引言

MQTT（消息隊列遙測傳輸）是一種輕量級消息協議，專為低帶寬、高延遲和不可靠的網絡環境設計。它廣泛應用于物聯網（IoT）應用、消息系統以及實時數據通信領域。

本指南深入探討了 MQTT 的工作原理，解釋了其關鍵組件，并演示了如何使用 Python 實現 MQTT 客戶端。

MQTT 代理

MQTT 系統的核心是代理，它負責管理客戶端之間的消息交換。

MQTT 中的客戶端

• 發布者（Publishers）：向特定主題發送消息的設備或應用程序。

• 訂閱者（Subscribers）：監聽這些主題上的消息的設備或應用程序。

代理確保發布者的消息能夠可靠地傳遞給相應的訂閱者。

運行本地 MQTT 代理

在本示例中，代理托管在本地（127.0.0.1），這意味著它與 MQTT 客戶端運行在同一臺機器上。

代理在 Docker 容器中運行，使用 Mosquitto MQTT 代理，并映射到 1883 端口。mosquitto.conf 文件用于配置，允許消息保留和持久化。

MQTT 代理的工作原理

1.代理在 1883 端口監聽傳入消息。

2.客戶端連接到代理。

3.客戶端向特定主題發布消息。

4.代理接收并處理消息。

5.代理將消息轉發給所有訂閱該主題的客戶端。

發布者和訂閱者

發布者

發布者向特定主題發送消息，代理隨后將這些消息分發給感興趣的客戶端。

訂閱者

訂閱者監聽特定主題上的消息，并在收到消息時進行處理。

在 Python 中創建 MQTT 客戶端

Python 中的 Paho MQTT 庫允許創建可以發布和訂閱消息的 MQTT 客戶端。

創建 MQTT 客戶端

參數解釋

• client_id="myClient1" → 為客戶端分配一個唯一標識符。

• clean_session=True → 如果為 True，客戶端斷開連接時不會存儲會話數據。

• protocol=mqtt.MQTTv311 → 指定 MQTT 版本為 3.1.1。

• transport="tcp" → 使用 TCP 連接（也可以使用 WebSocket）。

連接到代理

mqtt_client_1.connect("127.0.0.1", port=1883, keepalive=240)

向主題發布消息

mqtt_client_1.publish("robotcell1/temperature", payload=25)

這將向主題 robotcell1/temperature 發送一條消息（25）。任何訂閱該主題的客戶端將立即收到此消息。

保留消息與非保留消息

保留消息（retain=True）

保留消息會持久化存儲在代理上，確保新訂閱者能立即收到最后一條消息。

mqtt_client_1.publish("robotcell1/temperature", payload=666, retain=True)

非保留消息（retain=False）

非保留消息僅在發送時被活動訂閱者接收。

服務質量（QoS）級別

MQTT 支持三種消息傳遞保證級別：

訂閱主題

all_messages = []def on_message(client, userdata, msg):    print(f"Client: {userdata} | Topic: {msg.topic} | Message: {msg.payload} | Retained: {msg.retain}")    all_messages.append(msg)mqtt_client_2 = mqtt.Client()mqtt_client_2.on_message = on_messagemqtt_client_2.connect("127.0.0.1", port=1883, keepalive=240)mqtt_client_2.subscribe("robotcell1/temperature", qos=0)mqtt_client_2.loop_start()

持久會話

默認情況下，當 MQTT 客戶端斷開連接時，它會丟失所有訂閱。如果 clean_session=False，代理會記住：

• 客戶端的訂閱。

• 客戶端錯過的任何 QoS 1 或 2 消息。

mqtt_client_1 = mqtt.Client(client_id="myClient1", clean_session=False)

結論

MQTT 是一種強大且輕量級的實時消息協議。通過利用發布者、訂閱者、代理、QoS 級別和保留消息，您可以構建一個適用于物聯網及其他領域的健壯消息系統。

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