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1. 安装Mosquitto MQTT组件
- 登录树莓派（网线连接）
- 检查网络连通状态
pi@raspberrypi:~ $ ping www.baidu.com
如果网络不通
Win10找到这个设置界面：
先去掉勾选，确定，再重新如勾选，确定。
再测试：
网通了。
- 更新apt的资源列表
sudo apt-get update
- 搜索可安装的MQTT
apt search mqtt
MQTT分为服务器和客户端两部分。有很多MQTT软件包可选，我们选择比较流行的mosquitto。
- 安装mosquitto 和mosquitto-clients
sudo apt-get install mosquitto mosquitto-clients
说明：
mosquitto – the MQTT broker(MQTT代理，即MQTT服务)
mosquitto-clients – 命令行客户端，在调试时很有用。
- 查看已经安装的mosquitto软件包
dpkg -l mosquitto
2. 配置Mosquitto
在使用Mosquitto之前，我们需要修改配置文件。配置文件位于/etc/mosquito。
- 查看配置文件
cat /etc/mosquitto/mosquitto.conf
注释中说：
1) 将本地配置放在/etc/mosquitto/conf.d/目录中。
我们看看/etc/mosquitto/conf.d/目录：
里面有一个说明文件，打开看看：
放置在该目录中的任何扩展名为.conf的文件都会被代理作为配置文件加载，用作本地配置。
2) 有一个完全的配置文件说明在：/usr/share/doc/mosquitto/examples/
- 复制配置文件mosquitto.conf.gz到/etc/mosquitto/conf.d/目录
sudo cp /usr/share/doc/mosquitto/examples/mosquitto.conf.gz /etc/mosquitto/conf.d/
- 进入/etc/mosquitto/conf.d/目录
- 解压mosquitto.conf.gz
sudo gzip -d mosquitto.conf.gz
- 编辑mosquitto.conf
sudo nano /etc/mosquitto/conf.d/mosquitto.conf
这是一个很大的文件，有800多行，所有的行都被#符号注释掉了。
我们修改下面几处，去掉注释符号，修改默认值：
user mosquitto
max_queued_messages 200
message_size_limit 0
allow_zero_length_clientid true
allow_duplicate_messages false
port 1883
autosave_interval 900
autosave_on_changes false
persistence true
persistence_file mosquitto.db
allow_anonymous false
Password_file /etc/mosquitto/passwd.conf
- 退回登录时的家目录
3. 生成账号密码
下面两种方法选一种。
- 密文创建账户
sudo Mosquitto_passwd -c /etc/mosquitto/passwd.conf 用户名
输入两遍密码
我们的用户名为ct
sudo mosquitto_passwd -c /etc/mosquitto/passwd.conf ct
- 明文创建账户
sudo Mosquitto_passwd -b /etc/mosquitto/passwd.conf 用户名 密码
我们不用明文账户。
4. 测试Mosquitto服务
4.1 查看帮助
mosquitto -h
4.2 测试mosquitto
需要开3个终端。
- 装载指定配置，启动mosquitto服务
mosquitto -c /etc/mosquitto/mosquitto.conf -v
-v记录所有类型的日志，因为我们在调试。以后正式使用mosquitto就不需要记录日志了，因为会占用存储空间。
上面提示日志文件mosquitto.log的权限不够：
ls -l /var/log/mosquitto/mosquitto.log
修改权限：
sudo chmod 666 /var/log/mosquitto/mosquitto.log
再执行：
mosquitto -c /etc/mosquitto/mosquitto.conf -v
服务运行，终端窗口被占用。
- 测试publish 和subscribe
再打开两个终端：
1) 一个终端执行：
mosquitto_sub -p 1883 -u ct -P xxxxxx -t “test”
订阅subscribe主题Topic：test，等待接收消息。
2) 另一个终端执行：
mosquitto_pub -p 1883 -u ct -P xxxxxx -t test -m “Hello!”
发布主题为test的消息Hello!
3) 订阅窗口显示接收到的消息
4) 查看日志
sudo cat /var/log/mosquitto/mosquitto.log
5. 正式运行mosquitto服务
- 重新启动树莓派
sudo reboot
- 查看正在运行的mosquitto进程
ps -ef | grep mosquitto
mosquitto已经在后台启动。
MQTT参考
MQTT是一个专为IoT设计的OASIS标准的Pub/Sub消息协议，已经被广泛应用在汽车工业、制造业、电信业、石油和天然气业等场景。主要特点：超轻量级（内存开销约为6MB）、传输带宽小、消息可靠传输。
01 基本概念
MQTT 架构的核心组件是代理（Broker）和客户端（Client）。Broker的负责在不同的Client之间分发消息。Client有两种角色：发布者（Publisher）和订阅者（Subscriber）。向Broker发布消息的Client是Publisher，向Broker订阅消息的Client是Subscriber。一个Client可以同时既是Publisher也是Subscriber。Client只与Broker建立连接，Client之间不直接相连。这种的好处是Client之间的通信不要求双方同时在线，即使一方离线，消息也可以临时存储在Broker中，等到Client重新上线，Broker再将消息发送给它。每个消息都有一个主题（Topic），Broker正是根据Topic来决策这条消息应该发送给哪些Subscriber。
Broker能够缓冲暂时无法分发到Client的消息。这个特点很适合网络不稳定的场景，例如IoT。除此之外，为了支持可靠的消息传递，MQTT支持 3 种不同类型QoS的消息：0 – 最多一次（at most once），1 – 至少一次（at least once），2 – 恰好一次（exactly once）。具体下文会介绍。
目前MQTT协议有两个版本：MQTT 3.1.1 和 MQTT 5。大多数商业 MQTT Broker现在都支持 MQTT 5，但许多物联网托管云服务仅支持 MQTT 3.1.1。相比MQTT 3.11，MQTT 5具有更强大的系统和云原生可扩展性。
Topic
在MQTT中，Topic指的一个UTF-8编码的字符串，Broker根据Topic为每个Client过滤它应该获取的消息。每个Topic由一个或多个主题级别构成，正斜杠“/”是主题级别分隔符。下图就是一个Topic的例子，可以看到，它是一个四级的Topic。通过使用“/”，可以让Topic的含义更加清晰和便于理解，下图表达的是“我家一楼客厅的温度”这一主题。MQTT的Topic非常轻量级，Client在发布或者订阅它之前不需要专门创建。Broker会接受每一个符合规则的Topic。
每个Topic必须至少包含一个字符，允许空格（但是不推荐包含空格），大小写敏感（例如“myhome/firstfloor”和“Myhome/firstfloor”是两个不同的Topic）。注意：不要以$符号开头设置Topic，因为以$符号开头的topic保留给Broker的内部统计。
Topic在匹配时支持通配符，MQTT支持两种通配符：单级的通配符“+”，多级的通配符“#”。注意：多级通配符必须作为主题的最后一个字符放置，并在前面加上正斜杠。
单级通配符举例：
多级通配符举例：
定义Topic的几大原则：
- 首字符不要使用斜杠。这会引入一个不必要的主题级别和零字符，零字符没有任何好处，经常会导致混乱。
- 不要在主题中使用空格。尽管MQTT不禁止空格，但是为了阅读和调试的方便，请不要使用空格。
- 保持Topic简短。尽可能使Topic简短，否则可能给小型设备带来额外的开销。
- 只使用ASCII字符，避免不可打印的字符。不可打印的字符会导致调试困难。
- 将唯一标识符或ClientID嵌入到主题中。方便识别消息的发送方，便于调试和鉴权。
- 不要订阅#。接收所有的消息可能会导致Client承受不了巨大的负载，进而导致设备故障。
- 主题的设置要考虑扩展性。主题设置要便于后续扩展。
- 使用定义精确的Topic而不要使用定义模糊的Topic。当命名Topic时，尽可能对它们进行区分。
Client
Client指连接Broker的客户端。一个Client可以是Publisher，也可以是Subscriber，还可以两个身份都拥有。是Publisher还是Subscriber主要由Client的行为定义，发布消息的称之为Publisher，订阅消息的称之为Subscriber。
一个MQTT Client可以是任何设备（从微控制器到完整的服务器），只要它运行了MQTT库并且通过网络连上了Broker。
Broker
与Client对应的是Broker，它负责接收所有消息，过滤消息，确定订阅了消息的Client，并将消息发送给这些订阅的Client。除此之外，Broker还要负责管理和保存Client的持久会话的数据、对Client的身份认证和授权等等。
MQTT连接
MQTT协议基于TCP/IP，因此Client和Broker都需要一个TCP/IP协议栈。除此之外，MQTT也支持Websocket协议，当然，Websocket也是基于TCP的。目的是使得浏览器可以使用MQTT协议，因为浏览器无法直接操控TCP会话，但是可以操作Websocket会话。
MQTT连接只会在Client和Broker之间建立。Client之间不会直接建立连接。要创建连接，Client先向Broker发送CONNECT消息，Broker以CONNACK消息和状态代码进行响应。一旦连接建立，Broker将其保持打开，直到Client发送断开连接命令或连接中断。
02 QoS保障
QoS保障是指消息发送方和消息接收方之间（既指消息从Client到Broker，也指消息从Broker到Client），用于定义特定消息的交付保证。消息从Client到Broker的QoS级别，由Client在发送消息时定义。消息从Broker到Client的QoS级别，由Client在订阅过程中定义。MQTT设置了三个级别：
- At most once (0)
- At least once (1)
- Exactly once (2)
At most once
该级别只保证best-effort的消息发送。消息接收方不会确认收到消息，发送方也不会存储和重新发送消息。消息只会被发送方发送一次，称之为“即发即忘”。
At least once
该级别保证消息至少发送一次。消息发送方发送完消息后，会等待消息接收方返回的PUBACK数据包，用来确认消息接收方确实收到了消息。如果消息发送方在一段时间内没有收到消息接收方的PUBACK包，它会再次发送这个消息，直到收到PUBACK包。注意：这可能会导致消息的重复发送，因此需要信息的订阅者自己处理重复消息。
Exactly once
该级别保证消息会且仅会被收到一次。这个级别的QoS是最安全的，也是最慢的，因为它需要两个请求/响应往返。消息发送方在发送完消息后，会等待消息接收方返回的PUBREC包。一旦消息发送方收到PUBREC包，它会丢弃原始的消息，保存收到的PUBREC包，并发送PUBREL数据包给消息接收方和等待返回的PUBCOMP包。消息的接收者直到发送PUBCOMP之后，才会确认一开始收到的消息的ID。这样做的目的是防止处理重复的消息。最终，消息的发送者和接收者都确认了消息已经成功发送。
03 持久会话
在非持久会话中，如果Client在订阅过程中因为种种原因掉线了，那么所有的未被接收的消息都会丢失。为了避免上述问题，Client在与Broker创建连接时，可以设置持久会话，这样Client在重新连上后，掉线期间的消息（QoS 1和QoS 2）将不会丢失并可以被正确获取。
Client在和Broker创建连接时，通过设置cleanSession标志位来告诉Broker创建哪种会话：
- True：非持久会话
- False：持久会话
04 保留消息
保留消息指的是retained标志位被置为true的普通消息。Broker会保留最后一条收到的保留消息，这样新订阅的Client可以在它们订阅主题后立刻获得一条消息。
保留消息的主要应用在Client想要在订阅主题后就需要立刻获取消息的场景。如果没有保留消息，Client就需要等待消息发布者发布下一条消息，才能知道消息发布者的状态。由于消息发布者的发布频率是不确定的，在某些特殊场景，Client很可能要等待很久才能获取到第一条消息。
05 遗嘱
Client可以使用遗嘱功能在自己异常离线后通知其他Client。遗嘱消息是一条普通的MQTT消息，带有一个Topic、Retained message标志位、QoS标志位和有效负载。遗嘱消息在Client与Broker创建连接时发送给Broker。Broker会存储遗嘱消息，当发现Client异常离线后，将这条遗嘱消息发送给订阅了遗嘱消息Topic的所有Client。如果Client使用DISCONNECT消息正常断开连接，那么Broker将会丢弃存储的遗嘱消息。
06 MQTT和消息队列（MQ）的区别
MQTT的名字中含有MQ，但是其实与消息队列无关。通常可以看到MQTT与传统消息队列存在以下区别：
- 消息队列存储消息，直到消息被消费。如果没有消费者消费消息，那么消息会阻塞在队列中。
- 消息队列中，一个消息只能被一个消费者消费。传统的消息队列，一个队列只能被一个消费者消费。而MQTT中，所有的订阅者都可以得到被订阅主题的消息。
- 消息队列必须被显式命名和创建。消息队列比Topic要严格的多。队列在使用前，必须用单独的命令进行创建。只有在创建后，队列才能被用来生产和消费消息。MQTT的Topic就相对灵活，可以随时创建。