前言
MQTT（Message Queue Telemetry Transport）,遙測傳輸協(xié)議，提供訂閱/發(fā)布模式，更為簡約、輕量，易于使用，針對受限環(huán)境（帶寬低、網(wǎng)絡(luò)延遲高、網(wǎng)絡(luò)通信不穩(wěn)定），可以簡單概括為物聯(lián)網(wǎng)打造，官方總結(jié)特點(diǎn)如下：
1.使用發(fā)布/訂閱消息模式，提供一對多的消息發(fā)布，解除應(yīng)用程序耦合。
2. 對負(fù)載內(nèi)容屏蔽的消息傳輸。
3. 使用 TCP/IP 提供網(wǎng)絡(luò)連接。
4. 有三種消息發(fā)布服務(wù)質(zhì)量：
“至多一次”，消息發(fā)布完全依賴底層 TCP/IP 網(wǎng)絡(luò)。會發(fā)生消息丟失或重復(fù)。這一級別可用于如下情況，環(huán)境傳感器數(shù)據(jù)，丟失一次讀記錄無所謂，因?yàn)椴痪煤筮€會有第二次發(fā)送。
“至少一次”，確保消息到達(dá)，但消息重復(fù)可能會發(fā)生。
“只有一次”，確保消息到達(dá)一次。這一級別可用于如下情況，在計費(fèi)系統(tǒng)中，消息重復(fù)或丟失會導(dǎo)致不正確的結(jié)果。
5. 小型傳輸，開銷很小（固定長度的頭部是 2 字節(jié)），協(xié)議交換最小化，以降低網(wǎng)絡(luò)流量。
6. 使用 Last Will 和 Testament 特性通知有關(guān)各方客戶端異常中斷的機(jī)制。
在沉寂了四年之后， MQTT 3.1.1規(guī)范 于2014年10月30號正式發(fā)布，與此同時MQTT 3.1.1已成為OASIS（結(jié)構(gòu)化信息標(biāo)準(zhǔn)促進(jìn)組織）開放物聯(lián)網(wǎng)消息傳遞協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)（ 連接1 連接2 ），換種說法就是MQTT 3.1.1已升級為國際物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。
細(xì)心的朋友一定會發(fā)現(xiàn)，原來MQTT 3.1規(guī)范是IBM的協(xié)議，到了MQTT 3.1.1規(guī)范 后就變成了OASIS的標(biāo)準(zhǔn)。
中文版的文檔查看以下的鏈接：
MQTT協(xié)議v3.1中文版
MQTT協(xié)議v3.1.1中文版
協(xié)議介紹
固定頭部
固定頭部，使用兩個字節(jié)，共16位：
Byte 1 消息類型和標(biāo)志字段，消息類型(4-7)，使用4位二進(jìn)制表示，可代表16種消息類型。
Byte 2 剩余長度字段（至少1個字節(jié)，最多4個字節(jié)），采用big-endian模式存儲。
消息類型
除去0和15位置屬于保留待用，共14種消息事件類型。
DUP flag（打開標(biāo)志）
保證消息可靠傳輸，默認(rèn)為0，只占用一個字節(jié)，表示第一次發(fā)送。不能用于檢測消息重復(fù)發(fā)送等。只適用于客戶端或服務(wù)器端嘗試重發(fā)PUBLISH, PUBREL, SUBSCRIBE 或 UNSUBSCRIBE消息，注意需要滿足以下條件：
當(dāng) QoS > 0
消息需要回復(fù)確認(rèn)
此時，在可變頭部需要包含消息ID。當(dāng)值為1時，表示當(dāng)前消息先前已經(jīng)被傳送過。
QoS(Quality of Service,服務(wù)質(zhì)量)
使用兩個二進(jìn)制表示PUBLISH類型消息：
RETAIN(保持)
僅針對PUBLISH消息。不同值，不同含義：
1：表示發(fā)送的消息需要一直持久保存（不受服務(wù)器重啟影響），不但要發(fā)送給當(dāng)前的訂閱者，并且以后新來的訂閱了此Topic name的訂閱者會馬上得到推送。
備注：新來乍到的訂閱者，只會取出最新的一個RETAIN flag = 1的消息推送。
0：僅僅為當(dāng)前訂閱者推送此消息。
假如服務(wù)器收到一個空消息體(zero-length payload)、RETAIN = 1、已存在Topic name的PUBLISH消息，服務(wù)器可以刪除掉對應(yīng)的已被持久化的PUBLISH消息。
Remaining Length（剩余長度）
在當(dāng)前消息中剩余的byte(字節(jié))數(shù)，包含可變頭部和負(fù)荷(稱之為內(nèi)容/body，更為合適)。單個字節(jié)最大值：01111111，16進(jìn)制：0x7F，10進(jìn)制為127。單個字節(jié)為什么不能是11111111（0xFF）呢？因?yàn)镸QTT協(xié)議規(guī)定，第八位（最高位）若為1，則表示還有后續(xù)字節(jié)存在。
同時MQTT協(xié)議最多允許4個字節(jié)表示剩余長度。那么最大長度為：0xFF,0xFF,0xFF,0x7F。
二進(jìn)制表示為：11111111,11111111,11111111,01111111
十進(jìn)制：268435455 byte=261120KB=256MB=0.25GB
四個字節(jié)之間值的范圍：
可變頭部
固定頭部僅定義了消息類型和一些標(biāo)志位，一些消息的元數(shù)據(jù)，需要放入可變頭部中。可變頭部內(nèi)容字節(jié)長度 + Payload/負(fù)荷字節(jié)長度 = 剩余長度，這個是需要牢記的。可變頭部，包含了協(xié)議名稱，版本號，連接標(biāo)志，用戶授權(quán)，心跳時間等內(nèi)容，這部分和后面要講到的CONNECT消息類型，有重復(fù)，暫時略過。
Payload/消息體/負(fù)荷
消息體主要是為配合固定/可變頭部命令（比如CONNECT可變頭部User name標(biāo)記若為1則需要在消息體中附加用戶名稱字符串）而存在。
CONNECT/SUBSCRIBE/SUBACK/PUBLISH等消息有消息體。PUBLISH的消息體以二進(jìn)制形式對待。
請記住MQTT協(xié)議只允許在PUBLISH類型消息體中使用自定義特性，在固定/可變頭部想加入自定義私有特性，就免了吧。這也是為了協(xié)議免于流于形式，變得很分裂也為了兼顧現(xiàn)有客戶端等。比如支持壓縮等，那就可以在Payload中定義數(shù)據(jù)支持，在應(yīng)用中進(jìn)行讀取處理。這部分會在后面的文章中詳細(xì)論述。
消息標(biāo)識符/消息ID
固定頭中的QoS level標(biāo)志值為1或2時才會在：PUBLISH，PUBACK，PUBREC，PUBREL，PUBCOMP，SUBSCRIBE，SUBACK，UNSUBSCRIBE，UNSUBACK等消息的可變頭中出現(xiàn)。
一個16位無符號位的short類型值（值不能為 0，0做保留作為無效的消息ID），僅僅要求在一個特定方向（服務(wù)器發(fā)往客戶端為一個方向，客戶端發(fā)送到服務(wù)器端為另一個方向）的通信消息中必須唯一。比如客戶端發(fā)往服務(wù)器，有可能存在服務(wù)器發(fā)往客戶端會同時存在重復(fù)，但不礙事。
可變頭部中，需要兩個字節(jié)的順序是MSB(Most Significant Bit) LSB(Last/Least Significant Bit)，翻譯成中文就是，最高有效位，最低有效位。最高有效位在最低有效位左邊/上面，表示這是一個大端字節(jié)/網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序，符合人的閱讀習(xí)慣，高位在最左邊。
小結(jié)
掌握固定頭部的QoS level、RETAIN標(biāo)記、可變頭部的Connect flags作用和意義，對總體理解MQTT作用很大。下面列舉了一些常用的操作：
CONNECT
TCP連接建立完畢后，Client向Server發(fā)出一個Request。
如果一段時間內(nèi)接收不到Server的Response，則關(guān)閉socket，重新建立一個session連接。
如果一個ClientID已經(jīng)與服務(wù)器連接，則持有同樣ClientID的舊有連接必須由服務(wù)器關(guān)閉后，新建立才能建立。
CONNACK
Server發(fā)出Response響應(yīng)。
0x00 Connection Accepted
0x01 Connection Refused: unacceptable protocol version
0x02 Connection Refused: identifier rejected
0x03 Connection Refused: server unavailable
0x04 Connection Refused: bad user name or password
0x05 Connection Refused: not authorized
PUBLISH 發(fā)布消息
Client/Servier均可以進(jìn)行PUBLISH。
publish message 應(yīng)該包含一個TopicName(Subject/Channel)，即訂閱關(guān)鍵詞。
關(guān)于Topic通配符
- /：用來表示層次，比如a/b，a/b/c。
- #：表示匹配>=0個層次，比如a/#就匹配a/，a/b，a/b/c。
單獨(dú)的一個#表示匹配所有。不允許 a#和a/#/c。 - +：表示匹配一個層次，例如a/+匹配a/b，a/c，不匹配a/b/c。
單獨(dú)的一個+是允許的，a+不允許，a/+/b不允許
PUBACK 發(fā)布消息后的確認(rèn)
QoS=1時，Server向Client發(fā)布該確認(rèn)（Client收到確認(rèn)后刪除），訂閱者向Server發(fā)布確認(rèn)。
PUBREC / PUBREL / PUBCOMP
QoS=2時
1. Server->Client發(fā)布PUBREC（已收到）；
2. Client->Server發(fā)布PUBREL（已釋放）；
3. Server->Client發(fā)布PUBCOMP（已完成），Client刪除msg；訂閱者也會向Server發(fā)布類似過程確認(rèn)。
PINGREQ / PINGRES 心跳
Client有責(zé)任發(fā)送KeepAliveTime時長告訴給Server。在一個時長內(nèi)，發(fā)送PINGREQ，Server發(fā)送PINGRES確認(rèn)。
Server在1.5個時長內(nèi)未收到PINGREQ，就斷開連接。
Client在1個時長內(nèi)未收到PINGRES，斷開連接。
一般來說，時長設(shè)置為幾個分鐘。最大18小時，0表示一直未斷開。
Clean Session
如果為false(flag=0)，Client斷開連接后，Server應(yīng)該保存Client的訂閱信息。
如果為true(flag=1)，表示Server應(yīng)該立刻丟棄任何會話狀態(tài)信息。
