Android 消息队列之MQTT的使用：物联网通讯，HTTP太重了，使用MQTT；订阅、发送数据和接受数据、会话+消息过期机制，实现双向通讯。

目录

一、前言

1. HTTP协议在物联网场景的局限性
2. 切换MQTT的背景原因

二、MQTT协议基础

1. 协议定义与特点
2. 核心优势
   • 实时通讯能力
   • 低开销特性
   • 高可靠性保障
   • 连接数优

三、实际应用场景

1. 室内温湿度数据上传
2. 设备远程控制
3. 批量控制实现

四、会话管理、消息过期设置

4.1 会话管理

1. Clean Session参数
   • 新旧会话模式对比
   • 典型应用场景

4.2 消息过期设置

1. MQTT 5.0消息过期机制
   • Message Expiry Interval属性
   • QoS级别影响

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一、前言

在开发的时候，我们一般都使用Http和后台进行通讯，比如我们是开发物联网的，设备会有很多数据需要频繁发给后台，使用Http来做这件事情，就感觉很重，比如会遇到如下这些问题：

1. 开发成本：需要后台创建接口，前台去请求。
2. 连接数过多：在HTTP协议中，每次请求都需要建立一个新的连接，这可能导致连接数过多，特别是在高并发场景下。对于自动售卖机来说，如果同时有大量的用户进行交互，可能会导致服务器资源紧张，影响性能。
3. 开销较大：HTTP协议的消息头部相对复杂，包含了大量的元数据，这增加了网络传输的开销。
4. 实时性较差：HTTP协议是基于请求-响应模式的，需要客户端主动发起请求才能获取数据。这导致在实时性要求较高的场景下，HTTP可能无法满足需求。也就是服务器不能主动发数据给客户端。

基于这样的背景，我们选择切换成MQTT。

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二、是什么

MQTT（Message Queuing Telemetry Transport）是一个轻量级的发布/订阅消息协议，它构建于TCP/IP协议之上，为小型设备提供了稳定的网络通讯。MQTT协议设计简单，易于实现，非常适合在物联网（IoT）和移动应用中使用。

你会发现传递的数据大小是根据你的内容来决定。

能干嘛？

1、实时通讯：MQTT支持异步通讯模式，客户端可以通过订阅主题来接收感兴趣的消息，而不需要主动请求。这使得MQTT非常适合实时通讯和事件驱动的应用场景。

2、低开销：MQTT协议的数据包开销非常小，消息头部仅需2字节，非常适合网络带宽受限或设备资源受限的环境。

3、高可靠性：MQTT支持三种不同的服务质量（QoS）级别，可以根据实际需求选择合适的级别来确保消息的可靠传输。同时，MQTT还具有自动重连机制，能够在网络断开时自动恢复连接。

4、减少连接数：与HTTP相比，MQTT协议只需要客户端与服务器（Broker）建立一次连接就可以进行多次消息发布和订阅，大大减少了网络连接次数和数据传输量。

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三、实际应用场景

3.1 室内温湿度数据上传

应该如何设计呢？比如我现在有十台设备，数据都要上传到后台服务器:

1. 主题：比如你温湿度数据发送到哪个主题，后台服务器这边就会订阅这个主题，
2. 数据：数据里面需要保护设备的唯一号，这样服务器才知道是哪台设备发上来的。

# 设备端：每隔30秒发布数据
client.publish("envmon/D001/sensor", json.dumps(data), qos=1)

# 服务端：订阅所有设备的传感器主题，使用通配符
mosquitto_sub -t "envmon/+/sensor" -v

3.2 后台服务器重启温湿度器

比如有时候，想远程在移动端或web端，关掉温湿度器，那么应该如何设计呢？

1. 主题：客户端这边订阅指定的主题，一般是以设备唯一号作为主题，后台会往这个主题里面发送消息。这样就能精准的发送到指定的设备上去。
2. 数据：数据格式，{功能码：开关码}。因为可能会有很多远程功能，所以我们需要设计功能码。

服务端：
client.publish("envmon/D001/control", xxx, qos=2)

客户端：
client.subscribe("envmon/D001/control", qos=2)

3.2 如果我想实现批量重启呢？或者批量关闭温湿度器呢？

客户端可以订阅多个主题，通过多次调用 subscribe() 方法实现多主题订阅。

// 订阅温湿度数据主题
subscribe("envmon/D001/sensor", 1);
subscribe("envmon/D002/sensor", 1);

// 订阅设备控制主题
subscribe("envmon/D001/control", 2);
subscribe("envmon/D002/control", 2);

这里，我们要实现的批量，可以使用通配符：

1. 客户端

// 订阅所有设备的传感器数据（envmon/任何设备ID/sensor）
subscribe("envmon/+/sensor", 1); 

2. 服务端：发送所有设备就都能收到。

envmon/D001/sensor

如果说，要分组，或者勾选，也可以订阅单条的来进行发送。

四、会话、消息过期设置

4.1 会话

会话，指的是MQTT客户端与MQTT服务端之间的连接。

会话一般可以设置两个参数

1. 每次打开是否是一个全新的会话，还是延续上一次的会话。
2. 会话的状态会维持多久。

参数一：是否延续会话（Clean Session）​​

​两种模式对比​​

场景	Clean Session=true（新会话）	Clean Session=false（延续会话）
设备断网后重连	丢失所有订阅和未读消息	自动恢复订阅列表和离线期间消息
适用设备	临时设备（如一次性传感器）	重要设备（如智能门锁）
服务器资源消耗	低	高（需存储消息）
典型代码场景	setCleanSession(true)	setCleanSession(false)

实际案例：​ ​

智能门锁（Clean Session=false）：

1. 门锁断网时，用户通过APP发送开锁指令
2. 服务器将指令暂存在「会话快递柜」
3. 门锁网络恢复后，立即收到开锁指令

​参数二：会话有效期（Session Expiry）​​

​​设置方式​​

// 设置会话保留时间为1小时（单位：秒）
options.setSessionExpiryInterval(3600); 

​关键行为规则​​

有效期设置	服务器行为
0	关闭连接立即销毁会话（等同 Clean Session=true）
3600（1小时）	设备离线后，会话保留1小时，超时后自动清除
0xFFFFFFFF	永久保留会话（慎用！会导致服务器内存泄漏）

也就是，即使Clean Session=false（延续会话），会话有效期设置为60秒，如果离线超过60秒，那么也会清空之前的消息。

4.2 消息过期设置

MQTT 5.0 协议新增了 ​​Message Expiry Interval​​ 属性，可直接设置消息过期时间。

import org.eclipse.paho.mqttv5.common.MqttMessage;
import org.eclipse.paho.mqttv5.common.packet.MqttProperties;

// 创建消息并设置过期时间为60秒
MqttMessage message = new MqttMessage();
message.setPayload("Hello".getBytes());
message.setQos(1);

// MQTT 5.0 属性设置
MqttProperties properties = new MqttProperties();
properties.setMessageExpiryInterval(60L); // 单位：秒
message.setProperties(properties);

// 发布消息
client.publish("topic/commands", message);

2. 服务器行为（需支持MQTT5.0）

• 消息在服务器存储超过设定时间后自动删除
• 过期消息不会转发给订阅者
• QoS 2 消息在过期前会完成确认流程