【MQTT入门】基础——发布和订阅

原文:https://www.hivemq.com/blog/mqtt-essentials-part2-publish-subscribe/

发布/订阅模式

发布/订阅模式(也称为pub/sub)提供了传统客户机-服务器体系结构的替代方案。在客户机-服务器模型中,客户机直接与端点通信。发布/订阅模型将发送消息的客户端(发布者)与接收消息的客户端(订阅者)解耦。发布者和订阅者从不直接联系。事实上,他们甚至不知道另一个存在。它们之间的连接由第三个组件(代理)处理。代理的工作是过滤所有传入的消息,并将其正确分发给订阅者。

发布/订阅最重要的方面是将消息的发布者与接收者解耦,主要体现在这几个方面:

  • 空间解耦:发布者和订阅者不需要相互了解(例如,不交换IP地址和端口)
  • 时间解耦:发布服务器和订阅服务器不需要同时运行
  • 同步解耦:在发布或接收过程中,两个组件上的操作不需要中断

总之,发布/订阅模型删除了消息发布者和订阅者之间的直接通信。代理的过滤活动可以控制哪个客户机/订阅者接收哪个消息。

可扩展性

发布/订阅模型比传统的客户机-服务器方法扩展得更好。这是因为代理上的操作可以高度并行化,并且可以以事件驱动的方式处理消息。消息缓存和消息的智能路由通常是提高可伸缩性的决定性因素。尽管如此,扩展到数百万个连接仍然是一个挑战。使用集群代理节点可以实现如此高级别的连接,从而使用负载平衡器将负载分配到更多单独的服务器上。

消息过滤

很明显,代理在发布/订阅过程中起着关键作用。但是,代理如何过滤所有消息,使每个订阅者只接收感兴趣的消息呢?有几个过滤选项:

选项1:基于主题的过滤

此筛选基于每条消息的主题。接收者向代理订阅感兴趣的话题。之后,代理会确保订阅者接收所订阅主题下的所有消息。通常,主题是具有层次结构的字符串,允许基于有限数量的表达式进行过滤。

选项2:基于内容的过滤

在基于内容的过滤中,代理基于特定的内容过滤语言来过滤消息。客户端订阅他们感兴趣的消息过滤查询。这种方法的显著缺点是,消息的内容必须事先知道,不能加密或轻易更改。

选项3:基于类型的过滤

当使用面向对象语言时,基于消息(事件)的类型进行过滤是一种常见做法。例如,接收者可以监听所有类型为Exception或任何子类型的消息。

当然,发布/订阅模式并不适用于所有场合。在使用这个模式之前,需要考虑一些事情。发布者和订阅者的解耦是发布/订阅模式的关键,当然这也带来了一些挑战。例如,需要事先了解已发布数据的结构。对于基于主题的过滤,发布者和订阅者都需要知道要使用哪些主题。另一件是消息传递。发布者不能假设有人在监听发送的消息。在某些情况下,可能没有订阅者阅读特定的消息。

MQTT

  • MQTT在空间上分离发布服务器和订阅服务器。要发布或接收消息,发布者和订阅者只需要知道代理的主机名/IP和端口。
  • MQTT按时间进行解耦。尽管大多数MQTT用例几乎实时地传递消息,但如果需要,代理可以为不在线的客户端存储消息。(存储消息必须满足两个条件:客户端已连接到持久会话,并订阅了服务质量大于0的主题)。
  • MQTT异步工作。由于大多数客户端库是异步工作的,并且基于回调或类似的模型,因此在等待消息或发布消息时不会阻止任务。在某些用例中,同步是可取的,也是可能的。为了等待特定消息,有些库具有同步API。但是,流通常是异步的。

另一件应该提到的事情是,MQTT在客户端特别易用。大多数发布/订阅系统在代理端都有逻辑,但MQTT在使用客户机库时确实是发布/订阅的精髓,这使得它成为对小型受约束设备来说轻量级的协议。

MQTT使用基于主题的消息过滤。每个消息都包含一个主题(subject),代理可以使用该主题来确定订阅客户端是否获得消息。

为了应对发布/订阅模式的挑战,MQTT有三个服务质量(QoS)级别。可以轻松地指定消息成功地从客户机传递到代理,或从代理传递到客户机。然而,有可能没有人订阅特定的主题。可以让代理采取行动,或者简单地将每条消息记录到数据库中进行历史分析。为了保持分层主题树的灵活性,必须非常仔细地设计主题树,并为将来的用例留出空间。如果遵循这些策略,MQTT非常适合生产设置。

与消息队列的区别

关于MQTT名称以及协议实现是否为消息队列,MQTT与“消息队列”无关,并和传统消息队列之间存在很多区别:

  • 消息队列存储消息,直到消息被消费。当使用消息队列时,每个传入消息都存储在队列中,直到客户端(通常称为消费者)接收到消息。如果没有客户机接收到消息,则消息仍停留在队列中,等待被消费。在消息队列中,任何客户机都不可能不处理消息,而在MQTT中,如果没人订阅这个主题,消息就得不到处理。
  • 另一个很大的区别是,在传统的消息队列中,一条消息只被一个客户机处理。负载均衡在队列的所有使用者。在MQTT中,正相反:订阅主题的每个订阅者都会获得消息。
  • 队列是必须声名且显式创建。队列比主题严格得多。在使用队列之前,必须使用单独的命令显式创建队列。只有在命名并创建队列之后,才能发布或使用消息。相比之下,MQTT主题非常灵活,可以动态创建。

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