）的子嗣，只是与不同的场景（老妈）结合的产物。不过，两者却可以结合起来使用。比如可以用MQTT接受物联网设备上传的数据，然后接入Kafka，最后可以同时分发到HDFS归档、数据仓库做OLAP分析、Elasticsearch做全文检索，这样的架构非常适合大型物联网项目，不但能够处理海量数据同时也具有很好的扩展性。