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4.6 MQTT 5.0的新特性

在前面的章节里,我们使用的是MQTT 3.1.1版本,也是目前支持和使用最广泛的版本。2017年8月,OASIS MQTT Technical Committee正式发布了用于Public Review的MQTT 5.0草案。2018年,MQTT 5.0已正式发布,虽然目前支持MQTT 5.0的Broker和Client库还比较有限,但是作为MQTT未来的发展方向,我认为了解5.0的新特性还是很有必要的,也许看完本节的内容你马上就想迁移到MQTT 5.0了呢!

MQTT 5.0在MQTT 3.1.1的基础上做了很多改变,同时也不是向下兼容的。这里我挑了几个个人认为比较实用的新特性进行介绍。这些新特性能够解决在MQTT 3.1.1版本中较难处理的一些问题,例如。

·用户属性(User Properties)

·共享订阅(Shared Subscriptions)

·消息过期(Publication Expiry Interval)

·重复主题

·Broker能力查询

·双向DISCONNECT

作为MQTT 3.1.1的后续版本,为什么版本号直接变成了5.0呢?因为MQTT 3.1.1版本指定在连接的时候Protocol Version为4,所以后续版本只能使用5。

4.6.1 用户属性

MQTT 5.0中可以在PUBLISH、CONNECT和带有Return Code的数据包中夹带一个或多个用户属性(User Properties)数据。

·在PUBLISH数据包中携带的用户属性由发送方的应用定义,随消息被Broker转发到消息的订阅方。

·CONNECT数据包和ACKs消息中也可以携带发送者自定义的用户属性数据。

在实际的项目中,我们除了关心收到的消息内容,往往也想知道这个消息来自谁。例如:ClientA收到ClientB发布的消息后,ClientA想给ClientB发送一个回复,这时ClientA必须知道ClientB订阅的主题才能将消息传递给ClientB。在MQTT 3.1.1中,我们通常是在消息数据中包含发布方的信息,比如它订阅的主题等。MQTT 5.0以后就可以把这些信息放在User Properties中了。

4.6.2 共享订阅

在MQTT 3.1.1和之前的版本里,订阅同一主题的订阅者都会收到来自这个主题的所有消息。例如你需要处理一个传感器数据,假设这个传感器上传的数据量非常大且频率很高,你没有办法启动多个Client分担处理该工作,则可以启动一个Client来接收传感器的数据,并将这些数据分配给后面的多个Worker处理。这个用于接收数据的Client就会是系统的瓶颈和单点故障之一。

通常,我们可以通过主题分片。比如,让传感器依次发布到/topic1……/topicN来变通地解决这个问题,但这仅仅解决了部分问题,同时也提高了系统的复杂度。

而在MQTT 5.0里面,MQTT可以实现Producer/Consumer模式了。多个Client(Consumer)可以一起订阅一个共享主题(Producer),来自这个主题的消息会依次均衡地发布给这些Client,实现订阅者的负载均衡。

这个功能在传统的队列系统,比如RabbitMQ里很常见。如果你不想升级到MQTT 5.0,其实EMQ X Broker在MQTT 3.1.1上已经支持这个功能了。

4.6.3 消息过期

假设你设计了一个基于MQTT协议的共享单车平台,用户通过平台下发一条开锁指令给一辆单车,但是不巧的是,单车的网络信号(比如GSM)这时恰好断了,用户摇了摇头走开去找其他单车了。过了2小时以后,单车的网络恢复了,它收到了2小时前的开锁指令,此时该怎么做?

为了处理这种情况,在MQTT 3.1.1和之前的版本中,我们往往是在消息数据里带一个消息过期(Publication Expiry Interval)时间,在接收端判断消息是否过期,这要求设备端的时间和服务端的时间保持一致。但对于一些电量不是很充足的设备,一旦断电,之后再启动,时间就会变得不准确,这样就会导致异常的出现。

MQTT 5.0版本考虑到了这个问题,其直接包含了消息过期功能,在发布的时候可以指定这个消息在多久后过期,这样Broker不会将已过期的离线消息发送到Client。

4.6.4 重复主题

在MQTT 3.1.1和之前的版本里,PUBLISH数据包每次都需要带上发布的主题名,即便每次发布的都是同一个主题。

在MQTT 5.0中,如果你将一条PUBLISH的主题名设为长度为0的字符串,那么Broker会使用你上一次发布的主题。这样降低了多次发布到同一主题(往往都是这样)的额外开销,对网络资源和处理资源都有限的系统非常有用。

4.6.5 Broker能力查询

在MQTT 5.0中,CONNACK数据包包含了一些预定义的头部数据,用于标识Broker支持哪些MQTT协议功能,如表4-3所示。

表4-3 CONNACK数据包包含的预定义的头部数据

Client在连接之后就可以知道Broker是否支持自己要用到的功能,这对一些通用的MQTT设备生产商或者Client库的开发者很有用。

4.6.6 双向DISCONNECT

在MQTT 3.1.1或之前的版本中,Client只有在主动断开时会向Broker发送DISCONNECT数据包。如果因为某种错误,Broker要断开和Client的连接,它只能直接断开底层TCP连接,而Client并不会知道自己连接断开的原因,也无法解决错误,只是简单地重新连接、被断开、重新连接……

在MQTT 5.0中,Broker在主动断开和Client的连接时也会发送DISCONNECT数据包。同时,从Client到Broker,以及从Broker到Client的CONNCET数据包中都会包含一个Reason Code,用于标识断开的原因,如表4-4所示。

表4-4 Reason Code的含义

上面列举的是我认为能够解决MQTT 3.1.1中一些难题的新特性,如果你不想升级到MQTT 5.0,也不用担心,我们仍然可以使用上面提到的一些Workaround来解决这些问题。 6SEsVgsMxdoU4rSEH68iAt5sIexDBW61IVSaqyDY4Dgu4G/wgNdumnQM7YenD4Rl

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