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Android开发MQTT协议的模型及通信浅析

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前言

为什么要讲MQTT协议？因为现在越来越多的领域会使用到这个协议，无论是做M2M，还是做Iot，或是想实现推送功能，MQTT都是一个不错的选择。

什么是MQTT协议

MQTT协议又称为消息队列要测传输协议，他是一种基于发布/订阅范式的消息协议，并且它是一种基于TCP/IP协议族的应用层协议。

可以看出的它的特点：轻量、简单、基于发布/订阅范式、基于TCP/IP、是一种应用层协议。

如果还是不明白，我们可以简单拿它和我们常用的http协议做个比较。

HTTP协议MQTT协议
基于TCP或UDP基于TCP
基于 请求/响应 模型基于 发布/订阅 模型
http1.x是传数据包传输二进制数据

MQTT协议的模型

我们得知道它是一个怎样的模型才好去了解它的一个工作方式。比如说HTTP协议简单分为两个角色，一个Client代表客户端，一个Server代表服务端。

而MQTT简单来看分为3个角色，publisher表示发布者，subscriber表示订阅者，它们两个都是Client，所以任何一个Client客户端既能充当publisher，也能充当subscriber。还有一个角色是broker表示代理，它是Server服务端。可以看出MQTT也是基于C/S的通信架构，只不过分为3种角色。

如果理解了这个模型之后，你就会有个疑问，发布和订阅什么呢？这就需要引入一个新的东西叫主题topic（如果不理解主题这个概念的话也没关系，后面用代码就很容易理解主题是什么）

所以它的工作流程就是：

开发MQTT通信

1. 处理客户端和服务端

前面我们说了MQTT是继续C/S的结构，那我们就需要有一个客户端和一个服务端。

（1）服务端开发

很不幸我是开发前端的，后台的开发我并不熟悉，所以这里的演示中我选择用云服务EMQX，想尝试的朋友可以上这个网页去部署自己的云服务，流程很简单 cloud.emqx.com/ ，免费试用14天。

（2）客户端开发

因为我是做Android开发的，所以这里我用Android来举例子。正常来说可以在TCP的基础上开发，自己去封装，但我这只是浅谈，所以我用第三方框架进行演示，用Paho的mqtt

2. 客户端开发

先导入Paho的mqtt

dependencies {
    ......
    implementation 'org.eclipse.paho:org.eclipse.paho.client.mqttv3:1.1.0'
    implementation 'org.eclipse.paho:org.eclipse.paho.android.service:1.1.1'
}

在manifest中注册Paho的MqttService

<application
    android:allowBackup="true"
    android:icon="@mipmap/ic_launcher"
    android:label="@string/app_name"
    android:roundIcon="@mipmap/ic_launcher_round"
    android:supportsRtl="true"
    android:theme="@style/Theme.MyApplication">
    <activity
        android:name=".MainActivity"
        android:exported="true">
        <intent-filter>
            <action android:name="android.intent.action.MAIN" />
            <category android:name="android.intent.category.LAUNCHER" />
        </intent-filter>
    </activity>
    <service android:name="org.eclipse.paho.android.service.MqttService"/>
    <service android:name=".MqttActionService"/>
</application>

我这边为了用一个项目来演示Mqtt通信，所有把MainActivity当成publisher发布者，把MqttActionService当成subscriber订阅者。

所以整体的流程是这样的，我们先开启MqttActionService，然后在MqttActionService中进行连接和订阅。再在MainActivity进行连接和发送消息。

先把Mqtt的Client给封装起来（我这里防止有些朋友看不懂Kotlin，我就用了Java，后面不重要的地方我直接用Kotlin，一般也比较容易看懂）。

public class MyMqttClient {
    private MqttAndroidClient mClient;
    private MqttConnectOptions mOptions;
    private OnMqttConnectListener mOnMqttConnectListener;
    private final String mClientId;
    private MqttCallbackExtended mExtended = new MqttCallbackExtended() {
        @Override
        public void connectComplete(boolean reconnect, String serverURI) {
            if (mOnMqttConnectListener != null){
                mOnMqttConnectListener.onConnectComplete(serverURI);
            }
        }
        @Override
        public void connectionLost(Throwable cause) {
            if (mOnMqttConnectListener != null){
                mOnMqttConnectListener.onConnectFailure(cause);
            }
        }
        @Override
        public void messageArrived(String topic, MqttMessage message) throws Exception {
        }
        @Override
        public void deliveryComplete(IMqttDeliveryToken token) {
        }
    };
    private IMqttActionListener mConnectAction = new IMqttActionListener() {
        @Override
        public void onSuccess(IMqttToken asyncActionToken) {
        }
        @Override
        public void onFailure(IMqttToken asyncActionToken, Throwable exception) {
            if (mOnMqttConnectListener != null){
                mOnMqttConnectListener.onConnectFailure(exception);
            }
            exception.printStackTrace();
        }
    };
    private IMqttMessageListener messageListener = new IMqttMessageListener() {
        @Override
        public void messageArrived(String topic, MqttMessage message) throws Exception {
            if (mOnMqttConnectListener != null){
                mOnMqttConnectListener.onMessageArrived(topic, message);
            }
        }
    };
    public MyMqttClient(Context context){
        this(context, null);
    }
    public MyMqttClient(Context context, String clientId){
        if (!TextUtils.isEmpty(clientId)) {
            this.mClientId = clientId;
        }else {
            this.mClientId = MqttConfig.clientId;
        }
        init(context);
    }
    public void init(Context context){
        mClient = new MqttAndroidClient(context, MqttConfig.mqttUrl, mClientId);
        mClient.setCallback(mExtended);
        mOptions = new MqttConnectOptions();
        mOptions.setConnectionTimeout(4000);
        mOptions.setKeepAliveInterval(30);
        mOptions.setUserName(MqttConfig.username);
        mOptions.setPassword(MqttConfig.password.toCharArray());
    }
    public void setOnMqttConnectListener(OnMqttConnectListener onMqttConnectListener) {
        this.mOnMqttConnectListener = onMqttConnectListener;
    }
    /**
     *  连接
     */
    public void connect(){
        try {
            if (!mClient.isConnected()){
                mClient.connect(mOptions, null, mConnectAction);
            }
        }catch (Exception e){
            e.printStackTrace();
        }
    }
    /**
     *  订阅
     */
    public void subscribeToTopic(String mTopic){
        this.subscribeToTopic(mTopic, 0);
    }
    public void subscribeToTopic(String mTopic, int qos){
        try {
            mClient.subscribe(mTopic, qos, null,null, messageListener);
        }catch (Exception e){
            e.printStackTrace();
        }
    }
    /**
     *  发送消息
     */
    public void sendMessage(String mTopic, byte[] data){
        try {
            MqttMessage message = new MqttMessage();
            message.setPayload(data);
            mClient.publish(mTopic, message);
        }catch (Exception e){
            e.printStackTrace();
        }
    }
    public void onDestroy(){
        try {
            mClient.disconnect();
            mExtended = null;
            mConnectAction = null;
            messageListener = null;
        }catch (Exception e){
            e.printStackTrace();
        }
    }
    /**
     *  提供给外层的回调，更方便进行使用
     */
    public interface OnMqttConnectListener{
        void onConnectComplete(String serverURI);
        void onConnectFailure(Throwable e);
        void onMessageArrived(String topic, MqttMessage message);
    }
}

当中有些配置我直接抽出来

public interface MqttConfig {
    String mqttUrl = "tcp://r0c36017.cn-shenzhen.emqx.cloud:11005";
    String clientId = "deployment-r0c36017";
    String username = "yeshuaishizhenshuai";
    String password = "123456";
    String oneTopic = "kylin/topic/one";
}

可以讲一下这些参数：

(1) mqttUrl: 连接代理的连接，可以看到我上面云服务那张截图里面的“连接地址”和“连接端口” (2) clientId: 客户端ID，无论是subscriber还是publisher都属于客户端，这个在上面说过，所以都有一个对应的ID标识他们是属于哪个客户端。我下面的Demo中MqttActionService用的ClienId是deployment-r0c36017，MainActivity用的ClienId是deployment-r0c36018，不同的，所以是两个客户端。 (3) username和password: 这两个参数都是一个标识，会和后台记录，如果你没有的话，那你就连不上代理，也就是连不上服务端。 (4) oneTopic: 就是主题，你订阅和发送消息都要对应是哪个主题。

然后subscriber连接并订阅主题

class MqttActionService : Service() {
    private var mqttClient : MyMqttClient ?= null
    override fun onCreate() {
        super.onCreate()
        mqttClient = MyMqttClient(this)
        mqttClient?.setOnMqttConnectListener(object : MyMqttClient.OnMqttConnectListener{
            override fun onConnectComplete(serverURI: String?) {
                mqttClient?.subscribeToTopic(MqttConfig.oneTopic)
            }
            override fun onConnectFailure(e: Throwable?) {
            }
            override fun onMessageArrived(topic: String?, message: MqttMessage?) {
                val h = Handler(Looper.getMainLooper())
                h.post {
                    Toast.makeText(this@MqttActionService.applicationContext, message.toString(), Toast.LENGTH_SHORT).show();
                }
            }
        })
    }
    override fun onStartCommand(intent: Intent?, flags: Int, startId: Int): Int {
        val handler = Handler()
        handler.postDelayed({ mqttClient?.connect() }, 1000)
        return START_STICKY
    }
    override fun onBind(intent: Intent?): IBinder? {
        return null
    }
    override fun onDestroy() {
        super.onDestroy()
        mqttClient?.onDestroy()
    }
}

然后publisher连接并发送消息

class MainActivity : AppCompatActivity() {
    private var clinet : MyMqttClient ?= null
    private var isConnect = false
    override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) {
        super.onCreate(savedInstanceState)
        setContentView(R.layout.activity_main)
        init()
        val btn : Button = findViewById(R.id.btn_connect)
        val send : Button = findViewById(R.id.btn_send)
        val open : Button = findViewById(R.id.open)
        open.setOnClickListener {
            val intent = Intent()
            intent.setClass(this, MqttActionService::class.java)
            startService(intent)
        }
        btn.setOnClickListener {
            clinet?.connect()
        }
        send.setOnClickListener {
            clinet?.sendMessage(MqttConfig.oneTopic, "你干嘛啊~哎呦~".toByteArray())
        }
    }
    private fun init(){
        clinet = MyMqttClient(this, "deployment-r0c36018")
        clinet?.setOnMqttConnectListener(object : MyMqttClient.OnMqttConnectListener{
            override fun onConnectComplete(serverURI: String?) {
                isConnect = true
            }
            override fun onConnectFailure(e: Throwable?) {
                e?.printStackTrace()
                isConnect = false
            }
            override fun onMessageArrived(topic: String?, message: MqttMessage?) {
            }
        })
    }
}

我这定了3个按钮，第一个按钮open会跳转Service然后subscriber连接并订阅主题，第二个按钮btn会连接代理，第三个按钮send发送消息。看MqttActionService的代码可以看出，我这里发送消息后，会弹出Toast。

Paho的mqtt的BUG

这库我也是第一次用，我们那用的都是自己撸的(这边肯定没法放上来)，然后我用的时候发现一个问题。我想给Service去开一条进程去处理订阅的操作的，这样能更真实的去模拟，结果就在连接时出问题了

经检查，连接的context的进程要和org.eclipse.paho.android.service.MqttService的进程一致。我去看他源码是怎么回事。

发现它内部的Binder竟然做了强转，这里因为不是代理而会出现报错。如果使用这个库的话就小心点你要做的夸进程的操作。

总结

今天只是浅谈一些MQTT的一些原理和流程，其实还有更深的功能，比如Qos啊这些还没说，我觉得一次说太多可能会让第一次接触的人混乱。先简单的了解MQTT是什么，主要使用的场景，内部的原理大致是怎样的。当了解这些之后再去深入的看，会能够更好的去理解。

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