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MQTT 发布/订阅模式
发布订阅模式Publish-Subscribe Pattern是一种消息传递模式它将发送消息的客户端发布者与接收消息的客户端订阅者解耦使得两者不需要建立直接的联系也不需要知道对方的存在。
MQTT 发布/订阅模式的精髓在于由一个被称为代理Broker的中间角色负责所有消息的路由和分发工作发布者将带有主题的消息发送给代理订阅者则向代理订阅主题来接收感兴趣的消息。
在 MQTT 中主题和订阅无法被提前注册或创建所以代理也无法预知某一个主题之后是否会有订阅者以及会有多少订阅者所以只能将消息转发给当前的订阅者如果当前不存在任何订阅那么消息将被直接丢弃。
MQTT 发布/订阅模式有 4 个主要组成部分发布者、订阅者、代理和主题。 发布者Publisher 负责将消息发布到主题上发布者一次只能向一个主题发送数据发布者发布消息时也无需关心订阅者是否在线。 订阅者Subscriber 订阅者通过订阅主题接收消息且可一次订阅多个主题。MQTT 还支持通过共享订阅的方式在多个订阅者之间实现订阅的负载均衡。 代理Broker 负责接收发布者的消息并将消息转发至符合条件的订阅者。另外代理也需要负责处理客户端发起的连接、断开连接、订阅、取消订阅等请求。 主题Topic 主题是 MQTT 进行消息路由的基础它类似 URL 路径使用斜杠 / 进行分层比如 sensor/1/temperature。一个主题可以有多个订阅者代理会将该主题下的消息转发给所有订阅者一个主题也可以有多个发布者代理将按照消息到达的顺序转发。 MQTT 还支持订阅者使用主题通配符一次订阅多个主题。更多关于 MQTT 主题的介绍可查看博客通过案例理解 MQTT 主题与通配符。 MQTT 发布/订阅架构
MQTT 发布/订阅中的消息路由
在 MQTT 发布/订阅模式中一个客户端既可以是发布者也可以是订阅者也可以同时具备这两个身份。 当客户端发布一条消息时它会被发送到代理然后代理将消息路由到该主题的所有订阅者。 当客户端订阅一个主题时它会收到代理转发到该主题的所有消息。
一般来说大多数发布/订阅系统主要通过以下两种方式过滤并路由消息。 根据主题 订阅者向代理订阅自己感兴趣的主题发布者发布的所有消息中都会包含自己的主题代理根据消息的主题判断需要将消息转发给哪些订阅者。 根据消息内容 订阅者定义其感兴趣的消息的条件只有当消息的属性或内容满足订阅者定义的条件时消息才会被投递到该订阅者。
MQTT 协议是基于主题进行消息路由的在这个基础上EMQX 从 3.1 版本开始通过基于 SQL 的规则引擎提供了额外的按消息内容进行路由的能力。
MQTT 与 HTTP 请求响应
HTTP 是万维网数据通信的基础其简单易用无客户端依赖被广泛应用于各个行业。在物联网领域HTTP 也可以用于连接物联网设备和 Web 服务器实现设备的远程监控和控制。
虽然使用简单、开发周期短但是基于请求响应的 HTTP 在物联网领域的应用却有一定的局限性。首先协议层面 HTTP 报文相较与 MQTT 需要占用更多的网络开销其次HTTP 是一种无状态协议这意味着服务器在处理请求时不会记录客户端的状态也无法实现从连接异常断开中恢复最后请求响应模式需要通过轮询才能获取数据更新而 MQTT 通过订阅即可获取实时数据更新。
发布订阅模式的松耦合特性也给 MQTT 带来了一些副作用。由于发布者并不知晓订阅者的状态因此发布者也无法得知订阅者是否收到了消息或者是否正确处理了消息。为此MQTT 5.0 增加了请求响应特性以实现订阅者收到消息后向某个主题发送应答发布者收到应答后再进行后续操作。
MQTT 与消息队列
尽管 MQTT 与消息队列的很多行为和特性非常接近比如都采用发布/订阅模式但是他们面向的场景却有着显著的不同。消息队列主要用于服务端应用之间的消息存储与转发这类场景往往数据量大但客户端数量少。MQTT 是一种消息传输协议主要用于物联网设备之间的消息传递这类场景的特点是海量的设备接入、管理与消息传输。
在一些实际的应用场景中MQTT 与消息队列往往会被结合起来使用以使 MQTT 服务器能专注于处理设备的连接与设备间的消息路由。比如先由 MQTT 服务器接收物联网设备上报的数据然后再通过消息队列将这些数据转发到不同的业务系统进行处理。
不同于消息队列MQTT 主题不需要提前创建。MQTT 客户端在订阅或发布时即自动的创建了主题开发者无需再关心主题的创建并且也不需要手动删除主题。
结语
MQTT 的发布/订阅机制可以很轻易地满足我们一对一、一对多、多对一的通信需要。这也在很大程度上拓宽了 MQTT 在 IoT 领域之外的应用像网络直播互动、手机消息推送等行业场景都非常适合使用 MQTT。
