物联网 基于netty构建mqtt协议规范(三种 QoS 等级)
简述
QoS（Quality of Service）是 MQTT 协议的核心特性，定义了消息传递的可靠性等级
源码(netty-sample-03-qos)
https://gitee.com/kcnf-iot/iot-sample/tree/master/netty/netty-sample-03
三种 QoS 等级
| 等级 | 名称 | 消息交付次数 | 确认机制 | 适用场景 |
|---|---|---|---|---|
| 0 | 最多一次 | 最多一次（可能丢失） | 无确认，不重传 | 传感器数据、日志，可容忍少量丢失 |
| 1 | 至少一次 | 至少一次（可能重复） | PUBLISH → PUBACK，超时重传 | 需要可靠送达但可接受重复的控制指令 |
| 2 | 仅一次 | 恰好一次（不重不丢） | 4 步握手（PUBREC / PUBREL / PUBCOMP） | 计费、关键状态同步，不允许重复 |
协议命令演示
🧩 命令交互流程图
1️⃣ 订阅主题
┌────────┐ SUB <topic> ┌────────┐
│ 客户端 │ ───────────────────► │ Broker │
│ (C) │ │ (B) │
└────────┘ └────────┘
▲ │
└─────────── SUBACK ──────────────┘2️⃣ 发布消息（按QoS等级）
🔹 QoS 0（最多一次）
┌────────┐ PUB 0 <topic> <msg> ┌────────┐
│ 客户端 │ ───────────────────────────► │ Broker │
└────────┘ └────────┘
（无确认，消息发出即忘）🔸 QoS 1（至少一次）
┌────────┐ PUB 1 <topic> <msg> ┌────────┐
│ 客户端 │ ───────────────────────────► │ Broker │
└────────┘ └────────┘
▲ │
└────────────── ACK <msgId> ─────────────┘🔹 QoS 2（仅一次）
┌────────┐ PUB 2 <topic> <msg> ┌────────┐
│ 客户端 │ ───────────────────────────► │ Broker │
└────────┘ └────────┘
▲ │
│ REC <msgId> │
└────────────────────────────────────────┘
┌────────┐ REL <msgId> ┌────────┐
│ 客户端 │ ───────────────────────────► │ Broker │
└────────┘ └────────┘
▲ │
│ COMP <msgId> │
└────────────────────────────────────────┘3️⃣ Broker 推送消息给订阅者
┌────────┐
│ Broker │
└────────┘
│
│ MSG <topic> <msg> (含msgId)
▼
┌────────┐
│ 客户端 │
└────────┘
│
│ ACK <msgId> (仅QoS 1/2)
▼
┌────────┐
│ Broker │
└────────┘server代码
package com.jysemel.iot;
import com.jysemel.iot.handler.SimpleBrokerHandler;
import io.netty.bootstrap.ServerBootstrap;
import io.netty.channel.ChannelFuture;
import io.netty.channel.ChannelInitializer;
import io.netty.channel.ChannelPipeline;
import io.netty.channel.EventLoopGroup;
import io.netty.channel.nio.NioEventLoopGroup;
import io.netty.channel.socket.SocketChannel;
import io.netty.channel.socket.nio.NioServerSocketChannel;
import io.netty.handler.codec.string.StringDecoder;
import io.netty.handler.codec.string.StringEncoder;
import java.nio.charset.StandardCharsets;
/**
* QoS Broker - 简化版消息服务器
*
* 学习目标：
* 1. 理解Pub/Sub（发布/订阅）模式
* 2. 理解三种QoS级别的区别
* 3. 掌握基本的消息确认机制
*
* 使用方法：
* 1. 运行此程序启动Broker
* 2. 运行QosClient连接到此Broker
* 3. 使用SUB和PUB命令测试
*/
public class QosBroker {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
System.out.println("╔════════════════════════════════════╗");
System.out.println("║ QoS Broker 启动中... ║");
System.out.println("║ 端口: 8888 ║");
System.out.println("║ 支持: QoS 0 / 1 / 2 ║");
System.out.println("╚════════════════════════════════════╝\n");
EventLoopGroup bossGroup = new NioEventLoopGroup(1);
EventLoopGroup workerGroup = new NioEventLoopGroup();
try {
ServerBootstrap bootstrap = new ServerBootstrap();
bootstrap.group(bossGroup, workerGroup)
.channel(NioServerSocketChannel.class)
.childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {
@Override
protected void initChannel(SocketChannel ch) {
ChannelPipeline p = ch.pipeline();
// 字符串解码和编码
p.addLast(new StringDecoder(StandardCharsets.UTF_8));
p.addLast(new StringEncoder(StandardCharsets.UTF_8));
// 业务处理器
p.addLast(new SimpleBrokerHandler());
}
});
ChannelFuture future = bootstrap.bind(8888).sync();
System.out.println("✓ Broker已就绪，等待客户端连接...\n");
future.channel().closeFuture().sync();
} finally {
bossGroup.shutdownGracefully();
workerGroup.shutdownGracefully();
}
}
}client代码
package com.jysemel.iot;
import com.jysemel.iot.handler.SimpleClientHandler;
import io.netty.bootstrap.Bootstrap;
import io.netty.channel.*;
import io.netty.channel.nio.NioEventLoopGroup;
import io.netty.channel.socket.SocketChannel;
import io.netty.channel.socket.nio.NioSocketChannel;
import io.netty.handler.codec.string.StringDecoder;
import io.netty.handler.codec.string.StringEncoder;
import java.nio.charset.StandardCharsets;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
public class QosClient {
private String host = "127.0.0.1";
private int port = 8888;
private Channel channel;
private ScheduledExecutorService scheduler;
private boolean autoTestMode = false;
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
QosClient client = new QosClient();
client.autoTestMode = true;
client.connect();
}
public void connect() throws InterruptedException {
System.out.println("╔════════════════════════════════════╗");
System.out.println("║ MQTT QoS 客户端 ║");
System.out.println("║ 连接到: " + host + ":" + port);
if (autoTestMode) {
System.out.println("║ 模式: 自动测试 ║");
}
System.out.println("╚════════════════════════════════════╝\n");
EventLoopGroup group = new NioEventLoopGroup();
scheduler = Executors.newScheduledThreadPool(2);
try {
Bootstrap bootstrap = new Bootstrap();
bootstrap.group(group)
.channel(NioSocketChannel.class)
.handler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {
@Override
protected void initChannel(SocketChannel ch) {
ChannelPipeline p = ch.pipeline();
p.addLast(new StringDecoder(StandardCharsets.UTF_8));
p.addLast(new StringEncoder(StandardCharsets.UTF_8));
p.addLast(new SimpleClientHandler());
}
});
ChannelFuture future = bootstrap.connect(host, port).sync();
channel = future.channel();
System.out.println("✅ 连接成功！\n");
startAutoTest();
channel.closeFuture().sync();
} finally {
if (scheduler != null) {
scheduler.shutdown();
}
group.shutdownGracefully();
}
}
private void startAutoTest() {
System.out.println("🚀 启动自动测试模式...\n");
scheduler.schedule(() -> {
System.out.println("📝 [测试1] 主题订阅: news");
sendCommand("SUB news");
}, 2, TimeUnit.SECONDS);
// scheduler.schedule(() -> {
// System.out.println("📝 [测试2] 向服务端发布 QoS 0 消息");
// sendCommand("PUB 0 news Hello_QoS0");
// }, 20, TimeUnit.SECONDS);
scheduler.schedule(() -> {
System.out.println("📝 [测试3] 向服务端发布 QoS 1 消息");
sendCommand("PUB 1 news Important_QoS1");
}, 30, TimeUnit.SECONDS);
//
// scheduler.schedule(() -> {
// System.out.println("📝 [测试4] 向服务端发布 QoS 2 消息");
// sendCommand("PUB 2 news Critical_QoS2");
// }, 40, TimeUnit.SECONDS);
//
// scheduler.schedule(() -> {
// System.out.println("✅ 自动测试完成！");
// if (channel != null && channel.isActive()) {
// channel.close();
// }
// }, 50, TimeUnit.SECONDS);
}
private void sendCommand(String command) {
channel.writeAndFlush(command + "\n");
System.out.println("📤 已发送命令: " + command);
}
}运行结果
