## MQTT 協議簡介

### 概覽

[MQTT](https://www.emqx.com/zh/mqtt) 是一種基於釋出/訂閱模式的輕量級訊息傳輸協議，專門針對低頻寬和不穩定網路環境的物聯網應用而設計，可以用極少的程式碼為聯網裝置提供實時可靠的訊息服務。MQTT 協議廣泛應用於物聯網、移動網際網路、智慧硬體、車聯網、智慧城市、遠端醫療、電力、石油與能源等領域。

MQTT 協議由 Andy Stanford-Clark（IBM）和 Arlen Nipper（Arcom，現為 Cirrus Link）於 1999 年釋出。 按照 Nipper 的介紹，MQTT 必須具備以下幾點：

- 簡單容易實現
- 支援 QoS（裝置網路環境複雜）
- 輕量且省頻寬（因為那時候頻寬很貴）
- 資料無關（不關心 Payload 資料格式）
- 有持續地會話感知能力（時刻知道裝置是否線上）

據 Arlen Nipper 在 IBM Podcast 上的自述，MQTT 原名是 `MQ TT`，注意 `MQ` 與 `TT`之間的空格，其全稱為: MQ Telemetry Transport，是九十年代早期他在參與 Conoco Phillips 公司的一個原油管道資料採集監控系統（pipeline SCADA system）時開發的一個實時資料傳輸協議。它的目的在於讓感測器透過頻寬有限的 VSAT ，與 IBM 的 MQ Integrator 通訊。由於 Nipper 是遙感和資料採集監控專業出身，所以按業內慣例取了 `MQ TT` 這個名字。

### MQTT 與其他協議對比

**MQTT vs HTTP**

- MQTT 的最小報文僅為 2 個位元組，比 HTTP 佔用更少的網路開銷。
- MQTT 與 HTTP 都能使用 TCP 連線，並實現穩定、可靠的網路連線。
- MQTT 基於釋出訂閱模型，HTTP 基於請求響應，因此 MQTT 支援雙工通訊。
- MQTT 可實時推送訊息，但 HTTP 需要透過輪詢獲取資料更新。
- MQTT 是有狀態的，但是 HTTP 是無狀態的。
- MQTT 可從連線異常斷開中恢復，HTTP 無法實現此目標。

**MQTT vs XMPP**

MQTT 協議設計簡單輕量、路由靈活，將在移動網際網路、物聯網訊息領域，全面取代 PC 時代的 XMPP 協議。

- MQTT 報文體積小且編解碼容易，XMPP 基於繁重的 XML，報文體積大且互動繁瑣。
- MQTT 基於釋出訂閱模式，相比 XMPP 基於 JID 的點對點訊息路由更為靈活。
- MQTT 支援 JSON、二進位制等不同型別報文。XMPP 採用 XML 承載報文，二進位制必須 Base64 編碼等處理。
- MQTT 透過 QoS 保證訊息可靠傳輸，XMPP 主協議並未定義類似機制。

## 為什麼 MQTT 是適用於物聯網的最佳協議？

據 IoT Analytics 最新發布的《2022 年春季物聯網狀況》研究報告顯示，到 2022 年，物聯網市場預計將增長 18%，達到 144 億活躍連線。

在如此大規模的物聯網需求下，海量的裝置接入和裝置管理對網路頻寬、通訊協議以及平臺服務架構都帶來了巨大的挑戰。對於**物聯網協議**來說，必須針對性地解決物聯網裝置通訊的幾個關鍵問題：網路環境複雜而不可靠、記憶體和快閃記憶體容量小、處理器能力有限。

MQTT 協議正是為了應對以上問題而建立，經過多年的發展憑藉其輕量高效、可靠的訊息傳遞、海量連線支援、安全的雙向通訊等優點已成為物聯網行業的首選協議。

[![](http://img.blog.itpub.net/blog/2022/10/27/e6811cd98f645fee.jpeg?x-oss-process=style/bb)](https://www.emqx.com/zh/blog/what-is-the-mqtt-protocol)

### 輕量高效，節省頻寬

MQTT 將協議本身佔用的額外消耗最小化，訊息頭部最小隻需要佔用 2 個位元組，可穩定執行在頻寬受限的網路環境下。同時，MQTT 客戶端只需佔用非常小的硬體資源，能執行在各種資源受限的邊緣端裝置上。

### 可靠的訊息傳遞

MQTT 協議提供了 3 種訊息服務質量等級（Quality of Service），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)。

除了 QoS 之外，MQTT 還提供了清除會話機制。對於那些想要在重新連線後，收到離線期間錯過的訊息的客戶端，可在連線時設定關閉清除會話，此時服務端將會為客戶端儲存訂閱關係及離線訊息，並在客戶端再次上線後傳送給客戶端。

### 海量連線支援

MQTT 協議從誕生之時便考慮到了日益增長的海量物聯網裝置，得益於其優秀的設計，基於 MQTT 的物聯網應用及服務可輕鬆具備高併發、高吞吐、高可擴充套件能力。

連線海量的物聯網裝置，離不開 [MQTT 伺服器](https://www.emqx.com/zh/mqtt/public-mqtt5-broker)的支援。目前，MQTT 伺服器中支援併發連線數最多的是 EMQX。最近釋出的 [EMQX 5.0](https://www.emqx.com/zh/blog/emqx-v-5-0-released) 透過一個 23 節點的叢集達成了 [1 億 MQTT 連線](https://www.emqx.com/zh/blog/how-emqx-5-0-achieves-100-million-mqtt-connections)+每秒 100 萬訊息吞吐，這使得 EMQX 5.0 成為目前為止全球最具擴充套件性的 MQTT 伺服器。

### 安全的雙向通訊

依賴於釋出訂閱模式，MQTT 允許在裝置和雲之間進行雙向訊息通訊。釋出訂閱模式的優點在於：釋出者與訂閱者不需要建立直接連線，也不需要同時線上，而是由訊息伺服器負責所有訊息的路由和分發工作。

安全性是所有物聯網應用的基石，MQTT 支援透過 TLS/SSL 確保安全的雙向通訊，同時 MQTT 協議中提供的客戶端 ID、使用者名稱和密碼允許我們實現應用層的身份驗證和授權。

### 線上狀態感知

為了應對網路不穩定的情況，MQTT 提供了[心跳保活（Keep Alive）](https://www.emqx.com/zh/blog/mqtt-keep-alive)機制。在客戶端與服務端長時間無訊息互動的情況下，Keep Alive 保持連線不被斷開，若一旦斷開，客戶端可即時感知並立即重連。

同時，MQTT 設計了[遺願（Last Will）訊息](https://www.emqx.com/zh/blog/use-of-mqtt-will-message)，讓服務端在發現客戶端異常下線的情況下，幫助客戶端釋出一條遺願訊息到指定的主題。

另外，部分 MQTT 伺服器如 EMQX 也提供了上下線事件通知功能，當後端服務訂閱了特定主題後，即可收到所有客戶端的上下線事件，這樣有助於後端服務統一處理客戶端的上下線事件。

## MQTT 5.0 與 3.1.1

在 MQTT 3.1.1 釋出併成為 OASIS 標準的四年後，MQTT 5.0 正式釋出。這是一次重大的改進和升級，它的目的不僅僅是滿足現階段的行業需求，更是為行業未來的發展變化做了充足的準備。

MQTT 5.0 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，提高了大型系統的效能、穩定性與可擴充套件性。目前，MQTT 5.0 已成為絕大多數物聯網企業的首選協議，我們建議初次接觸 MQTT 的開發者直接使用該版本。

如果您已經對 MQTT 5.0 產生了一些興趣，想了解更多，您可以嘗試閱讀 [MQTT 5.0 探索](https://www.emqx.com/zh/mqtt/mqtt5)系列文章，該系列文章將以通俗易懂的方式為您介紹 MQTT 5.0 的重要特性。

## 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。

[EMQX](https://www.emqx.io/zh) 是一款應用廣泛的大規模分散式物聯網 MQTT 伺服器。自 2013 年在 GitHub 釋出開源版本以來，目前全球下載量已超千萬，累計連線物聯閘道器鍵裝置超過 1 億臺。

感興趣的讀者可透過如下 Docker 命令安裝 EMQX 5.0 開源版進行體驗。

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

也可直接在 EMQX Cloud 上建立完全託管的 MQTT 服務。

## MQTT 客戶端

MQTT 應用通常需要基於 MQTT 客戶端庫來實現 MQTT 通訊。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。

MQTT 應用開發還離不開 MQTT 測試工具的支援，一款易用且功能強大的 MQTT 測試工具可幫助開發者縮短開發週期，建立一個穩定的物聯網應用。

[MQTT X](https://mqttx.app/zh) 是一款開源的跨平臺桌面客戶端，它簡單易用且提供全面的 MQTT 5.0 功能、特性測試，可執行在macOS, Linux 和 Windows 上。同時，它還提供了命令列及瀏覽器版本，滿足不同場景下的 MQTT 測試需求。感興趣的讀者可訪問 MQTT X 官網進行下載試用：https://mqttx.app/zh。
[![](http://img.blog.itpub.net/blog/2022/10/27/17d8c9cf069d480d.gif?x-oss-process=style/bb)](https://www.emqx.com/zh/blog/what-is-the-mqtt-protocol)

## 快速體驗 MQTT

至此，相信讀者已對 MQTT 協議有了初步瞭解。接下來，讀者可訪問部落格[MQTT 協議快速體驗](https://www.emqx.com/zh/blog/the-easiest-guide-to-getting-started-with-mqtt)瞭解如何開始使用 MQTT，或檢視 EMQ 提供的 [MQTT 入門與進階](https://www.emqx.com/zh/mqtt)系列文章瞭解 MQTT 協議相關特性，探索 MQTT 的更多高階應用，開啟 MQTT 應用及服務開發。

>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/what-is-the-mqtt-protocol](

物流網首選協議，關於 MQTT 你需要了解這些

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