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。
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
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:
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。
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-consume
r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:
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:
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:
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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