通过案例理解 MQTT 主题与通配符

时间：2022-10-14 11:56:05

什么是 MQTT 主题？

MQTT 主题本质上是一个 UTF-8 编码的字符串，是 MQTT 协议进行消息路由的基础。MQTT 主题类似 URL 路径，使用斜杠 ​​/​​ 进行分层：

chat/room/1
sensor/10/temperature
sensor/+/temperature
sensor/#

MQTT 主题不需要预先创建，​​MQTT 客户端​​在订阅或发布时即创建了主题，同时也无需主动删除主题。为了避免歧义且易于理解，通常不建议主题以 ​​/​​ 开头或结尾，例如 ​​/chat​​ 或 ​​chat/​​。

下图是一个简单的 MQTT 订阅与发布流程， ​​APP 1​​​ 订阅了​​sensor/2/temperature​​​ 主题后，将能接收到 ​​Sensor 2​​ 发布到该主题的消息。

通过案例理解 MQTT 主题与通配符

MQTT 主题通配符

MQTT 主题通配符包含单层通配符 ​​+​​ 及多层通配符 ​​#​​，主要用于客户端一次订阅多个主题。

注意：通配符只能用于订阅，不能用于发布。

单层通配符

加号 (“+” U+002B) 是用于单个主题层级匹配的通配符。在使用单层通配符时，单层通配符必须占据整个层级，例如：

+ 有效
sensor/+ 有效
sensor/+/temperature 有效
sensor+ 无效（没有占据整个层级）

如果客户端订阅了主题 ​​sensor/+/temperature​​，将会收到以下主题的消息：

sensor/1/temperature
sensor/2/temperature
...
sensor/n/temperature

但是不会匹配以下主题：

sensor/temperature
sensor/bedroom/1/temperature

多层通配符

井字符号（“#” U+0023）是用于匹配主题中任意层级的通配符。多层通配符表示它的父级和任意数量的子层级，在使用多层通配符时，它必须占据整个层级并且必须是主题的最后一个字符，例如：

# 有效，匹配所有主题
sensor/# 有效
sensor/bedroom# 无效（没有占据整个层级）
sensor/#/temperature 无效（不是主题最后一个字符）

如果客户端订阅主题 ​​senser/#​​，它将会收到以下主题的消息：

sensor
sensor/temperature
sensor/1/temperature

以 \$ 开头的主题

系统主题

以 ​​$SYS/​​ 开头的主题为系统主题，系统主题主要用于获取 ​​MQTT 服务器​​自身运行状态、消息统计、客户端上下线事件等数据。目前，MQTT 协议暂未明确规定 ​​$SYS/​​ 主题标准，但大多数 MQTT 服务器都遵循该​​标准建议​​。

例如，EMQX 服务器支持通过以下主题获取集群状态。

通过案例理解 MQTT 主题与通配符

EMQX 还支持客户端上下线事件、收发流量、消息收发、系统监控等丰富的系统主题，用户可通过订阅 ​​$SYS/#​​ 主题获取所有系统主题消息。详细请见：​​EMQX 系统主题文档​​。

共享订阅

共享订阅是 ​​MQTT 5.0​​ 引入的新特性，用于在多个订阅者之间实现订阅的负载均衡，MQTT 5.0 规定的共享订阅主题以 ​​$share​​ 开头。

虽然 MQTT 协议在 5.0 版本才引入共享订阅，但是 EMQX 从 MQTT 3.1.1 版本开始就支持共享订阅。

下图中，3 个订阅者用共享订阅的方式订阅了同一个主题 ​​$share/g/topic​​，其中​​topic​​ 是它们订阅的真实主题名，而 ​​$share/g/​​ 是共享订阅前缀（​​g/​​ 是群组名，可为任意 UTF-8 编码字符串）。

通过案例理解 MQTT 主题与通配符

另外，对于 MQTT 5.0 以下的版本，EMQX 还支持不带群组的共享订阅前缀 ​​$queue​​，关于共享订阅的更多详情请查看 ​​EMQX 共享订阅​​文档。

不同场景中的主题设计

智能家居

比如我们用传感器监测卧室、客厅以及厨房的温度、湿度和空气质量，可以设计以下几个主题：

  • ​​myhome/bedroom/temperature​​
  • ​​myhome/bedroom/humidity​​
  • ​​myhome/bedroom/airquality​​
  • ​​myhome/livingroom/temperature​​
  • ​​myhome/livingroom/humidity​​
  • ​​myhome/livingroom/airquality​​
  • ​​myhome/kitchen/temperature​​
  • ​​myhome/kitchen/humidity​​
  • ​​myhome/kitchen/airquality​​

接下来，可以通过订阅 ​​myhome/bedroom/+​​ 主题获取卧室的温度、湿度及空气质量数据，订阅 ​​myhome/+/temperature​​ 主题获取三个房间的温度数据，订阅 ​​myhome/#​​ 获取所有的数据。

充电桩

充电桩的上行主题格式为 ​​ocpp/cp/${cid}/notify/${action}​​，下行主题格式为 ​​ocpp/cp/${cid}/reply/${action}​​。

  • ​​ocpp/cp/cp001/notify/bootNotification​​充电桩上线时向该主题发布上线请求。
  • ​​ocpp/cp/cp001/notify/startTransaction​​向该主题发布充电请求。
  • ​​ocpp/cp/cp001/reply/bootNotification​​充电桩上线前需订阅该主题接收上线应答。
  • ​​ocpp/cp/cp001/reply/startTransaction​​充电桩发起充电请求前需订阅该主题接收充电请求应答。

即时消息

  • ​​chat/user/${user_id}/inbox​​一对一聊天：用户上线后订阅该收件箱主题 ，将能接收到好友发送给自己的消息。给好友回复消息时，只需要将该主题的 user_id 换为好友的的 id 即可。
  • ​​chat/group/${group_id}/inbox​​群聊：用户加群成功后，可订阅该主题获取对应群组的消息，回复群聊时直接给该主题发布消息即可。
  • ​​req/user/${user_id}/add​​添加好友：可向该主题发布添加好友的申请（user_id 为对方的 id）。
    接收好友请求：用户可订阅该主题（user_id 为自己的 id）接收其他用户发起的好友请求。
  • ​​resp/user/${user_id}/add​​接收好友请求的回复：用户添加好友前，需订阅该主题接收请求结果（user_id 为自己的 id）。
    回复好友申请：用户向该主题发送消息表明是否同意好友申请（user_id 为对方的 id）。
  • ​​user/${user_id}/state​​用户在线状态：用户可以订阅该主题获取好友的在线状态。

MQTT 主题常见问题及解答

主题的层级及长度有什么限制吗？

MQTT 协议规定主题的长度为两个字节，因此主题最多可包含 65,535 个字符。

建议主题层级为 7 个以内。

服务器对主题数量有限制吗？

不同消息服务器对最大主题数量的支持各不一致，目前 EMQX 的默认配置对主题数量没有限制，但是主题数量越多将会消耗越多的服务器内存。考虑到连接到 MQTT Broker 的设备数量一般较多，我们建议一个客户端订阅的主题数量最好控制在 10 个以内。

通配符主题订阅与普通主题订阅性能是否一致？

通配符主题订阅的性能弱于普通主题订阅，且会消耗更多的服务器资源，用户可根据实际业务情况选择订阅类型。

同一个主题能被共享订阅与普通订阅同时使用吗？

可以，但是不建议同时使用。

常见的 MQTT 主题使用建议有哪些？

  • 不建议使用​​#​​ 订阅所有主题；
  • 不建议主题以​​/​​ 开头或结尾，例如​​/chat​​ 或​​chat/​​；
  • 不建议在主题里添加空格及非 ASCII 特殊字符；
  • 同一主题层级内建议使用下划线​​_​​ 或横杆​​-​​ 连接单词（或者使用驼峰命名）。

版权声明： 本文为 EMQ 原创，转载请注明出处。

原文链接：​​https://www.emqx.com/zh/blog/jmeter-extension-development-custom-functions​​

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