MQTT，如何在SpringBoot中使用MQTT实现消息的订阅和发布

一、MQTT介绍

1.1 什么是MQTT？

MQTT（Message Queuing Telemetry Transport，消息队列遥测传输协议），是一种基于发布/订阅（publish/subscribe）模式的“轻量级”通讯协议，该协议构建于TCP/IP协议上，由IBM在1999年发布。

MQTT最大优点在于用极少的代码和有限的带宽，为连接远程设备提供实时可靠的消息服务。

image.png

MQTT具有协议简洁、轻巧、可扩展性强、低开销、低带宽占用等优点，已经有PHP，JAVA，Python，C，C#，Go等多个语言版本，基本可以使用在任何平台上。在物联网、小型设备、移动应用等方面有较广泛的应用，特别适合用来当做物联网的通信协议。

1.2 MQTT特点

MQTT是一个基于客户端-服务器的消息发布/订阅传输协议。MQTT协议是轻量、简单、开放和易于实现的，这些特点使它适用范围非常广泛。在很多情况下，包括受限的环境中，如：机器与机器（M2M）通信和物联网（IoT）。

MQTT协议是为硬件性能有限，且工作在低带宽、不可靠的网络的远程传感器和控制设备通讯而设计的协议，它具有以下主要的几项特性：

  • 1.使用发布/订阅消息模式，提供多对多的消息发布，解除应用程序耦合；
  • 2.对负载内容屏蔽的消息传输；
  • 3.使用TCP/IP 提供网络连接；
  • 4.支持三种消息发布服务质量（QoS）：
    • QoS 0（最多一次）：消息发布完全依赖底层 TCP/IP 网络。会发生消息丢失或重复。这个级别可用于如下情况，环境传感器数据，丢失一次数据无所谓，因为不久后还会有第二次发送。
    • QoS 1（至少一次）：确保消息到达，但消息重复可能会发生。
    • QoS 2（只有一次）：确保消息到达一次。这个级别可用于如下情况，在计费系统中，消息重复或丢失会导致不正确的结果。
  • 5.传输数据小，开销很小（固定长度的头部是 2 字节），协议交换最小化，以降低网络流量；(用极少的代码和有限的带宽，为连接远程设备提供实时可靠的消息服务。)

1.3 MQTT应用场景

MQTT作为一种低开销、低带宽占用的即时通讯协议，使其在物联网、小型设备、移动应用等方面有着广泛的应用。MQTT服务只负责消息的接收和传递，应用系统连接到MQTT服务器后，可以实现采集数据接收、解析、业务处理、存储入库、数据展示等功能。常见的应用场景主要有以下几个方面：

（1）消息推送： 如PC端的推送公告，比如安卓的推送服务，还有一些即时通信软件如微信、易信等也是采用的推送技术。

（2）智能点餐： 通过MQTT消息队列产品，消费者可在餐桌上扫码点餐，并与商家后端系统连接实现自助下单、支付。

（3）信息更新： 实现商场超市等场所的电子标签、公共场所的多媒体屏幕的显示更新管理。

（4）扫码出站： 最常见的停车场扫码缴费，自动起竿；地铁闸口扫码进出站。

二、MQTT的角色组成

2.1 MQTT的客户端和服务端

2.1.1 服务端（Broker）

EMQX就是一个MQTT的Broker，emqx只是基于erlang语言开发的软件而已，其它的MQ还有ActiveMQ、RabbitMQ、HiveMQ等等。

EMQX服务端：下载 EMQX

2.1.2 客户端(发布/订阅)

EMQX客户端：MQTTX：全功能 MQTT 客户端工具

这个是用来测试验证的客户端，实际项目是通过代码来实现我们消息的生产者和消费者。

2.2 MQTT中的几个概念

相比RabbitMQ等消息队列，MQTT要相对简单一些，只有Broker、Topic、发布者、订阅者等几部分构成。接下来我们先简单整理下MQTT日常使用中最常见的几个概念：

  • 1.Topic主题：MQTT消息的主要传播途径, 我们向主题发布消息, 订阅主题, 从主题中读取消息并进行.业务逻辑处理, 主题是消息的通道
  • 2.生产者：MQTT消息的发送者, 他们向主题发送消息
  • 3.消费者：MQTT消息的接收者, 他们订阅自己需要的主题, 并从中获取消息
  • 4.broker服务：消息转发器, 消息是通过它来承载的, EMQX就是我们的broker, 在使用中我们不用关心它的具体实现

其实, MQTT的使用流程就是: 生产者给broker的某个topic发消息->broker通过topic进行消息的传递->订阅该主题的消费者拿到消息并进行相应的业务逻辑

三、EMQX的安装和使用

下面以Windows为例，演示Windows下如何安装和使用EXQX。

step 1：下载EMQ安装包，配置EMQ环境

EMQX服务端：下载 EMQX

step 2：下载压缩包解压，cmd进入bin文件夹

image.png

step 3：启动EMQX服务

在命令行输入：emqx start 启动服务，打卡浏览器输入：http://localhost:18083/ 进入登录页面。默认用户名密码 admin/public 。登录成功后，会进入emqx的后台管理页面，如下图所示：

image.png

四、使用SpringBoot整合MQTT协议

前面介绍了MQTT协议以及如何安装和启动MQTT服务。接下来演示如何在SpringBoot项目中整合MQTT实现消息的订阅和发布。

4.1 创建工程

首先，创建spring-boot-starter-mqtt父工程，在父工程下分别创建消息的提供者spring-boot-starter-mqtt-provider 模块和消息的消费者spring-boot-starter-mqtt-consumer模块。

image.png

4.2 实现生产者

接下来，修改生产者模块spring-boot-starter-mqtt-provider 相关的代码，实现消息发布的功能模块。

4.2.1 导入依赖包

修改pom.xml 文件，添加MQTT相关依赖，具体示例代码如下所示：

<dependencies><dependency><groupId>org.springframework.boot</groupId><artifactId>spring-boot-starter</artifactId></dependency><dependency><groupId>org.springframework.boot</groupId><artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId></dependency><dependency><groupId>org.springframework.boot</groupId><artifactId>spring-boot-starter-test</artifactId><scope>test</scope></dependency><dependency><groupId>org.springframework.integration</groupId><artifactId>spring-integration-mqtt</artifactId><version>5.3.2.RELEASE</version></dependency><dependency><groupId>org.projectlombok</groupId><artifactId>lombok</artifactId><version>1.18.4</version></dependency></dependencies>

4.2.2 修改配置文件

修改application.yml配置文件，增加MQTT相关配置。示例代码如下所示：

spring:application:name: provider#MQTT配置信息mqtt:#MQTT服务地址，端口号默认11883，如果有多个，用逗号隔开url: tcp://127.0.0.1:11883#用户名username: admin#密码password: public#客户端id(不能重复)client:id: provider-id#MQTT默认的消息推送主题，实际可在调用接口是指定default:topic: topic
server:port: 8080

4.2.3 消息生产者客户端配置

创建MqttProviderConfig配置类，读取application.yml中的相关配置，并初始化创建MQTT的连接。示例代码如下所示：

import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.eclipse.paho.client.mqttv3.*;
import org.eclipse.paho.client.mqttv3.persist.MemoryPersistence;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Value;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;import javax.annotation.PostConstruct;@Configuration
@Slf4j
public class MqttProviderConfig {@Value("${spring.mqtt.username}")private String username;@Value("${spring.mqtt.password}")private String password;@Value("${spring.mqtt.url}")private String hostUrl;@Value("${spring.mqtt.client.id}")private String clientId;@Value("${spring.mqtt.default.topic}")private String defaultTopic;/*** 客户端对象*/private MqttClient client;/*** 在bean初始化后连接到服务器*/@PostConstructpublic void init(){connect();}/*** 客户端连接服务端*/public void connect(){try{//创建MQTT客户端对象client = new MqttClient(hostUrl,clientId,new MemoryPersistence());//连接设置MqttConnectOptions options = new MqttConnectOptions();//是否清空session，设置false表示服务器会保留客户端的连接记录（订阅主题，qos）,客户端重连之后能获取到服务器在客户端断开连接期间推送的消息//设置为true表示每次连接服务器都是以新的身份options.setCleanSession(true);//设置连接用户名options.setUserName(username);//设置连接密码options.setPassword(password.toCharArray());//设置超时时间，单位为秒options.setConnectionTimeout(100);//设置心跳时间 单位为秒，表示服务器每隔 1.5*20秒的时间向客户端发送心跳判断客户端是否在线options.setKeepAliveInterval(20);//设置遗嘱消息的话题，若客户端和服务器之间的连接意外断开，服务器将发布客户端的遗嘱信息options.setWill("willTopic",(clientId + "与服务器断开连接").getBytes(),0,false);//设置回调client.setCallback(new MqttProviderCallBack());client.connect(options);} catch(MqttException e){e.printStackTrace();}}public void publish(int qos,boolean retained,String topic,String message){MqttMessage mqttMessage = new MqttMessage();mqttMessage.setQos(qos);mqttMessage.setRetained(retained);mqttMessage.setPayload(message.getBytes());//主题的目的地，用于发布/订阅信息MqttTopic mqttTopic = client.getTopic(topic);//提供一种机制来跟踪消息的传递进度//用于在以非阻塞方式（在后台运行）执行发布是跟踪消息的传递进度MqttDeliveryToken token;try {//将指定消息发布到主题，但不等待消息传递完成，返回的token可用于跟踪消息的传递状态//一旦此方法干净地返回，消息就已被客户端接受发布，当连接可用，将在后台完成消息传递。token = mqttTopic.publish(mqttMessage);token.waitForCompletion();} catch (MqttException e) {e.printStackTrace();}}
}

4.2.4 生产者客户端消息回调

创建MqttProviderCallBack类并继承MqttCallback，实现相关消息回调事件，示例代码如下图所示：

import org.eclipse.paho.client.mqttv3.IMqttDeliveryToken;
import org.eclipse.paho.client.mqttv3.MqttCallback;
import org.eclipse.paho.client.mqttv3.MqttMessage;public class MqttConsumerCallBack implements MqttCallback{/*** 客户端断开连接的回调*/@Overridepublic void connectionLost(Throwable throwable) {System.out.println("与服务器断开连接，可重连");}/*** 消息到达的回调*/@Overridepublic void messageArrived(String topic, MqttMessage message) throws Exception {System.out.println(String.format("接收消息主题 : %s",topic));System.out.println(String.format("接收消息Qos : %d",message.getQos()));System.out.println(String.format("接收消息内容 : %s",new String(message.getPayload())));System.out.println(String.format("接收消息retained : %b",message.isRetained()));}/*** 消息发布成功的回调*/@Overridepublic void deliveryComplete(IMqttDeliveryToken iMqttDeliveryToken) {System.out.println(String.format("接收消息成功"));}
}

4.2.5 创建Controller控制器实现消息发布功能

创建SendController控制器类，实现消息的发送功能，示例代码如下所示：

@Controller
public class SendController {@Autowiredprivate MqttProviderConfig providerClient;@RequestMapping("/sendMessage")@ResponseBodypublic String sendMessage(int qos,boolean retained,String topic,String message){try {providerClient.publish(qos, retained, topic, message);return "发送成功";} catch (Exception e) {e.printStackTrace();return "发送失败";}}
}

4.3 实现消费者

前面完成了生成者消息发布的模块，接下来修改消费者模块spring-boot-starter-mqtt-consumer实现消息订阅、处理的功能。

4.3.1 导入依赖包

修改pom.xml 文件，添加MQTT相关依赖，具体示例代码如下所示：

<dependencies><dependency><groupId>org.springframework.boot</groupId><artifactId>spring-boot-starter</artifactId></dependency><dependency><groupId>org.springframework.boot</groupId><artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId></dependency><dependency><groupId>org.springframework.boot</groupId><artifactId>spring-boot-starter-test</artifactId><scope>test</scope></dependency><dependency><groupId>org.springframework.integration</groupId><artifactId>spring-integration-mqtt</artifactId><version>5.3.2.RELEASE</version></dependency><dependency><groupId>org.projectlombok</groupId><artifactId>lombok</artifactId><version>1.18.4</version></dependency></dependencies>

4.3.2 修改配置文件

修改application.yml配置文件，增加MQTT相关配置。示例代码如下所示：

spring:application:name: consumer#MQTT配置信息mqtt:#MQTT服务端地址，端口默认为11883，如果有多个，用逗号隔开url: tcp://127.0.0.1:11883#用户名username: admin#密码password: public#客户端id（不能重复）client:id: consumer-id#MQTT默认的消息推送主题，实际可在调用接口时指定default:topic: topic
server:port: 8085

4.3.3 消费者客户端配置

创建消费者客户端配置类MqttConsumerConfig，读取application.yml中的相关配置，并初始化创建MQTT的连接。示例代码如下所示：

import javax.annotation.PostConstruct;import org.eclipse.paho.client.mqttv3.MqttClient;
import org.eclipse.paho.client.mqttv3.MqttConnectOptions;
import org.eclipse.paho.client.mqttv3.MqttException;
import org.eclipse.paho.client.mqttv3.persist.MemoryPersistence;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Value;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;@Configuration
public class MqttConsumerConfig {@Value("${spring.mqtt.username}")private String username;@Value("${spring.mqtt.password}")private String password;@Value("${spring.mqtt.url}")private String hostUrl;@Value("${spring.mqtt.client.id}")private String clientId;@Value("${spring.mqtt.default.topic}")private String defaultTopic;/*** 客户端对象*/private MqttClient client;/*** 在bean初始化后连接到服务器*/@PostConstructpublic void init(){connect();}/*** 客户端连接服务端*/public void connect(){try {//创建MQTT客户端对象client = new MqttClient(hostUrl,clientId,new MemoryPersistence());//连接设置MqttConnectOptions options = new MqttConnectOptions();//是否清空session，设置为false表示服务器会保留客户端的连接记录，客户端重连之后能获取到服务器在客户端断开连接期间推送的消息//设置为true表示每次连接到服务端都是以新的身份options.setCleanSession(true);//设置连接用户名options.setUserName(username);//设置连接密码options.setPassword(password.toCharArray());//设置超时时间，单位为秒options.setConnectionTimeout(100);//设置心跳时间 单位为秒，表示服务器每隔1.5*20秒的时间向客户端发送心跳判断客户端是否在线options.setKeepAliveInterval(20);//设置遗嘱消息的话题，若客户端和服务器之间的连接意外断开，服务器将发布客户端的遗嘱信息options.setWill("willTopic",(clientId + "与服务器断开连接").getBytes(),0,false);//设置回调client.setCallback(new MqttConsumerCallBack());client.connect(options);//订阅主题//消息等级，和主题数组一一对应，服务端将按照指定等级给订阅了主题的客户端推送消息int[] qos = {1,1};//主题String[] topics = {"topic1","topic2"};//订阅主题client.subscribe(topics,qos);} catch (MqttException e) {e.printStackTrace();}}/*** 断开连接*/public void disConnect(){try {client.disconnect();} catch (MqttException e) {e.printStackTrace();}}/*** 订阅主题*/public void subscribe(String topic,int qos){try {client.subscribe(topic,qos);} catch (MqttException e) {e.printStackTrace();}}
}

4.3.4 消费者客户端消息回调

创建MqttConsumerCallBack类并继承MqttCallback，实现相关消息回调事件，示例代码如下图所示：

import org.eclipse.paho.client.mqttv3.IMqttDeliveryToken;
import org.eclipse.paho.client.mqttv3.MqttCallback;
import org.eclipse.paho.client.mqttv3.MqttMessage;public class MqttConsumerCallBack implements MqttCallback{/*** 客户端断开连接的回调*/@Overridepublic void connectionLost(Throwable throwable) {System.out.println("与服务器断开连接，可重连");}/*** 消息到达的回调*/@Overridepublic void messageArrived(String topic, MqttMessage message) throws Exception {System.out.println(String.format("接收消息主题 : %s",topic));System.out.println(String.format("接收消息Qos : %d",message.getQos()));System.out.println(String.format("接收消息内容 : %s",new String(message.getPayload())));System.out.println(String.format("接收消息retained : %b",message.isRetained()));}/*** 消息发布成功的回调*/@Overridepublic void deliveryComplete(IMqttDeliveryToken iMqttDeliveryToken) {System.out.println(String.format("接收消息成功"));}
}

4.3.5 创建Controller控制器，实现MQTT连接的建立和断开

接下来，创建Controller控制器MqttController，并实现MQTT连接的建立和断开等方法。示例代码如下所示：

import com.weiz.mqtt.config.MqttConsumerConfig;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Value;
import org.springframework.stereotype.Controller;
import org.springframework.web.bind.annotation.RequestMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.ResponseBody;@Controller
public class MqttController {@Autowiredprivate MqttConsumerConfig client;@Value("${spring.mqtt.client.id}")private String clientId;@RequestMapping("/connect")@ResponseBodypublic String connect(){client.connect();return clientId + "连接到服务器";}@RequestMapping("/disConnect")@ResponseBodypublic String disConnect(){client.disConnect();return clientId + "与服务器断开连接";}
}

4.4 测试验证

首先，分别启动生产者spring-boot-starter-mqtt-provider 和消费者spring-boot-starter-mqtt-consumer两个项目，打开浏览器，输入地址http://localhost:18083/，在EMQX管理界面可以看到连接上来的两个客户端。如下图所示：

image.png

接下来，调用生产者的消息发布接口验证消息发布是否成功。使用Pomstman调用消息发送接口：http://localhost:8080/sendMessage ，如下图所示：

image.png

通过上图可以发现，生产者模块已经把消息发送成功。接下来查看消费者模块，验证消息是否处理成功。如下图所示：

image.png

通过日志输出可以发现，消费者已经成功接收到生产者发送的消息，说明我们成功实现在Spring Boot项目中整合MQTT实现了消息的发布和订阅的功能。

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