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Java使用MQTT协议

news 2025/7/8 21:28:10

MQTT（Message Queuing Telemetry Transport，消息队列遥测传输协议）是一种轻量级的、基于发布/订阅模式的物联网通信协议。它构建于TCP/IP协议之上，由IBM在1999年发布。MQTT的主要特点包括：

轻量级与高效：MQTT设计用于在带宽有限、网络不稳定的环境中工作，具有较小的数据包开销和较低的带宽占用。
高可靠性：使用TCP协议传输，确保消息传递的可靠性。
发布/订阅模式：支持一对多的消息发布，降低应用程序之间的耦合度。
广泛适用性：广泛应用于物联网、智能家居、小型设备等领域，特别适用于机器与机器（M2M）通信。

MQTT协议通过简单的发布和订阅机制，实现了消息的可靠传输和分发，是物联网领域中的重要通信协议之一。

1、需要了解的理论知识

1.1、MQTT 的工作原理

要了解 MQTT 的工作原理，首先需要掌握以下几个概念：MQTT 客户端、MQTT Broker、发布-订阅模式、主题、QoS。

MQTT 客户端

任何运行 MQTT 客户端库的应用或设备都是 MQTT 客户端。例如，使用 MQTT 的即时通讯应用是客户端，使用 MQTT 上报数据的各种传感器是客户端，各种 MQTT 测试工具也是客户端。

MQTT Broker

MQTT Broker 是负责处理客户端请求的关键组件，包括建立连接、断开连接、订阅和取消订阅等操作，同时还负责消息的转发。一个高效强大的 MQTT Broker 能够轻松应对海量连接和百万级消息吞吐量，从而帮助物联网服务提供商专注于业务发展，快速构建可靠的 MQTT 应用。

发布-订阅模式

发布-订阅模式与客户端-服务器模式的不同之处在于，它将发送消息的客户端（发布者）和接收消息的客户端（订阅者）进行了解耦。发布者和订阅者之间无需建立直接连接，而是通过 MQTT Broker 来负责消息的路由和分发。

主题

MQTT 协议根据主题来转发消息。主题通过 / 来区分层级，类似于 URL 路径，例如：test/topic

1.2、MQTT 的工作流程

在了解了 MQTT 的基本组件之后，让我们来看看它的一般工作流程：

客户端使用 TCP/IP 协议与 Broker 建立连接，可以选择使用 TLS/SSL 加密来实现安全通信。客户端提供认证信息，并指定会话类型（Clean Session 或 Persistent Session）。
**客户端既可以向特定主题发布消息，也可以订阅主题以接收消息。**当客户端发布消息时，它会将消息发送给 MQTT Broker；而当客户端订阅消息时，它会接收与订阅主题相关的消息。
MQTT Broker 接收发布的消息，并将这些消息转发给订阅了对应主题的客户端。它根据 QoS 等级确保消息可靠传递，并根据会话类型为断开连接的客户端存储消息。

2、代码实现

2.1、Maven依赖

MQTT协议有两个版本，一个是3.x，另一个是5.x。本文使用的是3.x

MQTT v3.1

<!--  MQTT v3.1 -->
<dependency><groupId>org.eclipse.paho</groupId><artifactId>org.eclipse.paho.client.mqttv3</artifactId><version>1.2.5</version>
</dependency><!--  MQTT 5.0 -->
<!--		<dependency>-->
<!--			<groupId>org.eclipse.paho</groupId>-->
<!--			<artifactId>org.eclipse.paho.mqttv5.client</artifactId>-->
<!--			<version>1.2.5</version>-->
<!--		</dependency>-->

2.2、配置文件

broker这里使用免费的公共的服务，也可以自己使用开源项目emqx搭建

# httpserver.port=8091#server.servlet.context-path=/hub# mqtt
mqtt.url=tcp://broker.emqx.io:1883
mqtt.username=
mqtt.password=
mqtt.clientId=java-mqtt-client
mqtt.defaultTopic=test/topic
mqtt.cleanSession=true

2.3、基于MQTT写个service

依赖了lombok简化代码，按需导入

<dependency><groupId>org.projectlombok</groupId><artifactId>lombok</artifactId><optional>true</optional>
</dependency>

import jakarta.annotation.PostConstruct;
import jakarta.annotation.PreDestroy;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.eclipse.paho.client.mqttv3.IMqttDeliveryToken;
import org.eclipse.paho.client.mqttv3.MqttCallback;
import org.eclipse.paho.client.mqttv3.MqttClient;
import org.eclipse.paho.client.mqttv3.MqttConnectOptions;
import org.eclipse.paho.client.mqttv3.MqttException;
import org.eclipse.paho.client.mqttv3.MqttMessage;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Value;
import org.springframework.stereotype.Service;@Service
@Slf4j
public class MqttService implements MqttCallback {@Value("${mqtt.url}")private String url;@Value("${mqtt.username}")private String username;@Value("${mqtt.password}")private String password;@Value("${mqtt.clientId}")private String clientId;@Value("${mqtt.cleanSession}")private boolean cleanSession;private MqttClient client;private int reconnectDelay = 2000; // 初始重连延迟2秒private int maxReconnectAttempts = 3; // 最大重连尝试次数private int reconnectAttempts = 0;@PostConstructpublic void connect() {try {client = new MqttClient(url, clientId);MqttConnectOptions options = new MqttConnectOptions();// cleanSession为 false 时表示创建一个持久会话，在客户端断开连接时，会话仍然保持并保存离线消息，直到会话超时注销。// cleanSession为 true 时表示创建一个新的临时会话，在客户端断开时，会话自动销毁。// 注意：持久会话恢复的前提是客户端使用固定的 Client ID 再次连接，如果 Client ID 是动态的，那么连接成功后将会创建一个新的持久会话。options.setCleanSession(cleanSession);// 禁用Paho的自动重连，自己控制options.setAutomaticReconnect(false);if (username != null && !username.isEmpty()) {options.setUserName(username);options.setPassword(password.toCharArray());}client.setCallback(this);client.connect(options);// 订阅一个或多个主题client.subscribe("test/topic");} catch (MqttException e){log.error("---mqtt connect fail", e);}}// 实现MqttCallback的方法：connectionLost, messageArrived, deliveryComplete@Overridepublic void connectionLost(Throwable cause) {log.info("---Connection lost! " + cause.getMessage());// 这里可以重新连接MQTT服务器reconnect();}private void reconnect() {if (reconnectAttempts < maxReconnectAttempts) {reconnectAttempts++;log.info("---Attempting to reconnect in " + reconnectDelay + "ms");// 使用ScheduledExecutorService方式实现延迟重连// 为简单起见，使用Thread.sleeptry {Thread.sleep(reconnectDelay);} catch (InterruptedException e) {Thread.currentThread().interrupt();}reconnectDelay *= 2; // 增大重连间隔connect(); // 尝试重新连接} else {log.warn("---Max reconnect attempts reached");// 可以考虑执行一些清理操作或通知操作}}@Overridepublic void messageArrived(String topic, MqttMessage message) throws Exception {// 当消息到达时调用log.info("---Message arrived. Topic: " + topic + " Message: " + new String(message.getPayload()));// 处理消息的逻辑}@Overridepublic void deliveryComplete(IMqttDeliveryToken token) {// 当消息被完全传送出去后调用log.info("---Delivery complete!");// 可以在这里处理一些发送完成后的清理工作}// 发送消息的方法public void publish(String topic, String payload) throws MqttException {MqttMessage message = new MqttMessage(payload.getBytes());// QoS 0，最多交付一次。可能丢失消息// QoS 1，至少交付一次。可以保证收到消息，但消息可能重复// QoS 2，只交付一次。可以保证消息既不丢失也不重复message.setQos(2);client.publish(topic, message);log.info("---Message published： {}", payload);}// 断开连接的方法@PreDestroypublic void disconnect() throws MqttException {if (client != null && client.isConnected()) {client.disconnect();log.info("---Disconnected");}}
}

2.4、基于MQTT写个service

写个控制器测试

import org.eclipse.paho.client.mqttv3.MqttException;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.http.HttpStatus;
import org.springframework.http.ResponseEntity;
import org.springframework.web.bind.annotation.*;@RestController
@RequestMapping("/mqtt")
public class MqttController {@Autowiredprivate MqttService mqttService;@RequestMapping(value = "/send", method = {RequestMethod.GET, RequestMethod.POST})public ResponseEntity<String> sendMessage(@RequestParam String topic, @RequestParam String message) {topic = "test/topic";try {mqttService.publish(topic, message);return ResponseEntity.ok("Message sent successfully");} catch (MqttException e) {return ResponseEntity.status(HttpStatus.INTERNAL_SERVER_ERROR).body("Failed to send message: " + e.getMessage());}}
}

浏览器输入：http://localhost:8091/mqtt/send?topic&message=我来了
控制台日志如下：符合预期

2024-08-10 23:13:17 [MQTT Call: java-mqtt-client] INFO  cn.talktrip.mqtt.MqttService - ---Message arrived. Topic: test/topic Message: 我来了
2024-08-10 23:13:17 [http-nio-8091-exec-8] INFO  cn.talktrip.mqtt.MqttService - ---Message published： 我来了
2024-08-10 23:13:17 [MQTT Call: java-mqtt-client] INFO  cn.talktrip.mqtt.MqttService - ---Delivery complete!

参考文档：https://www.emqx.com/zh/blog/the-easiest-guide-to-getting-started-with-mqtt