MQTT v5 相較於 MQTT v3.1 和 v3.1.1 提供了許多新特性。我們會盡量以通俗易懂的方式展示這些特性，並探討這些特性對開發者的影響。我們已經探討過其中一部分 [MQTT v5 新特性](https://www.emqx.com/zh/mqtt/mqtt5)，今天將繼續討論：**主題別名**。

## 什麼是主題別名

主題別名（Topic Alias）是 MQTT v5.0 中新加入的與主題名（topic）相關的特性。它允許使用者將主題長度較長且常用的主題名縮減為一個雙位元組整數來降低釋出訊息時的頻寬消耗。

它是一個雙位元組整數，並將作為屬性欄位，編碼在`PUBLISH`報文中可變報頭部分。並且在實際應用中，將受到`CONNECT`報文和`CONNACK`報文中“主題別名最大長度”屬性的限制。只要不超過該限制，任何主題名，都可以使用此特性縮減為編碼長度2位元組的整數。

## 為什麼使用主題別名

在使用 MQTT v3 協議時。如果客戶端在某次連線中需要釋出大量相同主題的訊息，那麼在每一條`PUBLISH`報文中寫入相同的主題名，就造成了客戶端和服務端之間頻寬資源的浪費。同時對於服務端而言，每次對相同主題名的 UTF-8 字串進行解析，都是對計算資源的浪費。

設想這樣的場景，在位置 `A` 以固定頻率報告溫度溼度的感測器：

- 使用 `/position/A/temperature` 作為該位置溫度訊息的主題（長度23位元組）；
- 使用 `/position/A/humidity` 作為該位置溼度訊息的主題（長度20位元組）。

除去第一次釋出訊息外，之後的每個`PUBLISH`報文，都需要將“主題名”這個已經傳遞過的資訊再次透過網路傳輸。即便拋開客戶端和服務端之間額外的頻寬消耗不言，對服務端來說，面對成千上萬的感測器釋出的大量訊息，對每個客戶端的每條訊息，都要將同樣的主題名字串進行解析，這將造成了計算資源的浪費。

此時使用 MQTT v5 中的主題別名特性，就可以有效降低資源消耗。當客戶端或服務端釋出頻率較高，且主題名長度較大的情景下，使用主題別名可以將每條訊息中主題名的頻寬消耗縮減為 2 位元組，同時因為計算機處理整數的效率高於處理字串的效率，對於客戶端或服務端在報文解析時消耗的計算資源也有了一定的節約。

## 怎樣使用主題別名

### 主題別名生命週期和作用範圍

該值由客戶端和服務端**各自維護**，且生命週期和作用範圍僅限於當前連線。連線斷開後需要再次使用主題別名需要重新建立`主題別名<=>主題名`對映關係。

### 主題別名最大值（Topic Alias Maximum）

在 [MQTT 客戶端](https://www.emqx.com/zh/mqtt-client-sdk)和服務端使用主題別名進行釋出訊息前，需要對可以使用的最大主題別名長度進行約定。這部份資訊交換將在`CONNECT`報文和`CONNACK`報文中完成。“主題別名最大值”也將以報文屬性的形式，用雙位元組整數值編碼在`CONNECT`和`CONNACK`報文的可變報頭中。
客戶端的`CONNECT`報文中"主題別名最大值"指示了本客戶端在此次連線中服務端可以使用的最大主題別名數量；同樣地，服務端傳送的`CONNACK`報文中，也透過此值表明了當前連線中對端（客戶端）可以使用的最大主題別名數量。

![MQTT 主題別名最大值](http://img.blog.itpub.net/blog/2022/01/20/170625a32ca4b83f.png?x-oss-process=style/bb "MQTT 主題別名最大值")

### 設定與使用主題別名

客戶端（或服務端）在傳送`PUBLISH`報文時，可以在可變報頭的屬性部分，用一個位元組，值為`0x23`的識別符號指示接下來2位元組將是主題別名值。

但主題別名值不允許為0，也不允許大於服務端（客戶端）傳送的`CONNACK`（`CONNECT`）報文中設定的主題別名最大值。

對端接收到帶有主題別名值和非空主題名的`PUBLISH`報文後，將建立主題別名和主題名的對映關係，在此之後傳送的`PUBLISH`報文中，便可以僅用長度2位元組的主題別名釋出訊息，對端將使用透過之前建立的`主題別名<=>主題名`對映關係來處理訊息中的主題。並且由於這一對映關係由雙端各自維護，所以客戶端與服務端可以使用值相同的主題別名互相釋出訊息。

![設定與使用 MQTT 主題別名](http://img.blog.itpub.net/blog/2022/01/20/1faf63554ce0de7c.png?x-oss-process=style/bb "設定與使用 MQTT 主題別名")

### 使用未設定的主題別名

`PUBLISH`報文中使用的主題別名值如果在此前的報文中未進行設定，即對端並未建立當前主題別名到某個主題名的對映關係，而此條報文的可變報頭中主題名欄位為空，對端將使用包含原因碼（REASON_CODE）為`0x82`的`DISCONNECT`報文斷開網路連線。

![使用未設定的 MQTT 主題別名](http://img.blog.itpub.net/blog/2022/01/20/0348eac4afc9bb53.png?x-oss-process=style/bb "使用未設定的 MQTT 主題別名")

### 重置主題別名

當對端已經根據本次連線中某個`PUBLISH`報文建立了一個`主題別名<=>主題名`的對映關係時，可以在下一次傳送`PUBLISH`報文時使用同樣的主題別名值和非空的主題名來更新這個主題別名值到主題名的對映關係。

![重置 MQTT 主題別名](http://img.blog.itpub.net/blog/2022/01/20/ae6133216c39fd77.png?x-oss-process=style/bb "重置 MQTT 主題別名")

## 總結

主題別名作為 MQTT v5 新提供的特性，為 [pub/sub](https://www.emqx.com/zh/blog/mqtt-5-introduction-to-publish-subscribe-model) 這一訊息傳遞模型提供了更靈活的使用方式，對於主題名一致且數量大、重複性高的訊息而言，可以有效節省頻寬資源和計算資源。

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主題別名 - MQTT 5.0 新特性

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