手把手教你入门aiot（四）

接下来我们来学习 MQTT 协议中的消息订阅与发布。本节课核心内容：

订阅与发布模型
PUBLISH
代码实践：发布消息

4.1 订阅与发布模型

在第一课中，我们介绍了 MQTT 基于订阅与发布的消息模型，MQTT 协议的订阅与发布是基于主题的（Topic），一个典型的 MQTT 消息发送与接收的流程如下：

ClientA 连接到 Broker；
ClientB 连接到 Broker，并订阅主题 Topic1；
ClientA 发送给 Broker 一条消息，主题为 Topic1；
Broker 收到 ClientA 的消息，发现 ClientB 订阅了 Topic1，然后将消息转发到 ClientB；
ClientB 从 Broker 接收到该消息。

和传统的队列有点不同，如果 ClientB 在 ClientA 发布消息之后再订阅 Topic 1，ClientB 不会收到该条消息。

MQTT 通过订阅与发布模型对消息的发布者和订阅者进行解耦，发布者在发布消息时并不需要订阅方也连接到 Broker，只要订阅方之前订阅过相应主题，那么它在连接到 Broker 之后就可以收到发布方在它离线期间发布的消息。为了方便起见，在本课程中我们称这种消息为离线消息。

接收离线的消息需要 Client 使用持久化会话，且发布时消息的 QoS 大于 1。

在我们往下继续学习之前，很有必要搞清楚两组概念：发布者（Publisher）和订阅者（Subscriber），发送方（Sender）和接收方（Recevier）。弄清楚这两个概念才能很好理解订阅和发布的流程，以及之后 QoS 的概念。

4.1.1 Publisher 和 Subscriber

Publisher 和 Subscriber 是相对于 Topic 来说的身份，如果一个 Client 向某个 Topic 发布消息，那么它就是 Publisher；如果一个 Client 订阅了某个 Topic，那么它就是 Subscriber。在上面的例子中，ClientA 是 Publisher， ClientB 是 Subscriber。

4.1.2 Sender 和 Receiver

Sender 和 Receiver 是相对于消息传输方向的身份，仍然是上面的例子：

当 ClientA 发布消息时，它发送给 Broker 一条消息，那么 ClientA 是 Sender，Broker 是 Receiver；
当 Broker 转发消息给 ClientB 时，Broker 是 Sender，ClientB 是 Receiver。

Publisher/Subscriber、Sender/Receiver 这两组概念最大的区别就是，Publisher 和 Subscriber 只可能是 Client。而 Sender/Receiver 有可能是 Client 和 Broker。解释清楚这两个不同的概念之后，我们接下来看一下 PUBLISH 消息包。

4.2 PUBLISH

PUBLISH 数据包是用于在 Sender 和 Receiver 之间传输消息数据的，也就是说，当 Publisher 要向某个 Topic 发布一条消息的时候，Publisher 会向 Broker 发送一个 PUBLISH 数据包；当 Broker 要将一条消息转发给订阅了某条主题的 Subscriber 时，Broker 也会向 Subscriber 发送一条 PUBLISH 数据包。PUBLISH 数据包的内容如下。

4.2.1 固定头

消息重复标识（DUP flag）：1bit，0 或者 1，当 DUP flag = 1 的时候，代表该消息是一条重发消息，因 Receiver 没有确认收到之前的消息而重新发送的。这个标识只在 QoS 大于 0 的消息中使用。

QoS：2bit，0、1 或者 2，代表 PUBLISH 消息的 QoS level，我们在 QoS 课程再详细讲解。

Retain 标识（Retain flag）：1bit，0 或者 1，在从 Client 发送到 Broker 的 PUBLISH 消息中被设为 1 的时候，Broker 应该保存该条消息，当之后有任何新的 Subscriber 订阅 PUBLISH 消息中指定的主题时，都会先收到该条消息，这种消息也叫 Retained 消息；在从 Broker 发送到 Client 的 PUBLISH 消息中被设为 1 的时候，代表该条消息是一条 Retained 消息。

4.2.2 可变头

数据包标识（ Packet Identifier）：2bit，用来标识一个唯一数据包，数据包标识只需要保证在从 Sender 到 Receiver 的一次消息交互（比如发送、应答为一次交互）中保持唯一。只在 QoS 大于 1 的消息中使用，因为只有 QoS 大于 1 的消息有应答流程，我们会在《第06课：QoS0 和 QoS1》详细讲解。

主题名称（Topic Name）：主题名称是一个 UTF-8 编码的字符串，用来命名该消息发布到哪一个主题，Topic Name 可以是长度大于等于 1 任何一个字符串（可包含空格），但是在实际项目中，我们最好还是遵循以下一些最优方法。

主题名称应该包含层级，不同的层级用 / 划分，比如，2 楼 201 房间的温度感应器可以用这个主题：“home/2ndfloor/201/temperature”。
主题名称开头不要使用 /，例如：“/home/2ndfloor/201/temperature”。
不要在主题中使用空格。
只使用 ASCII 字符。
主题名称在可读的前提下尽量短。
主题是大小写敏感的，“Home” 和 “home” 是两个不同的主题。
可以将设备的唯一标识加到主题中，比如：“warehouse/shelf/shelf1_ID/status”。
主题尽量精确，不要使用泛用的主题，例如在 201 房间有三个传感器，温度、亮度和湿度，那么你应该使用三个主题名称：“home/2ndfloor/201/temperature”、“home/2ndfloor/201/brightness”和“home/2ndfloor/201/humidity”，而不是让三个传感器都使用“home/2ndfloor/201”。
以 $ 开头的主题属于 Broker 预留的系统主题，通常用于发布 Broker 的内部统计信息，比如 $SYS/broker/clients/connected，应用程序不要使用 $ 开头的主题收发数据。

4.2.3 消息体（Payload）

PUBLISH 消息的消息体中包含的是该消息要发送的具体数据，数据可以是任何格式的，二进制数据、文本、JSON 等，由应用程序来定义。在实际生产中，我们可以使用 JSON、Protocol Buffer 等对数据进行编码。

当 Receiver 收到来自 Sender 的 PUBLISH 消息时，根据 QoS 的不同，还有后续的应答流程。我们在 QoS 课程再详细讲解。

当 PUBLISH 消息的 QoS=0 时， Receiver 不做任何应答。

4.3 代码实践：发布消息

接下来我们写一小段代码，向一个主题发布一条 QoS 为 1 的使用 JSON 编码的数据，然后退出：

var mqtt = require('mqtt')
var client = mqtt.connect('mqtt://mqtt.eclipse.org:1883', {
    clientId: "mqtt_sample_publisher_1",
    clean: false
})

client.on('connect', function (connack) {
    if(connack.returnCode == 0){
        client.publish("home/2ndfloor/201/temperature", JSON.stringify({current: 25}), {qos: 1}, function (err) {
            if(err == undefined) {
                console.log("Publish finished")
                client.end()
            }else{
                console.log("Publish failed")
            }
        })

    }else{
        console.log(`Connection failed: ${connack.returnCode}`)
    }
})

运行 node publisher.js，会得到以下输出：

Publish finished

4.4 小结

在本节课我们学习了 MQTT 订阅和发布的模型，弄清楚了 Publisher/Subscriber、Sender/Receiver 的区别，并编写了发布消息的代码。接下来我们学习如何接收刚刚发布的消息。

Zàk

日拱一卒，功不唐捐