MQTT消息服务 - 技术栈

1. MQTT协议

1.1. HTTP协议概述

HTTP是一种应用层协议，使用TCP作为传输层协议，默认端口是80，基于请求和响应的方式，即客户端发起请求，服务器响应请求并返回数据（HTML，JSON）。在HTTP/1.1中，使用了长连接技术，允许一个连接复用多个请求和响应，减少了TCP三次握手的消耗。

1.1.2. HTTP的基本结构

请求行：包含请求方法（GET, POST等）、请求URL、协议版本。
请求头：包括各种元数据，如Connection、Host、Content-Type等。
空行：标识头部与载荷的分界线
请求体：通常在POST请求中出现，包含请求的具体数据。

1.1.3. HTTP的局限性

无状态性：HTTP是无状态协议，每次请求都是独立的，不会记录上一次请求的任何信息，如果需要记录用户状态，需要额外机制如：
- Cookies：浏览器在发送请求时，可以携带上次访问时服务器存储的Cookies（小型文本数据），服务器通过这些Cookies来识别用户的身份或维持会话状态。
高开销：每次请求都需要建立TCP连接，导致网络开销较大，尤其在频繁请求的场景下。
实时性差：HTTP通常是客户端主动发起请求，服务器无法主动推送数据。

1.2. MQTT协议概述

1.2.1. MQTT的基本概念

MQTT是一个基于客户端-服务器的消息发布/订阅传输协议。使用TCP协议进行传输，端口为1883（非加密）和8883（加密），客户端通过发布（Publish）消息到某个主题（Topic），而其他订阅（Subscribe）该主题的客户端会接收到消息。协议是轻量、简单、开放和易于实现的，这些特点使它适用范围非常广泛。在很多情况下，包括受限的环境中，如：机器与机器（M2M）通信和物联网（IoT）。其在，通过卫星链路通信传感器、偶尔拨号的医疗设备、智能家居、及一些小型化设备中已广泛使用。

1.2.2. MQTT的基本结构

主题（Topic）：消息的标签，决定了消息的去向。订阅者根据主题来接收消息。
QoS（Quality of Service）级别：决定消息传输的可靠性。MQTT支持三个级别的QoS：
- QoS 0：最多一次发送，不保证消息送达。
- QoS 1：至少一次发送，确保消息至少送达一次。
- QoS 2：只有一次发送，确保消息只送达一次。
保留标志：用于确保客户端在订阅时能接收到最后一条消息。

2. 具体实现

2.1. 引入依赖

xml 复制代码

<dependency>
    <groupId>org.springframework.integration</groupId>
    <artifactId>spring-integration-mqtt</artifactId>
</dependency>

2.2. yaml配置

yaml 复制代码

mqtt:
  mqttUrl: tcp://broker.emqx.io:1883
  username: guest
  password: guest
  defaultTopic: testTopic

2.3. MQTT配置类

java 复制代码

@Data
@Configuration
@ConfigurationProperties(prefix = "mqtt")
public class MqttConfig {

    /**
     * MQTT连接地址
     */
    private String mqttUrl;

    /**
     * MQTT连接用户名
     */
    private String username;
    /**
     * MQTT连接密码
     */
    private String password;

    private String defaultTopic;
}

2.4. MQTT消息发布者

java 复制代码

import org.eclipse.paho.client.mqttv3.MqttConnectOptions;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;
import org.springframework.integration.annotation.ServiceActivator;
import org.springframework.integration.channel.DirectChannel;
import org.springframework.integration.mqtt.core.DefaultMqttPahoClientFactory;
import org.springframework.integration.mqtt.core.MqttPahoClientFactory;
import org.springframework.integration.mqtt.outbound.MqttPahoMessageHandler;
import org.springframework.messaging.MessageChannel;
import org.springframework.messaging.MessageHandler;

/**
 * MQTT消息发布者相关配置
 */
@Configuration
public class MqttOutboundConfig {

    @Autowired
    private MqttConfig mqttConfig;

    @Bean
    public MqttPahoClientFactory mqttClientFactory() {
        DefaultMqttPahoClientFactory factory = new DefaultMqttPahoClientFactory();
        MqttConnectOptions options = new MqttConnectOptions();
        options.setServerURIs(new String[] { mqttConfig.getMqttUrl()});
        options.setUserName(mqttConfig.getUsername());
        options.setPassword(mqttConfig.getPassword().toCharArray());
        options.setConnectionTimeout(10);
        options.setKeepAliveInterval(60);
        options.setAutomaticReconnect(true);
        factory.setConnectionOptions(options);
        return factory;
    }

    @Bean
    @ServiceActivator(inputChannel = "mqttOutboundChannel")
    public MessageHandler mqttOutbound() {
        MqttPahoMessageHandler messageHandler =
                new MqttPahoMessageHandler("publisherClient", mqttClientFactory());
        messageHandler.setAsync(true);
        messageHandler.setDefaultTopic(mqttConfig.getDefaultTopic());
        return messageHandler;
    }

    @Bean
    public MessageChannel mqttOutboundChannel() {
        return new DirectChannel();
    }
}

2.5. MQTT消息订阅者

java 复制代码

import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;
import org.springframework.integration.annotation.ServiceActivator;
import org.springframework.integration.channel.DirectChannel;
import org.springframework.integration.core.MessageProducer;
import org.springframework.integration.mqtt.inbound.MqttPahoMessageDrivenChannelAdapter;
import org.springframework.integration.mqtt.support.DefaultPahoMessageConverter;
import org.springframework.messaging.Message;
import org.springframework.messaging.MessageChannel;
import org.springframework.messaging.MessageHandler;
import org.springframework.messaging.MessagingException;

/**
 * MQTT消息订阅者相关配置
 */
@Slf4j
@Configuration
public class MqttInboundConfig {
    @Autowired
    private MqttConfig mqttConfig;

    @Bean
    public MessageChannel mqttInputChannel() {
        return new DirectChannel();
    }

    @Bean
    public MessageProducer inbound() {
        MqttPahoMessageDrivenChannelAdapter adapter =
                new MqttPahoMessageDrivenChannelAdapter(mqttConfig.getMqttUrl(), "subscriberClient",
                        mqttConfig.getDefaultTopic());
        adapter.setCompletionTimeout(5000);
        adapter.setConverter(new DefaultPahoMessageConverter());
        //设置消息质量：0->至多一次；1->至少一次；2->只有一次
        adapter.setQos(1);
        adapter.setOutputChannel(mqttInputChannel());
        return adapter;
    }

    @Bean
    @ServiceActivator(inputChannel = "mqttInputChannel")
    public MessageHandler handler() {
        return new MessageHandler() {
            @Override
            public void handleMessage(Message<?> message) throws MessagingException {
                //处理订阅消息
                log.info("handleMessage : {}",message.getPayload());
            }
        };
    }
}

2.6. MQTT网关

java 复制代码

import org.springframework.integration.annotation.MessagingGateway;
import org.springframework.integration.mqtt.support.MqttHeaders;
import org.springframework.messaging.handler.annotation.Header;
import org.springframework.stereotype.Component;

/**
 * MQTT网关，通过接口将数据传递到集成流
 */
@Component
@MessagingGateway(defaultRequestChannel = "mqttOutboundChannel")
public interface MqttGateway {
    /**
     * 发送消息到默认topic
     */
    void sendToMqtt(String payload);

    /**
     * 发送消息到指定topic
     */
    void sendToMqtt(String payload, @Header(MqttHeaders.TOPIC) String topic);

    /**
     * 发送消息到指定topic并设置QOS
     */
    void sendToMqtt(@Header(MqttHeaders.TOPIC) String topic, @Header(MqttHeaders.QOS) int qos, String payload);
}

2.7. Controller

java 复制代码

@RestController
@RequestMapping("/mqtt")
@Slf4j
public class MqttController {

    @Autowired
    private MqttGateway mqttGateway;

    @PostMapping("/sendToDefaultTopic")
    public void sendToDefaultTopic(String payload) {
        mqttGateway.sendToMqtt(payload);
    }

    @PostMapping("/sendToTopic")
    public void sendToTopic(String payload, String topic) {
        mqttGateway.sendToMqtt(payload, topic);
    }
}