全球物聯網正在高速發展，專門針對低頻寬和不穩定網路環境的物聯網應用設計的 MQTT 協議也因此得到廣泛應用。

[MQTT](https://mqtt.org/) 是一種基於釋出/訂閱模式輕量級訊息傳輸協議，具有簡單易實現、支援 QoS、報文小等特點，非常適用於工業網際網路、車聯網、智慧硬體、電力能源等領域。

本文將透過講解與演示向讀者展示 MQTT 協議的入門使用流程，物聯網及 MQTT 初學者可以透過本文以更簡單的方式理解 MQTT 相關概念，快速開始 MQTT 服務及應用的開發。

## MQTT 連線

在使用 MQTT 協議進行通訊之前，需要先建立一個 MQTT 連線，連線由客戶端向伺服器端發起。

### MQTT 客戶端

任何執行了 MQTT 客戶端庫的程式或裝置都是一個 MQTT 客戶端，例如：使用了 MQTT 的即時通訊 APP 是一個客戶端，使用 MQTT 上報資料的各種感測器裝置是一個客戶端，以及各種 MQTT 測試工具也是一個客戶端。

目前，基本所有的程式語言都有成熟的開源 MQTT 客戶端庫，讀者可參考 EMQ 整理的 [MQTT 客戶端庫大全](https://www.emqx.com/zh/mqtt-client-sdk)選擇一個合適的客戶端庫來構建滿足自身業務需求的 MQTT 客戶端。也可直接訪問 EMQ 提供的 [MQTT 客戶端程式設計](https://www.emqx.com/zh/blog/tag/mqtt-客戶端程式設計)系列部落格，學習如何在 Java、Python、PHP、Node.js 等程式語言中使用 MQTT。

本次演示我們將使用由 MQTT X 提供的支援瀏覽器訪問的線上 MQTT 客戶端：http://www.emqx.io/online-mqtt-client。MQTT X 是目前開源客戶端中 GitHub Star 數最多的，它同時也提供了桌面客戶端（https://mqttx.app/zh）與命令列客戶端（https://mqttx.app/zh/cli），感興趣的讀者可自行下載使用。

### MQTT 伺服器

MQTT 伺服器負責接收客戶端發起的連線，並將客戶端傳送的訊息轉發到另外一些符合條件的客戶端。一個成熟的 MQTT 伺服器可支援海量的客戶端連線及百萬級的訊息吞吐，幫助物聯網業務提供商專注於業務功能並快速建立一個可靠的 MQTT 應用。

MQTT 伺服器一般有私有部署、全託管雲服務、公共線上三種形式。

- 私有部署需要自行搭建與維護伺服器，適合接入量較大、且有技術團隊支援的公司。

讀者若是希望搭建私有 MQTT 伺服器進行測試，可執行如下 Docker 命令直接安裝 EMQX 開源版。

```apache
  docker run -d --name emqx -p 1883:1883 -p 8083:8083 -p 8084:8084 -p 8883:8883 -p 18083:18083 emqx/emqx
  ```

也可參考部落格[如何在 Ubuntu 上安裝 EMQX MQTT 伺服器](https://www.emqx.com/zh/blog/how-to-install-emqx-mqtt-broker-on-ubuntu)進行安裝。

- 全託管雲服務免除了企業維護基礎設施的負擔，簡單幾步就能輕鬆開啟 MQTT 服務。如下圖，EMQX Cloud 支援按連線建立 MQTT 服務，且可選擇部署在多個雲平臺。
[![1](http://img.blog.itpub.net/blog/2022/10/09/3eb1c10130340cc9.png?x-oss-process=style/bb)](https://www.emqx.com/zh/blog/the-easiest-guide-to-getting-started-with-mqtt)

- 公共的線上伺服器一般由各個 MQTT 伺服器的所屬商業公司所提供，主要用來做 MQTT 流程測試。

本次演示我們將使用由 EMQ 提供的[公共 MQTT 伺服器](https://www.emqx.com/zh/mqtt/public-mqtt5-broker)，該伺服器基於[全託管的 MQTT 雲服務 - EMQX Cloud](https://www.emqx.com/zh/cloud) 建立，伺服器資訊如下：

- Broker： `broker.emqx.io`
- TCP Port： `1883`
- Websocket Port： `8083`

### 建立連線

接下來我們開始正式建立一個 MQTT 連線，使用瀏覽器訪問 http://www.emqx.io/online-mqtt-client，然後點選頁面中間的 `New Connection` 按鈕，將會看到如下頁面。
[![](http://img.blog.itpub.net/blog/2022/10/09/9a12827a59cb3363.png?x-oss-process=style/bb)](https://www.emqx.com/zh/blog/the-easiest-guide-to-getting-started-with-mqtt)
各個連線的引數的意義如下：

- **Name**：為該線上客戶端特有，只是一個區分不同連線的名稱，與連線的建立無關係。使用程式碼連線時沒有該引數。
- **Client ID**：服務端使用 Client ID 識別客戶端，連線服務端的每個客戶端都必須要有唯一的 Client ID。
- **Host**：為連線的伺服器地址及協議，協議一般有 4 種：基於普通 TCP 的 MQTT、基於 SSL/TLS 的 MQTT、基於 WebSocket 的 MQTT，基於加密 WebSocket 的 MQTT。本文使用的線上工具基於瀏覽器執行，所以只能選擇 ws 或 wss 協議。
- **Port**：連線的伺服器埠。
- **Path**：選 ws 或 wss 協議時需要填寫，EMQX 伺服器預設為 `/mqtt`。
- **Username，Password**：MQTT 可以透過傳送使用者名稱和密碼來進行相關的認證和授權，但是，如果此資訊未加密，則使用者名稱和密碼是以明文的方式傳送的。
- **Connect Timeout**：連線超時時間，連線在多少秒內未成功則不再繼續連線。
- **Keep Alive**：保活週期，是一個以秒為單位的時間間隔。客戶端在無報文傳送時，將按 Keep Alive 設定的值定時向服務端傳送心跳報文，確保連線不被服務端斷開。更多細節可檢視部落格：[MQTT 協議中的 Keep Alive 機制](https://www.emqx.com/zh/blog/mqtt-keep-alive)。
- **Clean Session**：清除會話，為 `false` 時表示建立一個持久會話，在客戶端斷開連線時，會話仍然保持並儲存離線訊息，直到會話超時登出。否則表示建立一個新的臨時會話，在客戶端斷開時，會話自動銷燬。
- **Auto Reconnect**：自動重連，幾乎所有客戶端庫都實現了自動重連。如果設定了自動重連，當網路不佳連線被斷開後，客戶端將自動重新發起連線。
- **MQTT Version**：MQTT 版本，建議使用 5.0。MQTT 5.0 是為適應迅速增長的裝置數量與企業需求而全面更新的一個版本，其在 3.1.1 版本基礎上增加了會話/訊息延時、原因碼、主題別名、使用者屬性、共享訂閱等更加符合現代物聯網應用需求的特性。更多 MQTT 5.0 詳細資訊可檢視 EMQ 提供的 [MQTT 5.0 專題系列](https://www.emqx.com/zh/mqtt/mqtt5)文章。

我們在 `Name` 裡輸入 `Simple Demo`，並點選右上角的 `Connect` 按鈕即可建立一個 MQTT 連線，如下表示連線建立成功。
[![](http://img.blog.itpub.net/blog/2022/10/09/2146fb85adfaed50.png?x-oss-process=style/bb)](https://www.emqx.com/zh/blog/the-easiest-guide-to-getting-started-with-mqtt)

## 釋出與訂閱

連線成功後，客戶端就能進行訊息的收發，在訊息收發前我們需要先理解發布/訂閱模式。

### 釋出/訂閱模式

釋出訂閱模式區別於傳統的客戶端-伺服器模式，它使傳送訊息的客戶端（釋出者）與接收訊息的客戶端（訂閱者）分離，釋出者與訂閱者不需要建立直接聯絡。我們既可以讓多個釋出者向一個訂閱者釋出訊息，也可以讓多個訂閱者同時接收一個釋出者的訊息，它的精髓在於由一個被稱為代理（MQTT 伺服器）的中間角色負責所有訊息路由和分發的工作。

下圖為 MQTT 的釋出/訂閱流程：溫度感測器作為一個客戶端連線至 MQTT 伺服器後，即可向某個主題（比如 `Temperature`）釋出溫度訊息，伺服器收到該訊息後會將訊息轉發至訂閱了 `Temperature` 主題的客戶端（比如下圖的手機、瀏覽器等應用）。
[![](http://img.blog.itpub.net/blog/2022/10/09/9a531f84da317208.png?x-oss-process=style/bb)](https://www.emqx.com/zh/blog/the-easiest-guide-to-getting-started-with-mqtt)

### 主題（Topic）

MQTT 協議基於主題進行訊息路由，主題類似 URL 路徑，例如：

```awk
chat/room/1

sensor/10/temperature

sensor/+/temperature
```

主題透過 `/` 分割層級，支援 `+`， `#` 萬用字元:

- `+`：表示通配一個層級，例如 `a/+` 匹配 `a/x`， `a/y`
- `#`：表示通配多個層級，例如 `a/#` 匹配 `a/x`，`a/b/c/d`

更多關於 MQTT 主題的介紹可檢視部落格：[MQTT 主題的高階特性](https://www.emqx.com/zh/blog/advanced-features-of-mqtt-topics)。

### 訊息服務質量（QoS）

MQTT 協議提供了 3 種訊息服務質量等級（Quality of Service），它保證了在不同的網路環境下訊息傳遞的可靠性。

- QoS 0：訊息最多傳遞一次。

如果當時客戶端不可用，則會丟失該訊息。釋出者傳送一條訊息之後，就不再關心它有沒有傳送到對方，也不設定任何重發機制。

- QoS 1：訊息傳遞至少 1 次。

包含了簡單的重發機制，釋出者傳送訊息之後等待接收者的 ACK，如果沒收到 ACK 則重新傳送訊息。這種模式能保證訊息至少能到達一次，但無法保證訊息重複。

- QoS 2：訊息僅傳送一次。

設計了重發和重複訊息發現機制，保證訊息到達對方並且嚴格只到達一次。

更多關於 MQTT QoS 的介紹可檢視部落格：[MQTT QoS 服務質量介紹](https://www.emqx.com/zh/blog/introduction-to-mqtt-qos)。

### 訂閱主題

接下來我們模擬溫度感測器場景，在之前建立的 Simple Demo 連線裡訂閱所有的溫度感測器上報的溫度資料，即訂閱萬用字元主題 `sensor/+/temperature`。

如下圖，點選按鈕 `New Subscription`，在彈出框的 Topic 下面輸入主題 `sensor/+/temperature`，QoS 保持預設 0 不變。

> Color 欄位可修改訂閱標籤的顏色，Alias 欄位可修改訂閱主題的顯示名稱。這兩個欄位為該線上客戶端特有，使用程式碼連線時無此引數。

[![](http://img.blog.itpub.net/blog/2022/10/09/2effe522a0f721a6.png?x-oss-process=style/bb)](https://www.emqx.com/zh/blog/the-easiest-guide-to-getting-started-with-mqtt)

訂閱成功後即可看到中間的訂閱列表裡多了一條記錄。
[![](http://img.blog.itpub.net/blog/2022/10/09/68730e67334852fb.png?x-oss-process=style/bb)](https://www.emqx.com/zh/blog/the-easiest-guide-to-getting-started-with-mqtt)

### 釋出訊息

接下來我們點選最左側的 `+` 按鈕分別建立 `Sensor 1` 和 `Sensor 2` 兩個連線，模擬兩個溫度感測器。
[![](http://img.blog.itpub.net/blog/2022/10/09/001e75830770feba.png?x-oss-process=style/bb)](https://www.emqx.com/zh/blog/the-easiest-guide-to-getting-started-with-mqtt)

連線建立好後如下圖所示，將會看到 3 個連線，並且連線左側的線上狀態圓點都為綠色（綠色說明連線成功）。
[![](http://img.blog.itpub.net/blog/2022/10/09/56a87db26c19e3ce.png?x-oss-process=style/bb)](https://www.emqx.com/zh/blog/the-easiest-guide-to-getting-started-with-mqtt)

選中 Sensor 1 連線，在頁面右下部分輸入釋出主題 `sensor/1/temperature`，訊息框內輸入如下 JSON 格式訊息，並點選右側最底部的釋出按鈕傳送訊息。

```json
{
  "msg": "17.2"
}
```
[![](http://img.blog.itpub.net/blog/2022/10/09/02fee8754b77be19.png?x-oss-process=style/bb)](https://www.emqx.com/zh/blog/the-easiest-guide-to-getting-started-with-mqtt)

如下表示訊息傳送成功。
[![](http://img.blog.itpub.net/blog/2022/10/09/3248371ba844a26a.png?x-oss-process=style/bb)](https://www.emqx.com/zh/blog/the-easiest-guide-to-getting-started-with-mqtt)

使用同樣的步驟，在 Sensor 2 連線裡向 `sensor/2/temperature` 主題釋出如下 JSON 訊息。

```json
{
  "msg": "18.2"
}
```

將會看到 Simple Demo 連線收到 2 條新訊息。
[![](http://img.blog.itpub.net/blog/2022/10/09/8f78e127832822c7.png?x-oss-process=style/bb)](https://www.emqx.com/zh/blog/the-easiest-guide-to-getting-started-with-mqtt)

點選 Simple Demo 連線，將會看到兩個感測器傳送的兩條訊息。
[![](http://img.blog.itpub.net/blog/2022/10/09/81d5138776e608ef.png?x-oss-process=style/bb)](https://www.emqx.com/zh/blog/the-easiest-guide-to-getting-started-with-mqtt)

## MQTT 重要特性演示

### 保留訊息（Retained Message）

MQTT 客戶端向伺服器釋出訊息時，可以設定保留訊息標誌。一個主題下最新一條保留訊息會駐留在訊息伺服器，後來的訂閱者訂閱主題時仍可以接收該訊息。

如下圖，我們在 Sensor 1 連線裡向 `retained_message` 主題傳送兩條不一樣的訊息，且傳送訊息時勾選 `Retain` 選項。
[![](http://img.blog.itpub.net/blog/2022/10/09/dff2326350d3ea48.png?x-oss-process=style/bb)](https://www.emqx.com/zh/blog/the-easiest-guide-to-getting-started-with-mqtt)

然後，我們再在 Simple Demo 連線裡訂閱 `retained_message` 主題，訂閱成功後將會收到 Sensor 1 傳送的第二條保留訊息，由此可見伺服器只會儲存一個主題下最後一條保留訊息。
[![](http://img.blog.itpub.net/blog/2022/10/09/2245bfea12d8e58e.png?x-oss-process=style/bb)](https://www.emqx.com/zh/blog/the-easiest-guide-to-getting-started-with-mqtt)

### 清除會話（Clean Session）

一般情況下 MQTT 客戶端僅能接收到線上時其他客戶端釋出的訊息，如果客戶端離線再上線後將收不到離線期間的訊息。但是當客戶端使用固定的 Client ID，且連線引數 Clean Session 為 false 時，客戶端離線後訊息伺服器可以為客戶端保持一定量的離線訊息，並在客戶端再次上線後傳送給客戶端（且為客戶端恢復下線前的訂閱資訊）。

本次演示使用的公共 MQTT 伺服器設定的離線訊息儲存時間為 5 分鐘，最大訊息數為 1000 條，且不儲存 QoS 0 訊息。接下來我們建立一個 MQTT 3.1.1 版本的連線，並驗證 QoS 1 情況下的離線會話。

> MQTT 5 中使用 Clean Start 與 Session Expiry Interval 改進了 Clean Session，詳情可檢視部落格：[Clean Start 與 Session Expiry Interval](https://www.emqx.com/zh/blog/mqtt5-new-feature-clean-start-and-session-expiry-interval)。

如下圖，建立一個名為 `MQTT V3` 的連線，Clean Session 設定為 false，MQTT 版本選擇 3.1.1。
[![](http://img.blog.itpub.net/blog/2022/10/09/3b05a49ddd73490c.png?x-oss-process=style/bb)](https://www.emqx.com/zh/blog/the-easiest-guide-to-getting-started-with-mqtt)

連線成功後訂閱 `clean_session_false` 主題，且 QoS 設定為 1。
[![](http://img.blog.itpub.net/blog/2022/10/09/d0ffb2cff2a406b1.png?x-oss-process=style/bb)](https://www.emqx.com/zh/blog/the-easiest-guide-to-getting-started-with-mqtt)

訂閱成功後，點選右上角的斷開連線按鈕。
[![](http://img.blog.itpub.net/blog/2022/10/09/561185d5148742d2.png?x-oss-process=style/bb)](https://www.emqx.com/zh/blog/the-easiest-guide-to-getting-started-with-mqtt)

接下來建立一個名為 `MQTT_V3_Publish` 的連線，MQTT 版本同樣設定為 3.1.1，連線成功後向 `clean_session_false` 主題釋出三條訊息。
[![](http://img.blog.itpub.net/blog/2022/10/09/fe6e36139e335ff2.png?x-oss-process=style/bb)](https://www.emqx.com/zh/blog/the-easiest-guide-to-getting-started-with-mqtt)

然後選中 MQTT_V3 連線，點選連線按鈕連線至伺服器，將會成功接收到 3 條離線期間的訊息。
[![](http://img.blog.itpub.net/blog/2022/10/09/617b175129740b98.png?x-oss-process=style/bb)](https://www.emqx.com/zh/blog/the-easiest-guide-to-getting-started-with-mqtt)

### 遺囑訊息（Last Will）

MQTT 客戶端向伺服器發起連線請求時，可以設定是否傳送遺囑訊息（Will Message）標誌，和遺囑訊息主題（Topic）與內容（Payload）。設定了遺囑訊息訊息的 MQTT 客戶端異常下線時（客戶端斷開前未向伺服器傳送 DISCONNECT 訊息），MQTT 訊息伺服器會發布該客戶端設定的遺囑訊息。

更多關於遺囑訊息的介紹可檢視部落格：[MQTT 遺囑訊息（Will Message）的使用](https://www.emqx.com/zh/blog/use-of-mqtt-will-message)。

如下圖，我們建立一個名為 `Last Will` 的連線。

- 為了能快速看到效果，我們設定 Keep Alive 為 5 秒
- Last-Will Topic 設定為 `last_will`
- Last-Will QoS 設定為 `1`
- Last-Will Retain 設定為 `true`
- Last-Will Payload 設定為 `offline`  
[![](http://img.blog.itpub.net/blog/2022/10/09/9522ef6f8339a481.png?x-oss-process=style/bb)](https://www.emqx.com/zh/blog/the-easiest-guide-to-getting-started-with-mqtt)

連線成功後，我們斷開電腦網路 5 秒鐘以上（模擬客戶端異常下線），再開啟網路。然後啟動 Simple Demo 連線，並訂閱 `last_will` 主題，將會收到 `Last Will` 連線設定的遺囑訊息。
[![](http://img.blog.itpub.net/blog/2022/10/09/84f00872c6a35e15.png?x-oss-process=style/bb)](https://www.emqx.com/zh/blog/the-easiest-guide-to-getting-started-with-mqtt)

至此，我們完成了對 MQTT 相關基礎概念及其使用流程的講解與演示，讀者可以根據本文所學嘗試上手使用 MQTT 協議。接下來讀者可訪問 EMQ 提供的 [MQTT 客戶端程式設計](https://www.emqx.com/zh/blog/tag/mqtt-客戶端程式設計)系列部落格，學習如何在 Java、Python、PHP、Node.js 等程式語言中使用 MQTT，開始 MQTT 應用及服務開發，探索 MQTT 的更多高階應用。

>版權宣告： 本文為 EMQ 原創，轉載請註明出處。
>
>原文連結：[https://www.emqx.com/zh/blog/the-easiest-guide-to-getting-started-with-mqtt](https://www.emqx.com/zh/blog/the-easiest-guide-to-getting-started-with-mqtt)

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