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Android MQTT 通信

  MQTT 协议 是基于发布/订阅模式的物联网通信协议，凭借简单易实现、支持 QoS、报文小等特点，占据了物联网协议的半壁江山。

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  常用于 IOT 物联网和一些需要服务端主动通知客户端的场景。

1. 导入依赖

2. 创建 MqttHelper 辅助类，设置回调监听

3. 连接 MQTT

  连接成功或失败，以及中途的连接掉线，会触发 OnMqttStatusChangeListener 回调

4. MQTT 连接状态监听

5. MQTT 收发消息监听

  onSubMessage 订阅的消息回调，因为存在订阅多个 topic 的情况，所以回调能知道是来自哪个 Topic 的消息；

  onPubMessage 发布的消息回调，用于确认发布的消息是否发送成功。

6. MQTT 订阅 Topic

  需要在 MQTT 连接成功后才能订阅 topic，否则订阅 Topic 不成功，收不到对应消息

7. MQTT 取消订阅 Topic

8. MQTT 发布消息

9. MQTT 断开连接

10. 通知设置

  由于 MQTT 启动了一个 Service，而 Android 8.0 以上对于后台 Service 限制时长 5 秒；所以将 MqttService 绑定到 Notification 上成为了一个前台通知；通知的标题和内容显示可以在 strings.xml 中设置，对应属性如下：

  Android 8.0 及以上开启前台服务绑定到通知，8.0 以下默认不启用，可将 mqtt_foreground_notification_low_26 设为 true，将 8.0 以下设备也开启前台通知服务

  创建 MQTT 实例时需要传送参数 MqttOptions,下面将介绍下部分参数;

1. Topic

  MQTT 是一种发布/订阅的消息协议, 通过设定的主题 Topic,

发布者向 Topic 发送的 payload 负载消息会经过服务器, 转发到所有订阅

该 Topic 的订阅者

   通配符 : 假想移动端消息推送场景,有的系统消息是全体用户接收,有的消息是 Android 或 iOS 设备接收, 又或者是某些消息具体推送到用户,当然, 对应的多种类型消息可以通过多订阅几个对应的 Topic 解决,也可以使用通配符;

  通配符有两个, " + " 和 " # ", 与正斜杠 " / " 组合使用;加号只能表示一级Topic, 井号可以表示任意层级 Topic; 例如: 订阅 Topic为 " System/+ ", 发布者发布的 Topic 可以是 System、System/Android、System/iOS; 但是不能是 System/iOS/123, 而订阅的 Topic 如果是" System/# " 则可以收到;

   注意,只有订阅的 Topic 才可以使用 通配符, 发布和遗嘱的 Topic 不能包含通配符.

2. ClientID

  发布者和订阅者都是属于客户端, 客户端与服务端建立连接之后,发送的第一个报文消息必须是 Connect 消息,而 Connect 的消息载荷中必须包含 clientID 客户端唯一标识;

  如果两个客户端的 clientID 一样, 则服务端记录第一个客户端连接之后再收到第二个客户端连接请求,则会向一个客户端发送 Disconnect 报文断开连接, 并连接第二个客户端, 而如果此时设置了自动重连, 第一个客户端再次连接,服务端又断开与第二个的连接, 连上第一个客户端, 如此将导致两个客户端不断的被挤掉重连.

  注意: clientID 使用的字符最好是 大小写字母和数字, 长度最好限制在[1, 23] 之间;

3. 遗嘱消息

  可选参数, 客户端没有主动向服务端发起 disconnect 断开连接消息,然而服务端检测到和客户端之间的连接已断开, 此时服务端将该客户端设置的遗嘱消息发送出去

  应用场景: 客户端因网络等情况掉线之后, 可以及时通知到所有订阅该遗嘱 Topic 的客户端;

  遗嘱 Topic 中不能存在通配符.

4. Session

  客户端和服务端之间建立的会话状态, 一般用于消息保存, 如果设置清除 Session,则每次客户端和服务端建立连接会创建一个新的会话,之前连接中的消息不能恢复,

  而设置不清除会话, 对应发布者发送的 qos 为 1和2 的消息,还未被订阅者接收确认,则需要保存在会话中, 以便订阅者下次连接可以恢复这些消息;

  注意: Session 存储的消息是保存在内容中的, 所以如果不是重要的消息,最好是设置清除 Session, 或者设置 qos = 0;

5. 心跳包

  标识客户端传输一次控制报文到下一次传输之间允许的空闲时间；在这段时间内，如果客户端没有其他任何报文发送，必须发送一个 PINGREQ 报文到服务器，而如果服务端在 1.5 倍心跳时间内没有收到客户端消息，则会主动断开客户端的连接，发送其遗嘱消息给所有订阅者。而服务端收到 PINGREQ 报文之后，立即返回 PINGRESP 报文给客户端

  心跳时间单位为秒，占用2个字节，最大 2^16 - 1 = 65535秒（18小时12分钟15秒）,设置为 0 表示不使用心跳机制； 心跳时间一般设置为几分钟或几十秒即可，时间短点可以更快的发出遗嘱消息通知掉线，但是时间短会增加消息频率，影响服务端并发； 微信长连接为 300 秒，而三大运营商貌似也有个连接时间最小的为 5 分钟。

6. qos

  服务质量等级 qos 对应两部分,一是客户端到服务端发送的消息, 一是服务端到客户端订阅的消息; 从发布者到订阅者实际 qos 为两段路中 qos 最小的。

  qos 可选值 0(最多交付一次)、1(最少交付一次)、2(正好交付一次);

   qos = 0 ：接收方不发送响应，发送方不进行重试；发送方只管发一次，不管是否发成功，也不管接收方是否成功接收，适用于不重要的数据传输；

   qos = 1 ：确保消息至少有一次到达接收方，发送方向接收方发送消息，需要等待接收方返回应答消息，如果发送方在一定时间之内没有收到应答，发送方继续下一次消息发送，直到收到应答消息，删除本地消息缓存，不再发送；所以接收方可能收到1-n次消息；适用于需要收到所有消息，客户端可以处理重复消息。

   qos = 2 ：确保消息只一次到达接收方，发送方和接收方之间消息处理流程最复杂；

   Mqtt Qos 深度解读 和 MQTT协议QoS2 准确一次送达的实现

7. payload 负载消息

  字节流类型, 是 MQTT 通信传输的真实数据

8. 保留消息

  发布消息时设置, 对应参数 retain, 服务端将保留对应 Topic 最新的一条消息记录; 保留消息的作用是每次客户端连接上线都会收到其 Topic 的最后一条保留消息, 所以可能存在网络不稳定,频繁掉线重连,每次重连重复收到保留消息;

   可以向对应的 Topic 发送一条 空消息,用于清除保留消息。

MQTT 服务搭建 Apache Apollo 服务器 搭建 MQTT 服务

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mqtt 协议

面试笔记-Socket MQTT Websocket

1.Socket是对TCP/IP协议的封装，Socket本身并不是协议，而是一个调用接口（API），通过Socket，我们才能使用TCP/IP协议。

2.MQTT协议是应用层协议不依赖长连接，适合弱网络。通过topic缓存信息。符合物联网设备的使用场景。因为通过topic缓存信息，因此可以实现通过topic与多个端的一对多连接，而不是设备与设备的多对多连接，节省了能耗及带宽。

MQTT的心跳，及非信息的报文，较Websocket更少，更节省带宽及能耗。更适用于物理网的多种网络协议。

3.WebSocket和Http一样在应用层,提供使用一个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。

Socket 连接,至少需要一对套接字，分为 clientSocket，serverSocket 连接分为3个步骤:

(1) 服务器监听:服务器并不定位具体客户端的套接字，而是时刻处于监听状态；

(2) 客户端请求:客户端的套接字要描述它要连接的服务器的套接字，提供地址和端口号，然后向服务器套接字提出连接请求；

(3) 连接确认:当服务器套接字收到客户端套接字发来的请求后，就响应客户端套接字的请求,并建立一个新的线程,把服务器端的套接字的描述发给客户端。一旦客户端确认了此描述，就正式建立连接。而服务器套接字继续处于监听状态，继续接收其他客户端套接字的连接请求.

Socket为长连接：通常情况下Socket 连接就是 TCP 连接，因此 Socket 连接一旦建立,通讯双方开始互发数据内容，直到双方断开连接。在实际应用中，由于网络节点过多，在传输过程中，会被节点断开连接，因此要通过轮询高速网络，该节点处于活跃状态。

很多情况下，都是需要服务器端向客户端主动推送数据，保持客户端与服务端的实时同步。

若双方是 Socket 连接，可以由服务器直接向客户端发送数据。

若双方是 HTTP 连接，则服务器需要等客户端发送请求后，才能将数据回传给客户端。

因此，客户端定时向服务器端发送请求，不仅可以保持在线，同时也询问服务器是否有新数据，如果有就将数据传给客户端。

MQTT（Message Queuing Telemetry Transport，消息队列遥测传输）是轻量级基于代理的发布/订阅的消息传输协议，设计思想是开放、简单、轻量、易于实现。这些特点使它适用于受限环境。

例如：

①网络代价昂贵，带宽低、不可靠。

②在嵌入设备中运行，处理器和内存资源有限。

该协议的特点有：

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。 ②对负载内容屏蔽的消息传输。

③使用 TCP/IP 提供网络连接。

④有三种消息发布服务质量：

⑤"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。

⑥"至少一次"，确保消息到达，但消息重复可能会发生。

⑦"只有一次"，确保消息到达一次。这一级别可用于如下情况，在计费系统中，消息重复或丢失会导致不正确的结果。

⑧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。

⑨使用 Last Will 和 Testament 特性通知有关各方客户端异常中断的机制。

实现MQTT协议需要客户端和服务器端通讯完成，在通讯过程中，MQTT协议中有三种身份：发布者（Publish）、代理（Broker）（服务器）、订阅者（Subscribe）。其中，消息的发布者和订阅者都是客户端，消息代理是服务器，消息发布者可以同时是订阅者。

有三种消息发布服务质量：

“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。qos=0

“至少一次”，确保消息到达，但消息重复可能会发生。qos=1

“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。qos=2

Topic，可以理解为消息的类型，订阅者订阅（Subscribe）后，就会收到该主题的消息内容（payload）；

payload，可以理解为消息的内容，是指订阅者具体要使用的内容。

在MQTT协议中，一个MQTT数据包由：固定头（Fixed header）、可变头（Variable header）、消息体（payload）三部分构成。MQTT数据包结构如下：

固定头（Fixed header）。存在于所有MQTT数据包中，表示数据包类型及数据包的分组类标识。

可变头（Variable header）。存在于部分MQTT数据包中，数据包类型决定了可变头是否存在及其具体内容。

消息体（Payload）。存在于部分MQTT数据包中，表示客户端收到的具体内容。

WebSocket则提供使用一个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： 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。 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。 两者之所有有交集，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。

paho mqtt c 源码分析-2 (心跳机制)

MQTT是基于TCP的，因此需要考虑连接心跳，paho mqtt c的心跳处理函数

概括如下：

ping_outstanding 在下述函数中处理，该函数的调用是在接收线程中，如果收到云端的 PINGRESP 数据包，会调用该接口

lastSent 是MQTT消息包发送完成，调用的场景如下2个：

MQTTPacket_Factory(...)

如果收到一个MQTT packet，则设置 lastReceived