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（一）MQTT協(xié)議與指令下發(fā)；MQTT與Kafka比較
（二）用MQTT在Spring Boot項目中實現(xiàn)異步消息通信文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-786146.html
一、MQTT協(xié)議
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詳細講講MQTT協(xié)議
當涉及到物聯(lián)網(wǎng)和設備通信時，MQTT（Message Queuing Telemetry Transport）是一種輕量級、開放、靈活的協(xié)議。MQTT最初是為低帶寬、不穩(wěn)定網(wǎng)絡環(huán)境下的傳感器和設備之間的通信而設計的，但現(xiàn)在已經(jīng)廣泛應用于各種應用領(lǐng)域。
以下是關(guān)于MQTT協(xié)議的詳細解釋：
1. 發(fā)布/訂閱模型：
- 發(fā)布者（Publisher）： 負責將消息發(fā)布到特定的主題。
- 訂閱者（Subscriber）： 訂閱特定主題，以接收相關(guān)消息。
- 主題（Topic）： 是消息的分類標簽，用于描述消息的內(nèi)容。發(fā)布者發(fā)布消息到特定主題，而訂閱者則訂閱特定主題。
2. 連接和會話：
- MQTT使用基于TCP的連接，但也可以在WebSocket上運行。
- 客戶端和服務器之間建立長連接，可以維護一個持久的會話狀態(tài)。
- 客戶端可以選擇保持與服務器的連接狀態(tài)，以接收實時消息。
3. QoS級別（Quality of Service Levels）：
- QoS 0： 最多一次傳遞，消息可能會丟失，不保證傳遞。
- QoS 1： 至少一次傳遞，消息被確認，但可能會重復。
- QoS 2： 正好一次傳遞，確保消息只傳遞一次，但是通信開銷較大。
4. 保留消息：
- 發(fā)布者可以設置消息為保留消息，這意味著新的訂閱者在訂閱相關(guān)主題時會收到最新的保留消息。
5. Last Will and Testament（遺囑消息）：
- 客戶端可以設置遺囑消息，以便在連接意外斷開時通知其他訂閱者。
6. 適用場景和優(yōu)勢：
- 適用于低帶寬、高延遲、不穩(wěn)定網(wǎng)絡環(huán)境下的物聯(lián)網(wǎng)設備通信。
- 輕量級協(xié)議，減少通信開銷。
- 支持發(fā)布/訂閱模型，允許靈活的通信架構(gòu)。
- 易于實現(xiàn)，有許多開源實現(xiàn)和庫可用。
7. 消息格式：
- MQTT消息由固定頭、可變頭和消息體組成。
- 固定頭包含消息類型、標志位等信息。
- 可變頭包含不同類型消息的特定信息。
- 消息體包含實際的消息內(nèi)容。
8. 安全性：
- MQTT本身并沒有提供加密功能，但可以在其上使用TLS/SSL進行加密。
- 用戶名和密碼可以用于身份驗證。
9. 開源實現(xiàn)和協(xié)議版本：
- Eclipse Mosquitto、HiveMQ、EMQ等是一些常見的MQTT服務器實現(xiàn)。
- MQTT 3.1和MQTT 5.0是兩個主要的協(xié)議版本，其中MQTT 5.0提供了更多的功能和改進。
MQTT協(xié)議的靈活性和輕量級特性使其成為連接各種設備和應用程序的理想選擇，尤其在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域中。學習MQTT協(xié)議可以幫助設計和實施可靠的設備通信系統(tǒng)。
二、指令下發(fā)
指令下發(fā)通常指的是通過某種通信協(xié)議向遠程設備發(fā)送命令或控制信息。這個過程通常是在分布式系統(tǒng)或物聯(lián)網(wǎng)（IoT）中的設備管理中使用的。
指令下發(fā)是將控制指令從上級控制系統(tǒng)下發(fā)發(fā)送給下級執(zhí)行系統(tǒng)以實現(xiàn)控制功能。
具體來說:
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指令下發(fā)的目的是向下級系統(tǒng)發(fā)布控制命令,如開關(guān)機、參數(shù)設置等。
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上級系統(tǒng)負責生成控制指令,下級系統(tǒng)負責接收并執(zhí)行指令。
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指令通常以數(shù)字或字符形式表示,通過網(wǎng)絡通信等方式從上至下傳輸。
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指令下發(fā)是一個控制鏈路的關(guān)鍵環(huán)節(jié),實現(xiàn)上下級系統(tǒng)之間的命令傳輸與執(zhí)行。
一些常見的指令下發(fā)場景:
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SCADA系統(tǒng)向過程控制器下發(fā)控制參數(shù)配置指令。
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MES系統(tǒng)向生產(chǎn)設備下發(fā)產(chǎn)品切換指令。
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車聯(lián)網(wǎng)平臺向交通指揮系統(tǒng)下發(fā)車輛調(diào)度指令。
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大數(shù)據(jù)中心向邊緣計算集群下發(fā)任務下發(fā)指令。
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APP下發(fā)控制指令驅(qū)動智能家電執(zhí)行動作。
所以總體來說,指令下發(fā)是上下級控制系統(tǒng)之間實現(xiàn)控制功能的基礎,通過它來傳達和執(zhí)行各種操作指令。
指令下發(fā)流程
下面是一個一般的指令下發(fā)流程：
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指令生成：
- 在系統(tǒng)的控制中心或者上層應用中，某個用戶或者自動化程序生成一個需要發(fā)送給設備的指令。這個指令可能是控制設備執(zhí)行某個動作、改變狀態(tài)、或者請求設備發(fā)送特定信息等。
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指令封裝：
- 生成的指令需要按照設備能理解的通信協(xié)議進行封裝。這可能包括將指令轉(zhuǎn)換為特定的數(shù)據(jù)格式、添加必要的協(xié)議頭部信息等。
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指令傳輸：
- 封裝后的指令通過通信協(xié)議傳輸?shù)侥繕嗽O備。這可以通過不同的通信方式實現(xiàn)，例如MQTT、HTTP、CoAP等。在物聯(lián)網(wǎng)中，MQTT是一個常用的協(xié)議，因為它輕量、靈活，適合在資源受限的設備上使用。
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設備接收：
- 目標設備通過相應的通信協(xié)議接收到指令。設備需要能夠理解協(xié)議并正確解析接收到的指令。
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指令解析：
- 設備解析接收到的指令，理解其中的控制或操作內(nèi)容。
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執(zhí)行指令：
- 設備執(zhí)行指令對應的操作。這可能包括改變設備狀態(tài)、執(zhí)行某種動作、或者返回請求的信息。
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響應生成：
- 設備生成執(zhí)行結(jié)果的響應，這個響應也需要按照相應的協(xié)議進行封裝。
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響應傳輸：
- 設備將響應傳輸回控制中心或者上層應用。
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響應解析：
- 控制中心或者應用解析接收到的響應，獲取設備執(zhí)行指令的結(jié)果。
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處理結(jié)果：
- 控制中心或者應用處理設備執(zhí)行指令的結(jié)果，可能會觸發(fā)進一步的操作或者通知相關(guān)的系統(tǒng)。
在這個流程中，MQTT作為通信協(xié)議的一部分起到了很關(guān)鍵的作用。它提供了發(fā)布/訂閱的模式，允許設備和系統(tǒng)之間實現(xiàn)松耦合的通信。在結(jié)合MQTT時，需要定義好指令的主題（Topic），確保設備和控制中心都訂閱了正確的主題，以便指令的傳遞。
例如，在一個基于MQTT的系統(tǒng)中，可以按照以下步驟進行指令下發(fā)：
- 控制中心發(fā)布一個包含指令的消息到MQTT Broker，指定了設備的主題。
- 目標設備訂閱了相應的主題，在接收到消息后解析并執(zhí)行指令。
- 設備執(zhí)行指令后，可以發(fā)布一個包含執(zhí)行結(jié)果的消息到MQTT Broker，指定了相應的主題。
- 控制中心訂閱了執(zhí)行結(jié)果的主題，在接收到設備的響應消息后進行處理。
這樣的設計使得設備和控制中心可以異步地進行通信，實現(xiàn)了靈活而可靠的遠程控制。
三、使用MQTT實現(xiàn)指令下發(fā)
具體步驟
在使用MQTT進行指令下發(fā)時，通常需要考慮以下幾個步驟：
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定義MQTT主題（Topic）：
- 在MQTT中，主題是消息發(fā)布和訂閱的關(guān)鍵。為了實現(xiàn)指令下發(fā)，需要定義好主題，以便設備能夠訂閱這些主題，而控制中心或應用則可以發(fā)布消息到這些主題。
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設備訂閱主題：
- 設備需要在啟動時訂閱用于接收指令的MQTT主題。這樣，設備就能夠監(jiān)聽來自控制中心或應用的指令消息。
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控制中心發(fā)布指令消息：
- 控制中心或應用通過MQTT發(fā)布包含指令的消息到相應的主題。這個消息應該包含指令的內(nèi)容，可能是一個JSON格式的數(shù)據(jù)，以便設備能夠解析。
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設備接收指令消息：
- 設備通過MQTT接收到發(fā)布的指令消息。這通常在設備的MQTT消息處理回調(diào)中完成。
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解析指令：
- 設備解析接收到的指令消息，理解其中的控制或操作內(nèi)容。
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執(zhí)行指令：
- 設備執(zhí)行指令對應的操作。這可能包括改變設備狀態(tài)、執(zhí)行某種動作、或者返回請求的信息。
代碼案例
以下是一個簡單的Java示例代碼，演示了如何使用MQTT 客戶端庫進行 MQTT 指令下發(fā)：
import org.eclipse.paho.client.mqttv3.*;
import org.eclipse.paho.client.mqttv3.persist.MemoryPersistence;
public class MqttCommandSender {
public static void main(String[] args) {
String broker = "tcp://mqtt.eclipse.org:1883";
String clientId = "CommandSender";
String topic = "device/command"; // 定義指令主題
try {
MqttClient client = new MqttClient(broker, clientId, new MemoryPersistence());
MqttConnectOptions connOpts = new MqttConnectOptions();
connOpts.setCleanSession(true);
System.out.println("Connecting to broker: " + broker);
client.connect(connOpts);
System.out.println("Connected");
// 定義指令內(nèi)容，可以是JSON格式的數(shù)據(jù)
String command = "{\\"action\\":\\"start\\", \\"parameter\\":\\"value\\"}";
// 發(fā)布指令到指定主題
client.publish(topic, new MqttMessage(command.getBytes()));
System.out.println("Command sent");
client.disconnect();
System.out.println("Disconnected");
} catch (MqttException me) {
me.printStackTrace();
}
}
}
上述代碼演示了一個簡單的指令發(fā)送器，它連接到 MQTT 代理，發(fā)布了一個包含指令的消息到指定主題。在實際應用中，需要根據(jù)需求定義更多的細節(jié)，例如處理設備響應、錯誤處理等。
在設備端需要實現(xiàn)一個 MQTT 客戶端用于訂閱指令主題，接收并處理來自控制中心的指令。這可能需要使用 Eclipse Paho 的 MqttCallback 接口。
四、MQTT 數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)
MQTT（Message Queuing Telemetry Transport）是一種輕量級的消息傳輸協(xié)議，通常用于在設備之間傳遞實時數(shù)據(jù)。與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫相比，MQTT 具有一些特定的特征和應用場景。
以下是 MQTT 數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)之間的一些差異：
- 實時性和即時性： MQTT 通常用于實時性要求較高的場景，例如物聯(lián)網(wǎng)設備之間的實時通信。消息可以非常快速地通過 MQTT 傳遞，而數(shù)據(jù)庫操作可能會有一些延遲。
- 消息格式： MQTT 傳遞的是消息，這些消息可以采用各種格式，如 JSON、二進制數(shù)據(jù)等。數(shù)據(jù)庫通常存儲結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，可能是表格形式的數(shù)據(jù)。
- 存儲方式： MQTT 主要用于消息傳遞，通常不用于數(shù)據(jù)的長期存儲。數(shù)據(jù)可以被傳遞到訂閱者，但不一定會在中間存儲。相比之下，數(shù)據(jù)庫是一種持久化的存儲方式，用于長期保存數(shù)據(jù)。
- 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)： MQTT 的數(shù)據(jù)通常是一對多的關(guān)系，一個發(fā)布者可以將消息發(fā)送給多個訂閱者。數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)通常是一對一或一對多的關(guān)系，具有固定的結(jié)構(gòu)。
在一般的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中，通常會將 MQTT 數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)結(jié)合使用：
- MQTT 數(shù)據(jù)流向數(shù)據(jù)庫： 設備產(chǎn)生的實時數(shù)據(jù)通過 MQTT 發(fā)送到一個消息代理，然后可以選擇將這些數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)庫中，以便后續(xù)分析、查詢和長期存儲。
- 數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)供給 MQTT： 某些應用可能需要將數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)推送到設備，可以通過定期查詢數(shù)據(jù)庫，然后使用 MQTT 發(fā)送數(shù)據(jù)到相關(guān)的設備。
綜上所述，MQTT 主要用于實時通信和消息傳遞，而數(shù)據(jù)庫主要用于數(shù)據(jù)的長期存儲和結(jié)構(gòu)化查詢。在實際應用中，它們通常是相輔相成的，一起構(gòu)建完整的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。
五、MQTT和Kafka比較
MQTT和Kafka主要區(qū)別
MQTT和Kafka是兩種主流的消息中間件二者的主要區(qū)別如下:
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架構(gòu)設計
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MQTT是一個單發(fā)布/訂閱消息模型,Kafka采用發(fā)布/訂閱和消息隊列模型。
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MQTT面向點對點通訊,Kafka面向發(fā)布/訂閱,可以進行廣播通訊。
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消息傳輸模式
- MQTT消息以推方式發(fā)送,Kafka消息支持推和拉加載務。
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消息Durability
- MQTT消息不支持持久化,Kafka支持消息持久化存儲。
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性能
- Kafka性能更高,吞吐量更大,可以處理巨大流量。MQTT吞吐量和并發(fā)能力相對較低。
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存儲能力
- Kafka可以對消息進行存儲管理和備份,而MQTT不支持消息存儲。
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可靠性
- Kafka支持分布式部署高可用,MQTT單點故障風險較高。
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應用場景
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MQTT更適用于物聯(lián)網(wǎng)場景的低延遲和低帶寬連接。
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Kafka適用于大數(shù)據(jù)量、高吞吐的場景,例如實時日志、點擊流等。
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總體來說:
- MQTT適用于IoT邊緣接入場景,Kafka更強大進行大數(shù)據(jù)實時處理。
- MQTT單點,Kafka支持分布式。
- Kafka消息持久化,可追溯;MQTT不支持存儲。
MQTT和Kafka適合的場景
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IoT場景下,MQTT更適用于設備到云端的低延時數(shù)據(jù)上報,像溫濕度傳感器這類。Kafka更適用于需求較高的場景,如視頻云。
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使用Kafka來處理和分析實時數(shù)據(jù)更好,它支持持久化和橫向擴展能力強。MQTT不適合大規(guī)模數(shù)據(jù)處理。
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日志分析Kafka和Elasticsearch都很好,Kafka用于高吞吐預處理,Elasticsearch用于搜索和分析。
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物流追蹤這樣低延遲的場景MQTT足夠,不需要Kafka的高性能。
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服務間通訊可以使用Kafka,但性能考慮最好還是用專用MQ。
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推送使用MQTT訂閱更高效可靠。
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Crowdfunding實時更新可以用Kafka做事件傳播與處理。
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視頻直播可以用Kafka轉(zhuǎn)發(fā)流數(shù)據(jù),用MQTT實現(xiàn)彈幕交互。
總體來說,MQTT更適用于物聯(lián)網(wǎng)即時報告,Kafka更適用于大數(shù)據(jù)實時計算。兩個都很強大,選擇要根據(jù)實際場景需求進行權(quán)衡。具體實施也可以結(jié)合兩者各自優(yōu)點,如Kafka處理大數(shù)據(jù),MQTT邊緣物聯(lián)網(wǎng)連接。文章來源：http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-786146.html
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