零基础教你自建MQTT服务器并实现双向通讯
概述
随着物联网技术的快速发展，MQTT（Message Queuing Telemetry Transport）消息队列遥测传输协议，作为一种轻量级的通讯协议，被广泛应用于物联网设备之间的通讯。
MQTT 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。MQTT最大优点在于，可以以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。
本次教程中，将探讨如何基于EMQX平台自建MQTT服务器，并实现设备之间的高效通讯。无论是在工业控制、智能家居还是智能城市等领域，搭建自己的MQTT服务器都能为我们带来更大的灵活性和可扩展性。让我们一起深入了解这个过程，为物联网应用打下坚实的基础。
MQTT通信的架构
上面架构图来自EMQX官网，其中中间绿色部分即我们要搭建的MQTT Broker，MQTT服务器搭建完成后，我们可以通过各种编程语言类库对服务器发起连接请求，以及主题发布和订阅。而编程语言类库中我们就可以使用workerman的mqtt扩展库与服务器进行通信。
MQTT概念
- Publisher（发布者）：消息的发出者，负责发送消息。
- Subscriber（订阅者）：消息的订阅者，负责接收并处理消息。
- Broker（代理）：消息代理，位于消息发布者和订阅者之间，各类支持MQTT协议的消息中间件都可以充当。
- Topic（主题）：可以理解为消息队列中的路由，订阅者订阅了主题之后，就可以收到发送到该主题的消息。
- Payload（负载）；可以理解为发送消息的内容。
- QoS（消息质量）：全称
Quality of Service，即消息的发送质量，主要有QoS 0、QoS 1、QoS 2三个等级，下面分别介绍下：- QoS 0（Almost Once）：至多一次，只发送一次，会发生消息丢失或重复；
- QoS 1（Atleast Once）：至少一次，确保消息到达，但消息重复可能会发生；
- QoS 2（Exactly Once）：只有一次，确保消息只到达一次。
EMQX
EMQX平台作为一款开源的MQTT消息服务器，提供了稳定可靠的消息传输服务。本次教程中，我们将探讨如何基于EMQX平台自建MQTT服务器，并实现设备之间的高效通讯。无论是在工业控制、智能家居还是智能城市等领域，搭建自己的MQTT服务器都能为我们带来更大的灵活性和可扩展性。
EMQX 官网：https://www.emqx.io
安装 MQTTX 服务端
本次教程中，我们将使用 Docker 部署，使用 Docker 指令直接部署，可以使用以下命令
获取 Docker 镜像
docker pull emqx/emqx
启动 Docker 容器
docker run -d --name emqx -p 1883:1883 -p 8083:8083 -p 8084:8084 -p 8883:8883 -p 18083:18083 emqx/emqx:latest
访问仪表板
安装完成后，打开浏览器，并在地址栏中输入 http://localhost:18083以访问 EMQX 仪表板，您可以从那里连接到客户端或检查运行状态。
默认用户名: admin
默认密码：public
进入 EMQX 管理页面
安装 MQTTX 客户端
MQTTX 客户端我们选用workerman的mqtt扩展库与服务器进行通信。workerman/mqtt 是一个基于workerman的异步mqtt 客户端库，可用于接收或者发送mqtt协议的消息。支持QoS 0、QoS 1、QoS 2。支持MQTT、3.1、3.1.1、5版本。
安装
composer require workerman/mqtt
订阅客户端
subscribe.php 代码
<?php
/**
* @desc Subscriber（订阅者）：消息的订阅者，负责接收并处理消息。
* @author Tinywan(ShaoBo Wan)
* @date 2024/5/30 20:35
*/
declare(strict_types=1);
require_once __DIR__ . '/../vendor/autoload.php';
use Workerman\Worker;
$worker = new Worker();
$worker->onWorkerStart = function () {
$options = [
'username' => 'Tinywan',
'password' => '123456',
];
$mqtt = new Workerman\Mqtt\Client('mqtt://192.168.13.168:1883', $options);
$mqtt->onConnect = function ($mqtt) {
// 主题 Topic 可以理解为消息队列中的路由，订阅者订阅了主题之后，就可以收到发送到该主题的消息。
$topic = 'resty';
$mqtt->subscribe($topic);
};
$mqtt->onMessage = function ($topic, $content) {
echo '[订阅者][收到主题]：' . $topic . PHP_EOL;
echo '[订阅者][收到内容]：' . $content . PHP_EOL;
};
$mqtt->connect();
};
Worker::runAll();
命令行运行 php subscribe.php start 启动
启动成功后，即可看到设备已经成功连接到服务器。我们在 EMQX 服务器中的客户端页面中可以查看到设备的连接状态。
客户端发布
接下来，我们测试发布和订阅主题是否正常
publish.php 代码
<?php
/**
* @desc Publisher（发布者）：消息的发出者，负责发送消息。
* @author Tinywan(ShaoBo Wan)
* @date 2024/5/30 20:46
*/
declare(strict_types=1);
require_once __DIR__ . '/../vendor/autoload.php';
use Workerman\Worker;
$worker = new Worker();
$worker->onWorkerStart = function () {
$mqtt = new Workerman\Mqtt\Client('mqtt://192.168.13.168:1883');
$mqtt->onConnect = function ($mqtt) {
// 主题 Topic
$topic = 'resty';
// 负载 Payload 可以理解为发送消息的内容
$payload = 'Hello Tinywan mqtt';
$mqtt->publish($topic, $payload);
};
$mqtt->connect();
};
Worker::runAll();
命令行运行 php publish.php start 发布消息。
以下是 订阅客户端
subscribe.php收到的消息
至此，我们已经成功实现了 客户端 与 EMQX 服务器之间的通讯。
主题订阅
主题监控
Websocket 工具
订阅消息
发布消息
通过websocket发布消息
MQTT客户端订阅消息
使用 MQTT.js 库
MQTT.js 是一个开源的 MQTT 协议的客户端库，使用 JavaScript 编写，主要用于 Node.js 和 浏览器环境中。是JavaScript 环境下的 MQTT 客户端库。可以用于微信小程序、支付宝小程序等定制浏览器环境。
可以直接在HTML文件中进行调用:
<script src="https://unpkg.com/mqtt/dist/mqtt.min.js"></script>
实现简单功能，EMQX websocket 连接服务地址
ws://localhost:8083/mqtt
MQTT.html案例代码
<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<meta charset="UTF-8">
<title>开源技术小栈</title>
</head>
<body>
<h3>零基础教你自建MQTT服务器并实现通讯</h3>
<div style="height: 800px;">
<label>【客户端】【目标Topic】：<input id="targetTopicInput" type="text"></label><br>
<label>【客户端】【发送的消息】：<input id="messageInput" type="text"></label><br>
<button onclick="sendMessage()">发送</button>
<button onclick="clearMessage()">清空</button>
<div id="messageDiv"></div>
</div>
</body>
<script src="https://unpkg.com/mqtt/dist/mqtt.min.js"></script>
<script>
/**
* EMQX websocket 连接地址
* @type {string}
*/
const url = 'ws://localhost:8083/mqtt';
/**
* 订阅的topic
* @type {string}
*/
const topic = 'resty';
/**
* 连接到消息队列
*/
let client = mqtt.connect(url);
client.on('connect', function () {
/**
* 连接成功后订阅topic
*/
client.subscribe(topic, function (err) {
if (!err) {
showMessage("[订阅者][Topic主题]：" + topic + "成功！");
}
});
});
/**
* 获取订阅topic中的消息
*/
client.on('message', function (topic, message) {
showMessage("[订阅者][收到消息]：" + message.toString());
});
/**
* 发送消息
*/
function sendMessage() {
let targetTopic = document.getElementById("targetTopicInput").value;
let message = document.getElementById("messageInput").value;
// 向目标topic中发送消息
client.publish(targetTopic, message);
showMessage("[发送消息给]" + targetTopic + "的消息：" + message);
}
/**
* 从URL中获取参数
* @param name
* @returns {null|string}
*/
function getQueryString(name) {
let reg = new RegExp("(^|&)" + name + "=([^&]*)(&|$)", "i");
let r = window.location.search.substr(1).match(reg);
if (r != null) {
return decodeURIComponent(r[2]);
}
return null;
}
/**
* 在消息列表中展示消息
* @param message
*/
function showMessage(message) {
let messageDiv = document.getElementById("messageDiv");
let messageEle = document.createElement("div");
messageEle.innerText = message;
messageDiv.appendChild(messageEle);
}
/**
* 清空消息列表
*/
function clearMessage() {
let messageDiv = document.getElementById("messageDiv");
messageDiv.innerHTML = "";
}
</script>
</html>
发送消息
接受消息
小结
根据官方文档我们知道publish和subscribe流程如何实现。对于subscribe由于需要实时获取来自硬件方面的数据或其他客户端的数据，因此subscribe需要以cli模式守护运行在系统后台。但是publish消息一般跟系统内的业务逻辑相关。可以通过MQTT客户端和Websocket客户端发送消息。