MQTT（Message Queuing Telemetry Transport，消息隊列遙測傳輸）是ISO標準下基于發布/訂閱方式的輕量級消息協議。MQTT通常使用TCP / IP（傳輸控制協議/Internet協議）作為其傳輸，但也可以使用其他雙向傳輸。MQTT通常應用于物聯網、智能家居等設備和應用程序之間的通信。在嵌入式領域，MQTT已經占據著無法替代的分量，因為大多數的嵌入式設備，都需要這樣的協議進行數據交互。

MQTT協議的主要特點

（1）開放消息協議，簡單易實現。

（2）發布訂閱模式，一對多消息發布。

（3）基于TCP/IP網絡連接，提供有序、無損、雙向連接。

（4）1字節固定報頭，2字節心跳報文，最小化傳輸開銷和協議交換，有效減少網絡流量。

（5）消息QoS支持可靠傳輸保證。

MQTT深層特性

01一對多信息發布

首先，他是基于訂閱與發布的一種協議，所以他可以一對多地進行消息發布，這樣的功能應用場景非常多，局限性廣播能夠讓服務器靈活控制想要控制的那個設備，并且服務器可以提供多個可以訂閱的主題，這是極為關鍵的。

因為對于服務器而言，接收數據并處理是核心任務，但是當設備的增多、設備功能行的增多，服務器處理邏輯將會幾何倍數增長。同樣是接收的數據，也許是完全不同類設備上傳的完全不一樣的信息，所以當可以提供多個訂閱主題與發布主題時，這種邏輯上的差異性就能被區分開，給開發者帶來了很大的便利。

02不同底層協議

MQTT的第二個特性其實就是他基于了TCP/IP而生，注定它是靠上層的一個協議，現在接觸的其實大多都是基于TCP協議而開發的，但它其實是有基于UDP版本的，名為MQTT-SN，但大家都知道，TCP面向連接，而UDP不面向連接，所以基于不同的底層協議類型，MQTT展現的特性肯定也是不同的。

03消息可靠性

對于常用的MQTT協議，它有一個很重要的保證消息可靠性的特性——QoS（服務質量），QoS可分為三個等級：QoS 0、QoS 1、QoS 2。

QoS 0其實相當于MQTT沒有做額外信息保護，因為本身是基于TCP協議的，所以其消息可靠性完全依賴于TCP協議。而QoS 1，則是代表至少承諾會有一次發送給接收者，這是在MQTT層進行的信息保護，而不只是依靠TCP協議層。最后QoS 2，則是保證消息僅僅傳送到目的地一次。

因為對于QoS 1，可能會因為消息沒有反饋而多次發送，而接收方也可能收到多次消息，為此，QoS 2傳輸的消息帶有唯一的ID，帶有唯一消息ID的消息會存儲兩次，首先來自發送者，然后是接收者QoS級別2在網絡中具有最高的開銷，因為在發送方和接收方之間需要兩個流。

MQTT兩個主要版本

MQTT有v3 和 v5兩個主要版本。這兩個版本原理基本相同，但它們之間存在一些關鍵的差異，下面將從以下幾個方面來介紹它們之間的區別。

01主題別名

主題是MQTT中的核心概念，它用于標識消息的內容和意圖。在MQTT v3中，主題只是一個簡單的字符串，其結構是由一系列以斜杠分隔的單詞組成的。例如，一個 MQTT v3主題可以是 sensors/temperature/room1，其中sensors是頂級主題，temperature是其子主題，room1是子主題下的一個特定設備。

然而，在 MQTT v5中，主題的結構得到了擴展，新增了一些更高級的功能。具體來說，MQTT v5引入了一個名為主題別名的新概念，它允許客戶端將主題字符串映射到預定義的主題ID，從而減少網絡流量和消息大小。這使得客戶端能夠在發送消息時只發送主題ID，而不必每次都發送完整的主題字符串。這對于IoT設備和網絡帶寬有限的環境來說非常有用。

02訂閱操作

MQTT v5引入了一種名為共享訂閱的新訂閱類型。如下圖所示，共享訂閱允許多個客戶端共享一個訂閱，并按照一定規則進行分配。這種訂閱類型對于訂閱高負載主題非常有用，因為它可以平衡訂閱請求，減輕單個客戶端的負載壓力。

另外MQTT v5增加了訂閱選項的概念，可以指定訂閱選項，例如QoS等級、Retain As Publish、Retain Handling、消息的生命周期等，來對訂閱行為進行更加精細地控制。

03遺囑消息

遺囑消息是MQTT為那些可能出現意外斷線的設備提供的將遺囑優雅地發送給第三方的能力。

Will Properties是MQTT v5新增的一個字段，不同類型的報文有著不同的屬性，例如CONNECT報文有最大報文長度、會話過期間隔等屬性，SUBSCRIBE報文則有訂閱標識符等屬性。而且MQTT v5較v3相比，遺囑消息的內容變得更加靈活，可以包含任何主題和任何消息內容。

04錯誤處理

MQTT v5支持更加詳細的錯誤處理機制，可以通過錯誤碼和錯誤原因來定位和解決問題。同時，MQTT v5還引入了一個新的控制報文——Disconnect報文，可以幫助客戶端和服務器更好地處理錯誤情況。

05流量控制

MQTT v5在v3版本基礎上引入了一些新的機制用于流量控制，為了更好地控制消息的傳輸和處理，避免因為消息傳輸速度過快導致的網絡擁塞和負載過高。

最大報文大小限制（Maximum Packet Size）：MQTT v5 允許客戶端和服務端在握手時協商最大報文大小。如下圖所示，這個最大報文大小限制可以用于控制客戶端和服務端之間傳輸的最大消息大小，防止因為傳輸的消息過大導致網絡擁塞和負載過高。

消息隊列（Message Queue）：當服務端發送的消息超出了客戶端處理的速度時，服務端可以將消息存儲到消息隊列中，等待客戶端處理。MQTT v5 定義了消息隊列的隊列大小和超時時間，以控制消息隊列的大小和生命周期。

06性能與效率

MQTT v5相對于MQTT v3來說，可以更好地處理大規模的數據傳輸，提高了通信的效率和性能。例如MQTT v5支持批量發布（Batch Publish）和預取（Message Prefetch）等功能，可以大大減少MQTT通信時的開銷。

總之，MQTT v5相比于MQTT v3具有更多的新功能和安全性。但是，需要注意的是MQTT v5相對于MQTT v3增加了很多新的功能和概念，因此在使用MQTT v5時，需要對MQTT協議的新特性進行深入的了解，以便可以更好地使用這個新協議來構建可靠的應用程序。

MQTT協議于物聯網有何好處？

01操作簡單

啟動和運行MQTT既快速又簡單，有數百萬個現成的客戶端應用程序和幾乎同樣多的代理可應用。

02安全可靠

許多物聯網設備依靠無線電連接來傳輸和收集數據，這意味著連接并不總是可靠的。MQTT可以允許將消息存儲在代理中，直到設備準備好接收它。由于QoS（服務質量），MQTT能夠對消息進行排隊，確保它們到達目的地，如果需要，請確保它們只到達一次。

03雙向消息傳遞

也許更準確地說MQTT是全向的。任何設備、事物或應用程序都可以發布或訂閱代理處理的任何主題。這意味著在網絡上可以交談或收聽的內容沒有限制。

04大規模消息傳遞

將消息廣播到一百萬臺設備與發送到一百臺設備一樣容易，要被網絡上的所有內容聽到，事物只需要發布到所有設備都訂閱的主題。

歸根結底，物聯網（IoT）有一項工作就是在網絡上獲取設備之間的數據。而這些網絡可能位于世界任何地方，每個網絡都面臨著許多可能導致它們數據傳輸失敗的情況，MQTT具有無數內置的功能來幫助緩解其中一些問題，從而讓使用者的煩惱有所減少。

審核編輯：湯梓紅