2017 年 8 月，OASIS MQTT Technical Committee 正式釋出了用於 Public Review 的 [MQTT 5.0](https://www.emqx.com/zh/mqtt/mqtt5) 的草案。2018 年，MQTT 5.0 正式釋出，然而直到目前蘋果生態裡仍沒有完整支援 MQTT 5.0 的客戶端 SDK 。

[CocoaMQTT](https://github.com/emqx/CocoaMQTT) 是 EMQ 團隊為 iOS 開發者提供的 MQTT 客戶端 SDK，目前在 iOS 開發者中有著較為廣泛的使用。

為彌補蘋果生態中對 MQTT 5.0 支援方面的空白，**EMQ 團隊於近日正式釋出了 CocoaMQTT 全新版本 v2.0**。CocoaMQTT v2.0 支援 MQTT 5.0，同時相容 3.1.1 版本，支援 iOS、tvOS 與 OSX 作業系統。使用者現已可透過 CocoaMQTT 實現 iOS 系統裝置連線 MQTT 5.0 雲服務，享受 MQTT 5.0 帶來的強大功能加成。

CocoaMQTT 使用 Swift 語言開發，而非 Objective-C。這是因為 Swift 是一門型別安全的語言，對協議的支援更加豐富，配合擴充套件（extension）、泛型、關聯型別等可以實現面向協議程式設計，從而大大提高程式碼的靈活性。

此外，在 WWDC 2021 大會上，蘋果宣佈了 Swift 語言中併發模型的重大更新：透過編譯器實現的 Actor 併發模型，新增 Actor 引用型別幫助開發者避免資料競爭問題。

因此，我們相信在 [MQTT](https://www.emqx.com/zh/mqtt) 相關的 I/O 密集型併發應用中，相較於 Objective-C，Swift 的表現將更值得期待。

## MQTT 5.0 vs MQTT 3.1.1

MQTT 3.1.1 仍然有很多不完善的地方，例如連線異常斷開時無法通知原因到對端。MQTT 5.0 在 MQTT 3.1.1 的基礎上做了很多改變，但並不是向下相容的。

MQTT 協議 5.0 版本新增了會話/訊息延時功能、原因碼、主題別名、in-flight 流控、使用者屬性、共享訂閱等功能，以及用於增強認證安全的 AUTH 報文。其中，原因碼和使用者屬性 `Property` 欄位使得 MQTT 5.0 能夠攜帶更多上下文資訊，從而解決在 3.1.1 版本因協議不完整而較難處理的問題。

MQTT 5.0 的主要功能優勢有：

- 進一步支援更大規模的可擴充套件系統
- 更加詳細的錯誤報告和處理機制
- 容量探索和請求響應等通用模式的規範化操作
- 可擴充套件的使用者屬性 （User Property）
- 改進效能並支援小型客戶端
- 會話保持和訊息超時設定
- 新增支援 Req/Rsp 訊息模式

## CocoaMQTT 客戶端的使用

本文將使用 EMQ 提供的 [免費公共 MQTT 伺服器](https://www.emqx.com/zh/mqtt/public-mqtt5-broker) 進行 CocoaMQTT 功能使用介紹，該服務基於 [MQTT 雲服務](https://www.emqx.com/zh/cloud) EMQ X Cloud 建立。

伺服器接入資訊如下：

- Broker: **broker-cn.emqx.io**
- TCP Port: **1883**
- Websocket Port: **8083**
- TCP/TLS 埠: **8883**
- Websocket/TLS 埠:**8084**

### 連線 MQTT 服務

我們看到 MQTT 5.0 增加了許多屬性，其中 `Property` 欄位可以讓使用者根據自己的情況，更加細緻化去完成需求。

```reasonml
///MQTT 5.0
let clientID = "CocoaMQTT-" + String(ProcessInfo().processIdentifier)
let mqtt5 = CocoaMQTT5(clientID: clientID, host: "broker-cn.emqx.io", port: 1883)

let connectProperties = MqttConnectProperties()
connectProperties.topicAliasMaximum = 0
connectProperties.sessionExpiryInterval = 0
connectProperties.receiveMaximum = 100
connectProperties.maximumPacketSize = 500
mqtt5.connectProperties = connectProperties

mqtt5.username = "test"
mqtt5.password = "public"
mqtt5.willMessage = CocoaMQTTWill(topic: "/will", message: "dieout")
mqtt5.keepAlive = 60
mqtt5.delegate = self
mqtt5.connect()

///MQTT 3.1.1
let clientID = "CocoaMQTT-" + String(ProcessInfo().processIdentifier)
let mqtt = CocoaMQTT(clientID: clientID, host: "broker-cn.emqx.io", port: 1883)
mqtt.username = "test"
mqtt.password = "public"
mqtt.willMessage = CocoaMQTTWill(topic: "/will", message: "dieout")
mqtt.keepAlive = 60
mqtt.delegate = self
mqtt.connect()
```

### 訂閱主題

MQTT 5.0 在 MQTT 3.1.1 上面多了訂閱選項等操作。

```css
///MQTT 5.0
mqtt5.subscribe("chat/room/animals/client/+", qos: CocoaMQTTQoS.qos1)
//or
//let subscriptions : [MqttSubscription] = [MqttSubscription(topic: "chat/room/animals/client/+"),MqttSubscription(topic: "chat/room/foods/client/+"),MqttSubscription(topic: "chat/room/trees/client/+")]
//mqtt.subscribe(subscriptions)

///MQTT 3.1.1
mqtt.subscribe("chat/room/animals/client/+", qos: CocoaMQTTQoS.qos1)
//or
//let subscriptions : [(String, CocoaMQTTQoS)] = [("chat/room/animals/client/+", qos: CocoaMQTTQoS.qos1),("chat/room/foods/client/+", qos: CocoaMQTTQoS.qos1),("chat/room/trees/client/+", qos: CocoaMQTTQoS.qos1)]
//mqtt.subscribe(subscriptions)
```

### 釋出訊息

```less
///MQTT 5.0
mqtt5!.publish("chat/room/animals/client/" + animal!, withString: message!, qos: .qos1, DUP: false, retained: false, properties: publishProperties)

///MQTT 3.1.1
mqtt!.publish("chat/room/animals/client/" + animal!, withString: message!, qos: .qos1)
```

### 自動重連

MQTT 是基於 TCP 長連線的協議，在實際使用的場景中，由於網路故障或訊號問題導致連線中斷是經常出現的問題。許多開發者會希望 SDK 能夠提供方便的自動重連方式。

```angelscript
///MQTT 5.0
mqtt5!.autoReconnect = true

///MQTT 3.1.1
mqtt!.autoReconnect = true
```

### 單雙向 SSL 連線

```stylus
///MQTT 5.0
mqtt5!.enableSSL = true

///MQTT 3.1.1
mqtt!.enableSSL = true

let clientCertArray = getClientCertFromP12File(certName: "client-keycert", certPassword: "MySecretPassword")
var sslSettings: [String: NSObject] = [:]
sslSettings[kCFStreamSSLCertificates as String] = clientCertArray

///MQTT 5.0
mqtt5!.sslSettings = sslSettings

///MQTT 3.1.1
mqtt!.sslSettings = sslSettings
```

如果需要 .p12 檔案可以在終端使用以下語句生成。

```axapta
1openssl pkcs12 -export -clcerts -in client-cert.pem -inkey client-key.pem -out client.p12
```

### 設定保留訊息和遺囑訊息

MQTT 5.0 與 MQTT 3.1.1 比，多了更多的屬性設定可供使用者使用。

```reasonml
///MQTT 5.0
let lastWillMessage = CocoaMQTTMessage(topic: "/chat/room/animals/client/Sheep", string: "dieout")
lastWillMessage.retained = true
lastWillMessage.qos = .qos1
mqtt5!.willMessage = lastWillMessage

///MQTT 3.1.1
mqtt!.willMessage = CocoaMQTTMessage(topic: "/will", string: "dieout")
```

### AUTH 報文

MQTT 單純透過 `CONNECT` 可能無法提供足夠的資訊給 Server 進行身份認證，所以 MQTT 5.0 新增此功能。用於客戶端和伺服器之間的加強認證。

```reasonml
  let authProperties = MqttAuthProperties()
        mqtt5!.auth(reasonCode: CocoaMQTTAUTHReasonCode.continueAuthentication, authProperties: authProperties)
```

## iOS 應用後臺執行

推薦使用 「Background fetch」模式或 IOS 13 新增的「Background processing」模式。

![Background Modes](http://img.blog.itpub.net/blog/2021/11/24/c129919e43e71d3b.png?x-oss-process=style/bb "Background Modes")

如果使用 `beginBackgroundTaskWithName` 和 `endBackgroundTask` 相關的 API，可以保持 APP 在後臺執行 30 秒。

## 總結

至此，我們完成了使用 CocoaMQTT 客戶端連線到公共 MQTT 伺服器，並實現了客戶端與 MQTT 伺服器的連線、訊息釋出和訂閱。

專案完整程式碼請見 https://github.com/emqx/CocoaMQTT/tree/master/Example。

EMQ 致力於幫助使用者輕鬆便捷地使用 MQTT 開展物聯網業務，我們的一系列客戶端 SDK 均在持續開發中，敬請關注。

>版權宣告： 本文為 EMQ 原創，轉載請註明出處。
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CocoaMQTT v2.0：首個支援 MQTT 5.0 的 iOS 客戶端

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