在物聯網業務高速迭代的今天，快速連線物聯網裝置與平臺應用，實現業務快速落地與市場驗證，是很多企業塑造核心競爭力、實現業務創新的關鍵。

[EMQX Cloud](https://www.emqx.com/zh/cloud) 作為一站式運維代管的 MQTT 訊息雲服務，可以幫助使用者在公有云環境中快速實現物聯網應用對接。為了進一步幫助使用者快速搭建物聯網業務，EMQX Cloud 近期推出了影子服務功能。透過影子服務提供的平臺資料快取能力，使用者可以更加便捷地實現各類場景應用，縮短研發週期。

## 什麼是影子服務

在物聯網裝置與應用的訊息互動場景中，裝置側網路不穩定、低功耗裝置休眠、移動端應用不定期消費資料等情況十分常見。對於物聯網應用開發者來說，更需要資料生產與消費解耦的資料互動模型。因此 MQTT 作為基於釋出/訂閱的非同步通訊協議在物聯網場景中被廣泛應用。為了進一步保證資料互動的可靠性，在 MQTT 訊息接入層提供對裝置最新上報訊息與應用下發配置等資料的快取與持久化就成為物聯網平臺設計中的一個重要需求。

EMQX Cloud 基於已有的 MQTT訊息接入服務，在增值服務中增加了影子服務（Shadow Service）功能，提供開箱即用的平臺側資料快取服務。使用者可以在 EMQX Cloud 內建服務中完成裝置上報資料快取、修改、檢視，快速建立物模型、裝置影子以及其他和資料上報及下發相關的應用，無需自己購買外部資源以及複雜的配置實現資料快取服務。

1. 使用者可以在一個 EMQX Cloud 專業版例項中建立多個影子服務。每個影子服務建立後會生成一個全域性唯一的 shadow_id，使用者可以透過基於 shadow_id 的固定上下行 [MQTT 主題](https://www.emqx.com/zh/blog/advanced-features-of-mqtt-topics)以及 RestAPI 來建立、修改、刪除不同快取服務中的資料；
2. 快取資料以 JSON 文件的格式儲存在影子服務中，使用者在建立，修改快取文件時，影子服務會自動為 JSON 文件新增建立/修改的時間戳以及更新文件版本，方便文件消費者確認資訊。對每一個影子服務我們只儲存最新的版本的資料；
3. 影子服務提供 MQTT 與 RestAPI 兩種介面來對快取文件進行增刪改查的操作，方便 MQTT 裝置與應用服務呼叫；
4. 影子服務提供的 MQTT 介面完全適配標準 MQTT 協議，客戶端只要符合標準 MQTT 協議即可呼叫影子服務，無需定製化的 SDK，也沒有平臺繫結。

## 應用場景示例

我們以智慧家居場景為例來詳細解釋如何使用影子服務。在智慧家居場景中，最常見的應用是透過智慧家居裝置-雲端服務-個人移動 APP 之間的資料互動，實現 APP 裝置狀態的上報更新以及對裝置的遠端控制。利用影子服務，我們可以非常簡單地實現一個智慧裝置控制應用，以智慧空調為例：

### 空調溫度狀態上報

1. 在 EMQX Cloud 中為智慧空調裝置建立一個影子服務，影子服務為此裝置建立唯一的 shadow_id 和固定的釋出訂閱主題
[![1](http://img.blog.itpub.net/blog/2022/10/20/85743c62fd51e1dc.png?x-oss-process=style/bb "1")](https://www.emqx.com/zh/blog/emqx-cloud-shadow-service-application-scenario "1")

2. 智慧空調裝置透過 MQTT 協議將空調內建溫度感測器資料定時上報到影子服務指定的釋出主題 shadow/8suy0g7pp08ibdtc 中，首次上報資料 Payload 使用 PUT 操作：

3. ```accesslog
   {
     "method": "PUT",
     "payload": {
       "status":{
         "temp":26
         }
     }
   }
   ```

這時在影子服務中就可以看到一個新的資料被快取下來：
[![2](http://img.blog.itpub.net/blog/2022/10/20/2f9c1ce98291693b.png?x-oss-process=style/bb "2")](https://www.emqx.com/zh/blog/emqx-cloud-shadow-service-application-scenario "2")

這裡面我們可以看到除了裝置上報的空調溫度 JSON 文件以外，影子服務也為這份文件自動新增了：

- createAT：文件建立時間；
   - lastTime：文件更新時間；
   - version：文件版本號；

方便後續 APP 對比歷史資料和展示資料；

4. 智慧空調可以以定時上報的方式持續更新影子服務中快取的溫度資料，在 MQTT payload 中使用 PATCH 方法進行資料更新：

```accesslog
   {
     "method": "PATCH",
     "payload": {
       "status":{
         "temp":24
       }
     }
   }
   ```

影子服務中的快取資料即被更新為：

[![3](http://img.blog.itpub.net/blog/2022/10/20/847ee2260c4e119d.png?x-oss-process=style/bb)](https://www.emqx.com/zh/blog/emqx-cloud-shadow-service-application-scenario)

5.當使用者開啟手機 APP 想檢視空調執行情況與室內溫度時，APP 可以透過 MQTT 或 RestAPI 介面，從影子服務快取中獲取到最新的狀態資料。以 MQTT 方式為例，APP 開啟後會與 EMQX Cloud 服務建立一個 MQTT 連線，透過訂閱主題 shadow/8suy0g7pp08ibdtc/reply 獲取裝置訊息；

6.如果此時空調資料沒有上報，可以透過向影子服務的釋出主題 shadow/8suy0g7pp08ibdtc 傳送一個 GET 指令來拉取快取中的最新狀態：

```accesslog
   {
     "method": "GET",
     "payload": {
     }
   }
   ```

影子服務收到此訊息後，就會將快取中的資料返回給 APP：

```json
   {
     "data": {
       "status": {
         "temp": 24
       }
     }, 
     "createAt": 1661365033203, 
     "lastTime": 1661365569334, 
     "version": 2
   }
   ```

7.如果 APP 持續線上，當有新的空調溫度狀態上報到影子服務中時，由於 APP 已經訂閱了 shadow/8suy0g7pp08ibdtc/reply 主題，最新的狀態資料就會推送到 APP 中。這樣，一個動態更新的空調溫度展示業務就可以輕鬆完成。

### APP 遠端調節空調溫度

如果我們希望能從 APP 調節空調溫度，同時保留空調裝置狀態上報功能。

1. 我們需要在 JSON 文件中增加一個鍵值，如透過 PATCH 命令增加 desired：

2. ```accesslog
   {
     "method": "PATCH",
     "payload": {
       "desired":{
       }
     }
   }
   ```

此時 JSON 文件變為：

```json
   {
     "data":{
       "desired":{},
       "status":{
         "temp":24
       }
     },
     "createAt":1661365033203,
     "lastTime":1661366036466,
     "version":3
   }
   ```

3. 同時空調也需要訂閱 shadow/8suy0g7pp08ibdtc/reply 主題來接收 APP 的調節指令（當然，也可以為指令下發建立一個新的影子服務，這樣就有一個獨立的控制下發主題通道）；

4. 然後我們就可以透過 APP 來下發控制指令：

```accesslog
   {
     "method": "PATCH",
     "payload": {
       "desired":{
          "temp":27
       }
     }
   }
   ```

此時 JSON 文件更新為：

```json
   {
     "data": {
       "desired": {
         "temp": 27
       }, 
       "status": {
         "temp": 24
       }
     }, 
     "createAt": 1661365033203, 
     "lastTime": 1661366053663, 
     "version": 4
   }
   ```

5. 當空調透過訂閱 shadow/8suy0g7pp08ibdtc/reply 主題收到上面更新的 JSON 文件後，空調客戶端程式透過 desired 鍵內設定的值更新自身溫度設定，實現遠端 APP 溫度控制。

## 更多應用可能

除了智慧家居場景以外，我們還可以利用影子服務的資料快取功能實現很多業務場景應用：

1. 低功耗智慧表計資料採集與遠端配置：在實際生活中很多智慧表計裝置（如燃氣表，水錶等）由於依靠電池供電，為了延長電池供電壽命經常會採用休眠的方式來節電。比如入戶燃氣表一天可能只會喚醒 1-2 次，喚醒時間在幾分鐘內。通常我們會在喚醒階段上報表計讀數，並同時接收更新平臺側應用對錶計的最新配置。此時，我們就可以利用影子服務將平臺側的配置快取起來，當表計喚醒後拉取最新的配置資料進行更新。這樣平臺應用在下發配置的時候也不需要探察表計裝置是否線上，簡化了應用邏輯。
2. 車聯網車機訊息推送：在車聯網場景中，車機在熄火的情況下是處在休眠狀態。而車聯網平臺部分訊息通知（保養提醒、運營訊息通知等）可以利用影子服務的快取功能實現對離線車機裝置的訊息快取。當車輛發動車機喚醒後，透過拉取影子服務中的快取訊息實現離線訊息的同步更新。

## 結語

EMQX Cloud 提供的開箱即用的影子服務可以適配不同行業各型別業務場景對資料快取的需求。透過 EMQX Cloud 提供的全託管 MQTT 訊息雲服務，結合影子服務功能，使用者可以快速實現 MQTT 裝置接入與訊息快取的一體化能力，大大加快物聯網應用開發速度。同時，影子服務中靈活的訊息快取資料結構，也可以幫助使用者輕鬆實現後期業務的擴充套件，為使用者業務持續發展提供保障。

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>原文連結：[https://www.emqx.com/zh/blog/emqx-cloud-shadow-service-application-scenario](https://www.emqx.com/zh/blog/emqx-cloud-shadow-service-application-scenario)

開箱即用的資料快取服務｜EMQX Cloud 影子服務應用場景解析

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