Qt与MQTT交互通信

MQTT全称是（Message Queuing Telemetry Transport），即消息队列遥测传输协议

是一种基于发布/订阅（Publish/Subscribe）模式的轻量级通讯协议，并且该协议构建于TCP/IP协议之上，常用于互联网中，轻便

基本组件

客户端（Client）：
- 任何设备（传感器、手机、应用程序等）都可以作为MQTT客户端。
- 客户端可以发布消息（Publisher）或者订阅消息（Subscriber）。
代理（Broker）：
- 代理是MQTT网络的核心组件，负责接收来自发布者的消息并将其转发给订阅了该主题的客户端。
- 它确保消息的传递和分发，管理客户端连接、订阅、注销等操作。

工作流程

连接：
- MQTT客户端通过TCP/IP与MQTT代理建立连接。连接建立后，客户端必须发送"连接"请求。
- 代理根据请求的信息（如客户端ID、用户名、密码等）进行身份验证和授权。
发布（Publish）：
- 客户端将消息发布到特定的主题（Topic）。主题是一种类似路径的层级结构，可以用斜杠（/）分隔，如 sensors/temperature/kitchen。
- 代理接收消息并进行处理。
订阅（Subscribe）：
- 客户端可以订阅一个或多个主题。订阅后，代理会将所有属于该主题的消息分发给相应的客户端。
- 订阅可以是精确的主题，也可以包含通配符来匹配多个主题。
消息分发：
- 代理将发布的消息转发给所有订阅了该主题的客户端。
断开连接：
- 客户端可以随时断开与代理的连接。代理也可以在检测到长时间未活动后断开客户端连接。

应用场景

MQTT广泛应用于物联网、车联网、智能家居、远程监控和消息推送等场景。其轻量级、低带宽、高效的特性使其特别适合资源受限及网络不稳定的环境。

通过这些组件和操作，MQTT可以实现高效、可靠的消息传递，成为物联网通信中的重要协议。

QT 交互例子

准备工作：MQTT客户端的交互需要安装MQTT代理，及代理服务器，负责将消息转发。按照好后配置相关，如监听的端口和协议、是否启用消息持久化、日志文件路径等。根据需求修改这些设置，保存配置文件等。这里就不赘述

接下来详细讲解在QT中MQTT的使用：

1.使用官方的MQTT源码，造好的轮子有用就用，官网：https://github.com/emqx/qmqtt

或者这个链接下载: https://pan.baidu.com/s/1oUtl9R628-3cfS-tyL6iEQ?pwd=1234 提取码: 1234

下载完解压：放到程序目录下

我的例子程序结构如下，分为mqtt封装的库，用于发送接收消息，和界面主程序用于控制发送和消息显示

2.写一个例子，这里给关键代码展示

一是连接mqtt，二是推送消息函数，三是接收订阅的消息函数

cpp 复制代码

void MqttShareHandle::initMqtt()
{
    if (client) {
        return;
    }
    client.reset(new QMqttClient);
    QObject::connect(client.get(), &QMqttClient::connected, this, &MqttShareHandle::connected);
    QObject::connect(client.get(), &QMqttClient::disconnected, this, &MqttShareHandle::disconnected);
    QObject::connect(client.get(), &QMqttClient::errorChanged, this, &MqttShareHandle::errorChanged);
    QObject::connect(client.get(), &QMqttClient::messageReceived, this,
                     [=](const QByteArray &message, const QMqttTopicName &topic) {
                         emit messageReceived(message, topic.name());
                     });
    QObject::connect(client.get(), &QMqttClient::messageReceived, this,
                     [=](const QByteArray &message, const QMqttTopicName &topic) {
                         onMessageReceived(message, topic.name());
                     });
}

void MqttShareHandle::connectToHost(const QString &host,
                                       quint16 port,
                                       const QString &username,
                                       const QString &password)
{
    if (!client || isConnected()) {
        return;
    }

    client->setHostname(host);
    client->setPort(port);
    client->setUsername(username);
    client->setPassword(password);
    client->connectToHost();
}
//订阅消息
void MqttShareHandle::subscribeBizTopics()
{
    //保证消息至少到达一次。
    //较为可靠，适用于大多数需要保证消息到达的场景
    const quint8 qos = 1;
    subscribeTopic(TopicAppEnvData, qos);
    subscribeTopic(TopicAppDeviceStatus, qos);
    subscribeTopic(TopicAppEventNotify, qos);
}

bool MqttShareHandle::subscribeTopic(const QString &topic, quint8 qos)
{
    if (!client) {
        return false;
    }

    auto subscription = client->subscribe(topic, qos);
    return subscription ? subscription->state() == QMqttSubscription::Subscribed : false;
}

//推送消息
bool MqttShareHandle::publishTopic(const QString &topic, const QByteArray &data, quint8 qos, bool retain)
{
    if (!client) {
        return false;
    }
    emit printMsg(QString("推送消息, topic:%1,data:%2").arg(topic).arg(QString(data)));
    auto ret = client->publish(topic, data, qos, retain);
    return ret != -1;
}

void MqttShareHandle::onMessageReceived(const QByteArray &message, const QString &topic)
{
    QJsonParseError error;
    QJsonDocument doc = QJsonDocument::fromJson(message, &error);
    if (error.error != QJsonParseError::NoError) {
        return;
    }
    //QMetaObject::invokeMethod(this, MessageMap.value(topic).toUtf8(), Q_ARG(QByteArray,message));
    emit printMsg(QString("收到消息推送, topic:%1,data:%2").arg(topic).arg(QString(message)));

    if(topic == TopicAppEnvData) {
        emit appEnvDataUpdate(message);
    }
    else if(topic == TopicAppEventNotify) {
        emit appEventNotify(message);
    }
    else if(topic == TopicAppDeviceStatus) {
        emit appDeviceStatusUpdate(message);
    }
}

我的这个例子用了五个主题要演示推送和接收

cpp 复制代码

// 环境信息更新主题
QString MqttShareHandle::TopicAppEnvData = "/Topic/EnvData";
// 设备状态更新主题
QString MqttShareHandle::TopicAppDeviceStatus = "/Topic/DeviceStatus";
// 事件通知主题
QString MqttShareHandle::TopicAppEventNotify = "/Topic/EventNotify";
//------------------------消息发布（推送）-------------------------
// 控制设备主题
QString MqttShareHandle::TopicControlDevice = "/Topic/ControlDevice";
// 控制门主题（开关门）
QString MqttShareHandle::TopicControlDoor = "/Topic/ControlDoor";

写了一个demo程序，如下，改程序可以通过mqtt推送开关门控制事件，模拟控制订阅"TopicControlDoor"主题的设备控制开关门，控制订阅TopicControlDevice主题的设备控制开关灯，并且订阅相关设备推送消息的主题，便于接收响应的信息

演示下效果，比较简陋，：

我用这个QT客户端模式外部设备

演示视频

通过订阅环境主题，事件，设备状态，可以接收设备的相关消息推送

设备也订阅了控门事件，控灯事件。接收到app的推送后，也显示出来，做出相应的处理

通过这个例子，可以认识到，mqtt的通讯方式是一对多，也可以一对一，实现方式也很简单，订阅与发布。

订阅就相当于你关注了一个人，UP主（uploader），他要是发布了动态或者视频等，就会通知你，如果你没有关注那个人，肯定不会接收到通知

发布就反过来，你是UP主，发布的东西只要他人关注了你，就会被通知

这个例子的源码我就放在这里了，有什么不懂的，欢迎评论区交流哈！

链接: https://pan.baidu.com/s/1v_xViXSHoV2QekwdKDq7SA?pwd=6666 提取码: 6666

为什么有了tcp通信后，还要有人写一个mqtt出来呢？

mqtt的优势

1. 发布/订阅模式

MQTT 采用发布/订阅模式，允许客户端发布消息到主题（Topic），其他客户端可以订阅这些主题来接收消息。这种模式使得消息的传递更加灵活和解耦，客户端之间不需要直接连接，减少了复杂性。

2. 轻量级

MQTT 协议设计得非常轻量级，适合在带宽有限、网络不稳定的环境中使用，如物联网设备。MQTT 的消息头非常小，最小只有 2 字节，这使得它在低带宽网络中传输效率更高。

3. QoS（服务质量）

MQTT 提供了三种服务质量（QoS）级别：

QoS 0：最多一次（At most once），消息发送一次，不保证接收。
QoS 1：至少一次（At least once），消息至少发送一次，可能会重复。
QoS 2：恰好一次（Exactly once），消息只发送一次，保证不重复。

QoS 0（最多一次，At most once）

特点：

消息传输是尽力而为，不保证消息到达。
不进行消息确认，不做重发。
最低的网络开销和延迟。

使用场合：

传感器数据：如环境温度、湿度等，定期发送，如果丢失一两条数据不会有太大影响。
日志数据：实时性和完整性要求不高的日志信息。
状态更新：如设备的在线状态，定期发送，如果有丢失可在下次更新时弥补。

优点：

最低的网络开销。
最低的延迟。
简单实现。

缺点：

不保证消息到达。
可能会丢失消息。

QoS 1（至少一次，At least once）

特点：

消息至少到达一次。
发送者会重发消息直到收到接收者的确认。
接收者可能会收到重复的消息，需要去重。

使用场合：

重要数据：如报警信息，需要确保接收者至少收到一次，即使可能会有重复。
财务记录：如银行交易，需要确保消息到达，但可以接受重复处理。
设备控制：如远程设备控制命令，需要确保命令被接收和执行，但可以手动处理重复执行。

优点：

保证消息至少到达一次。
较为可靠，适用于大多数需要保证消息到达的场景。

缺点：

可能会收到重复消息，需要处理冗余。
网络开销和延迟高于 QoS 0。

QoS 2（只有一次，Exactly once）

特点：

消息保证到达且仅到达一次。
通过四次消息交换确保消息的唯一性和可靠性。
最高的可靠性，适合对传输可靠性要求极高的场合。

使用场合：

关键指令：如关键操作的执行命令，不能出现丢失或重复的情况。
交易处理：如金融交易，需要严格的消息确保机制，要求高可靠性。
数据同步：如重要数据库的同步操作，需要确保数据准确性和一致性。

优点：

保证消息仅到达一次。
最高的传输可靠性。

缺点：

最高的网络开销。
延迟较高，因为需要多次消息交换。
实现复杂。

这些 QoS 级别使得 MQTT 能够适应不同的应用场景，确保消息的可靠传输。

4. 会话保持

MQTT 支持会话保持（Session Persistence），即使在客户端断开连接后，服务器仍然可以保存客户端的订阅信息和未接收的消息，当客户端重新连接时，可以继续接收这些消息。

5. 遗嘱消息（Last Will and Testament）

MQTT 支持遗嘱消息（LWT），客户端可以在连接时设置一个遗嘱消息，当客户端异常断开连接时，服务器会自动发布这个遗嘱消息，通知其他客户端该客户端已经断开连接。

6. 心跳机制

MQTT 支持心跳机制（Keep Alive），客户端可以定期发送 PING 请求，确保连接的活跃性，服务器也可以通过 PING 响应来检测客户端的连接状态。

7. 安全性

MQTT 支持 TLS/SSL 加密，确保消息在传输过程中的安全性。此外，MQTT 还支持用户名和密码认证，增加了系统的安全性。

8. 易于扩展

MQTT 的发布/订阅模式和主题（Topic）结构使得系统易于扩展。新的客户端可以轻松地加入系统，订阅感兴趣的主题，而不需要修改现有的客户端或服务器。

9. 广泛支持

MQTT 协议得到了广泛的支持，有大量的客户端库和服务器实现，适用于各种编程语言和平台，如 C、C++、Java、Python、JavaScript 等。

总结

相比于直接使用 TCP，MQTT 提供了更高层次的抽象和功能，使得消息的传递更加灵活、可靠和高效。特别是在物联网和低带宽网络环境中，MQTT 的优势更加明显。