MQTT Persistent Session or Clean Session持久会话或清洁会话（附示例）

持久会话在 MQTT 中允许客户端在多次连接之间维持其订阅和消息状态。当客户端与 MQTT 代理建立持久会话时，代理会存储客户端的订阅信息以及任何未送达给客户端的消息。这样，如果客户端断开连接并在以后重新连接，就可以无缝恢复通信。

MQTT持久会话

MQTT 代理可以在客户端离线后存储新消息。当客户端重新连接时，代理会将这些消息发送给客户端。MQTT 中的这个功能称为持久会话。

MQTT 客户端在与服务器建立连接时可以设置是否使用持久会话。持久会话会保留一些重要数据，以允许会话在多个网络连接中继续。持久会话有以下三个主要功能：

• 避免由于网络中断需要重复订阅的额外开销。
• 避免在离线期间丢失消息。
• 确保在网络中断期间 QoS 1 和 QoS 2 的消息不受影响。

存储哪些数据以保持持久会话？

我们知道，持久会话需要存储一些重要数据以便会话能够恢复。这些数据部分存储在客户端，部分存储在服务器端。

存储在客户端的会话数据：

• QoS 1 和 QoS 2 消息已发送到服务器，但尚未完成确认。
• QoS 2 消息已从服务器接收但尚未完成确认。

存储在服务器上的会话数据：

• 会话是否存在，即使会话状态的其余部分为空。
• QoS 1 和 QoS 2 消息已发送给客户端但尚未完成确认。
• QoS 0 消息（可选），QoS 1 和 QoS 2 等待发送给客户端的消息。
• QoS 2 消息已从客户端接收但尚未完成确认，遗愿消息，遗愿延迟间隔。

关于QoS的详细说明参考：MQTT中的QoS是什么？？？

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怎样使用 Persistent Session or Clean Session

持久会话或清洁会话？

客户端可以通过在连接到代理时将 cleanSession 标志设置为 False 来启动持久会话。默认情况下，此值设置为 True。

在上述MQTT V3.1.1这个版本中，Clean Session 是一个标志位，用于控制会话状态的生命周期。值为 TRUE（1） 表示在连接时创建一个新的会话，并在客户端断开连接时自动销毁会话。如果值为FALSE（0），则在连接时会尝试重用之前的会话。如果没有对应的会话，则会创建一个新的会话，该会话在客户端断开连接后始终存在。

接下来，我们将使用 Clean Session 并通过开源跨平台 MQTT 5.0 桌面客户端工具 - MQTTX 来演示。

打开 MQTTX 后，点击 New Connection按钮创建一个 MQTT 连接，如下所示。

创建名为 Subscribe的连接，并将 Clean Session 关闭（即，设为 false），然后点击右上角的Connect 按钮。

在成功连接后订阅 clean_session_false 主题，并将 QoS 设置为 1。

订阅成功后，请点击右上角的 Disconnect 按钮。然后，创建一个名为 Publish 的连接，再次将 MQTT 版本设置为 3.1.1：

右上角点击Connect，在连接成功后向 clean_session_false 主题发布两条 QoS 1 的消息。

然后，选择Subscribe的连接并点击 Connect 按钮连接到服务器。您将成功接收到两条在离线期间发布的消息。

MQTT5.0会话的改进

在 MQTT 5.0 中，Clean Session 被分为 Clean Start 和 Session Expiry Interval。Clean Start 用于指定在连接时是创建新的会话还是尝试重用现有的会话。Session Expiry Interval 用于指定在网络连接断开后会话将保持多长时间。

Clean Start 为 0 表示必须丢弃任何现有的会话，并创建一个新的会话；为 1 表示必须使用与 Client ID 关联的会话来与客户端恢复通信（除非会话不存在）。

会话过期间隔解决了由于 MQTT 3.1.1 中持久会话的永久存在而导致的服务器资源浪费问题。设置为 0 或未设置表示会话在断开连接时过期。设置为大于 0 的值表示在网络连接关闭后会话将保持多少秒。设置为 0xFFFFFFFF 表示会话永远不会过期。

最佳实践

为了使持久会话生效，您需要注意：

• 代理使用客户端 ID 来识别持久会话中的客户端。因此，请确保为每个客户端使用唯一的客户端 ID。
• 您需要以 QoS 级别 1 或 2 订阅主题。只有这样，代理才会发布未送达的消息。
• 消息还必须以 QoS 级别 1 或 2 的形式发布到该主题。如果客户端以 QoS 级别 0 发布消息，代理将不会存储这些消息。
• 如果发布消息时 retain 标志设置为 True，具有持久会话的客户端将仍然收到该主题发布的所有消息（而不仅仅是最后一条消息）。 下表展示了 QoS、清理会话标志和保留消息标志如何影响接收到的消息：

• 根据服务器性能、网络条件和客户端类型适当评估会话过期时间。设置得太长会占用更多的服务器资源。设置得太短则会导致会话在成功重新连接之前过期。
• 当客户端确定会话不再需要时，可以使用 Clean Session 为 true 重新连接，然后在成功重新连接后断开连接。在 MQTT 5.0 中，断开连接时可以直接将 Session Expiry Interval 设置为 0，表示会话将在断开连接时过期。

MQTT 中 Clean Sessions和Perssistent Sessions的常见问题

Q: MQTT 持久会话与非持久会话有何不同？

A: 一个持久会话在 MQTT 中允许客户端在断开连接后保持其会话状态，包括订阅和未送达的消息，从而确保消息的传递并保留客户端的状态。一个非持久会话或清洁会话会在断开连接时丢弃会话状态，要求客户端重新建立订阅，可能会错过断开连接期间发布的消息。在选择持久会话和非持久会话之间时，取决于应用程序对会话连续性和消息持久性的要求。

Q: 使用持久会话在 MQTT 中有哪些好处？

A: 使用持久会话在 MQTT 中可以带来多种好处。它增强了客户端的可靠性、状态保存能力和重连效率。它提供了不间断的消息传递，消除了重复设置任务的需要，并确保消息按顺序传递，从而提高 MQTT 通信的整体质量和稳健性。

Q: 客户端断开连接期间发送的消息在持久会话中会发生什么？

A: 在 MQTT 的持久会话中，客户端断开连接期间发送的消息会被 MQTT 代理存储，并在客户端重新连接时交付。

Q: 客户端如何知道当前会话是恢复的会话？

A: MQTT 协议从 v3.1.1 版本开始为 CONNACK 消息设计了一个 Session Present 字段。当服务器返回该字段值为 1 时，表示当前连接将使用服务器保存的会话。客户端可以使用该字段值来决定在连接成功后是否重新订阅。

Q: 代理可以排队多少条消息？

A: 代理将消息存储在主内存（RAM）中。因此，代理可以存储的最大消息数量取决于主内存。例如：Mosquitto 默认存储最多 100 条消息。这个设置可以更改。

Q: MQTT 是如何处理持久会话的重新建立的？

A: 如果客户端断开连接然后使用“clean session”标志设置为 false 和相同的 ClientID 重新连接到代理，会话将被恢复。代理将交付其存储的任何消息，客户端可以继续发送任何未确认的出站消息。由于代理已维护订阅，客户端无需再次订阅主题。

Q: 在不稳定网络条件下，MQTT 是如何处理消息传递和会话恢复的？

A: MQTT 提供了三种消息传递质量等级（QoS），QoS 0（最多一次），QoS 1（至少一次），QoS 2（精确一次）。在网络故障情况下，MQTT 提供了一种机制来存储会话信息并通过持久会话从中断中恢复。

Q: 我能否配置会话保持由代理维护的时间长度？

A: 具体的消息队列 telemetry 协议（MQTT）代理可能会实现自己的会话过期策略，这可以超出标准 MQTT 协议的范围。例如，一些代理可能允许你在客户端断开连接期间配置一个会话过期间隔，在此期间会话仍然会被维护。

Q: MQTT 是如何处理多个客户端尝试使用相同的客户端 ID 建立持久会话的情况的？

A: 如果第二个客户端使用与已连接客户端相同的 Client ID 连接到代理，代理必须断开首先连接的客户端。新客户端随后将接管该 Client ID 及其关联的会话。然而，如果客户端使用与之前连接但当前未连接的客户端相同的 Client ID 连接到代理，新客户端将接管与该 Client ID 关联的会话，前提是该会话是持久会话。

Q: 当客户端的持久会话消息队列限制达到上限时会发生什么？

A: 当消息队列限制达到时的具体行为取决于特定的 MQTT 代理实现及其配置的策略。例如，代理可能会丢弃旧消息、丢弃新消息，或者断开客户端连接。

Q: 持久会话和自定义消息队列行为是否有可配置的参数或选项？

A: 是的，MQTT 代理通常允许配置与消息队列相关的某些参数，尽管这在不同的代理实现中可能会有所不同。可配置的参数可能包括最大队列大小、消息保留策略、会话过期间隔、最大报文大小和最大 QoS 级别。

Q: 持久会话中消息队列的大小如何影响代理的内存和处理资源？

A: 在 MQTT 代理中，每个客户端的消息队列（对于持久会话）存储在代理的内存中。这些内存用于保存尚未交付给客户端的消息，或者由于其 QoS 级别而保留以供将来交付的消息。因此，这些消息队列的大小直接影响代理的内存使用情况。

Q: MQTT 在持久会话的消息队列中如何处理超大消息？

A: MQTT 通过使用可配置参数最大包大小（Maximum Packet Size）来处理消息队列中的大消息。

参考链接：

1. http://www.steves-internet-guide.com/mqtt-clean-sessions-example/
2. https://www.emqx.com/en/blog/mqtt-session
3. https://www.hivemq.com/blog/mqtt-essentials-part-7-persistent-session-queuing-messages/