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MQTT协议学习与在Java(Android通用)中的使用

写在前面

最近有需求要了解一下各个推送的协议,目前了解到实现推送的三个主要方式:MQTT、XMPP和Google Cloud Message(GCM)。第三种方式暂不研究,前两种都要看一看,本篇讨论一下MQTT协议吧。本文使用阿里云Ubuntu云服务器安装代理服务器,使用eclipse paho实现的MqttClient编写代码。文中的所使用的账户名和密码在本文发布后将会更改,请各位自行搭建环境。本文包括以下内容:

  • MQTT简介
  • MQTT优势
  • MQTT开发环境搭建
  • 使用PAHO实现MQTT推送

MQTT简介 & MQTT优势

MQTT全称是Message Queuing Telemetry Transport,MQTT是IBM开发的基于TCP/IP协议的轻量级通讯协议。MQTT是一个客户端服务端架构的发布-订阅(publish-subscribe)的消息传输协议。它的设计思想是开放、简单、轻量、易于实现。这些特点使它适用于受限环境。例如,但不仅限于:

  • 网络代价昂贵,带宽低、不可靠
  • 在嵌入式设备中运行,处理器和内存资源有限

作为一个物联网专业的毕业生,看了以上的描述已经心动了,很适合作为传感器节点之间的通讯协议哇!哦,忘了,我现在是个Androider……MQTT控制报文头部仅有2字节的长度,降低了网络传输所需要的流量。MQTT支持三种不同级别的服务质量(Quality of Service,QoS)为不同场景提供消息可靠性:

  • 级别0:尽力而为。消息发送者会想尽办法发送消息,但是遇到意外并不会重试。
  • 级别1:至少一次。消息接受者如果没有知会或者知会本身丢失,消息发送者会在此发送以保证消息接收者至少会收到一次,当然可能造成重复消息。
  • 级别2:恰好一次。保证这种语义肯定会减少并发或者增加延时,不过丢失或者重复消息是不可接受的时候,级别2是最合适的。

如果各位读完了这些仍然觉得不过瘾,没有戳中各位的痛点,可以去读一下MQTT的协议规范,这里中英文版本都有挑自己爱看的读一下就好。

MQTT开发环境搭建

首先需要一个代理服务器,这里mqtt代理服务器使用的是apache的apollo,apollo支持STOMP,AMQP,MQTT,Openwire,SSL和WebSockets。下载戳这

点这个就行

下载到本地之后,将之上传到服务器上:

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$ scp 文件名 $username@$ip:~

解压tar.gz:

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$ tar zxvf apache-apollo-1.7.1-unix-distro.tar.gz

进入解压后的bin目录下执行apollo create testbroker命令创建一个名称为testbroker的代理服务器。

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$ cd apache-apollo-1.7.1-unix-distro.tar.gz/bin/
$ ./apollo create testbroker

输入ls命令就可以看到文件夹下多了一个testbroker的文件夹

testbroker
进入testbroker的bin文件夹下,执行apollo-broker run 启动代理服务器。进入testbroker文件下的etc文件夹,可以看到名为users.properties的文件,可以看到在最后配置了用户名和密码:

用户名&密码

该文件夹下的apollo.xml中配置了端口和ip,不过这里就不管了。代理服务器配置完毕,接下来就是下载paho实现的mqtt client的jar包了。
下载地址

下载这个

使用PAHO实现MQTT推送

这里利用Idea编写Java程序实现,对于Android程序来说只需要稍加修改就可直接使用。首先新建一个Java项目,接着将上面下载的jar包作为依赖导入。首先编写服务端:

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import org.eclipse.paho.client.mqttv3.*;
import org.eclipse.paho.client.mqttv3.persist.MemoryPersistence;

public class MqttServer {
/**
* 代理服务器ip地址
*/
public static final String MQTT_BROKER_HOST = "tcp://xiasuhuei321.com:61613";

/**
* 订阅标识
*/
public static final String MQTT_TOPIC = "test";

private static String userName = "admin";
private static String password = "password";

/**
* 客户端唯一标识
*/
public static final String MQTT_CLIENT_ID = "android_server_xiasuhuei321";
private static MqttTopic topic;
private static MqttClient client;

public static void main(String... args) {
// 推送消息
MqttMessage message = new MqttMessage();
try {
client = new MqttClient(MQTT_BROKER_HOST, MQTT_CLIENT_ID, new MemoryPersistence());
MqttConnectOptions options = new MqttConnectOptions();
options.setCleanSession(true);
options.setUserName(userName);
options.setPassword(password.toCharArray());
options.setConnectionTimeout(10);
options.setKeepAliveInterval(20);

topic = client.getTopic(MQTT_TOPIC);

message.setQos(1);
message.setRetained(false);
message.setPayload("message from server".getBytes());
client.connect(options);

while (true) {
MqttDeliveryToken token = topic.publish(message);
token.waitForCompletion();
System.out.println("已经发送");
Thread.sleep(10000);
}

} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
}

这里的逻辑非常简单,创建一个MqttClient,每十秒发送一次消息,订阅了相应topic的客户端将会收到这个消息。接下来编写客户端:

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import org.eclipse.paho.client.mqttv3.*;
import org.eclipse.paho.client.mqttv3.persist.MemoryPersistence;

public class MyMqttClient {
/**
* 代理服务器ip地址
*/
public static final String MQTT_BROKER_HOST = "tcp://xiasuhuei321.com:61613";

/**
* 客户端唯一标识
*/
public static final String MQTT_CLIENT_ID = "android_xiasuhuei321";

/**
* 订阅标识
*/
public static final String MQTT_TOPIC = "xiasuhuei321";

/**
*
*/
public static final String USERNAME = "admin";
/**
* 密码
*/
public static final String PASSWORD = "password";

private volatile static MqttClient mqttClient;
private static MqttConnectOptions options;

public static void main(String... args) {
try {
// host为主机名,clientid即连接MQTT的客户端ID,一般以客户端唯一标识符表示,
// MemoryPersistence设置clientid的保存形式,默认为以内存保存
// 设备id不要太骚气!!!!!!!
mqttClient = new MqttClient(MQTT_BROKER_HOST, MQTT_CLIENT_ID, new MemoryPersistence());
// 配置参数信息
options = new MqttConnectOptions();
// 设置是否清空session,这里如果设置为false表示服务器会保留客户端的连接记录,
// 这里设置为true表示每次连接到服务器都以新的身份连接
options.setCleanSession(true);
// 设置用户名
options.setUserName(USERNAME);
// 设置密码
options.setPassword(PASSWORD.toCharArray());
// 设置超时时间 单位为秒
options.setConnectionTimeout(10);
// 设置会话心跳时间 单位为秒 服务器会每隔1.5*20秒的时间向客户端发送个消息判断客户端是否在线,但这个方法并没有重连的机制
options.setKeepAliveInterval(20);
// 连接
mqttClient.connect(options);
// 订阅
mqttClient.subscribe("test");
// 设置回调
mqttClient.setCallback(new MqttCallback() {
@Override
public void connectionLost(Throwable throwable) {
System.out.println("connectionLost");
}

@Override
public void messageArrived(String s, MqttMessage mqttMessage) throws Exception {
System.out.println("Topic: " + s + " Message: " + mqttMessage.toString());
}

@Override
public void deliveryComplete(IMqttDeliveryToken iMqttDeliveryToken) {

}
});
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}

}

}

接下来启动服务端和客户端看一下效果

服务端

客户端

思考

到这也差不多了,说实话,在Android中难的从来都不是实现推送,而是如何保证接收推送的服务存活。在Android对后台服务限制越来越大的现在,自己实现推送的意义可能并不是非常大。但是对于一些特殊的应用场景下,比如用户打开应用进行的一些操作需要用到长连接,自己实现推送可能会更加可靠一些(听朋友说三方推送有时会莫名其妙收不到推送)。