MQTT QoS 0,1,2 的介绍

MQTT协议通过QoS 0, 1, 2提供不同级别的服务质量,确保在不稳定网络环境下的消息传递。QoS 0可能丢消息,QoS 1可能导致重复消息,QoS 2保证消息既不丢失也不重复,但复杂度和成本增加。选择QoS级别需权衡可靠性和效率。" 120519630,5731334,backtrader参数优化:动态修改与递进优化策略,"['python', 'backtrader', '参数优化', '回测策略', '投资科学']

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原文地址:https://dev.to/emqx/introduction-to-mqtt-qos-0-1-2-oba

什么是QoS?

在不稳定的网络环境中,建立MQTT协议连接的设备仅靠TCP传输协议来保证通信的可靠性是很困难的事情。为了解决这个问题,MQTT协议引入了服务质量(Quality of Service,QoS)的机制来提供多种消息交互方式以提供不同级别的服务,满足用户在不同场景下对消息送达可靠性的特殊要求。

在MQTT中有3种QoS级别:

  • QoS 0,最多一次
  • QoS 1,至少一次
  • QoS 2,仅且只有一次

以上QoS数值和消息发送的可靠性相匹配,值越大通信可靠性越强。QoS 0可能会丢失消息,QoS 1能保证消息送达但有机率重复收到消息,QoS 2能保证消息正确送达且不会重复。随着QoS级别的提高,消息送达的可靠性也在增强,但与此同时传输过程也变的越来越复杂。

在发布者向订阅者发送消息的过程中,发布者可以在PUBLISH包中指定消息的QoS级别。一般情况下Broker向订阅者转发消息的时候会使用发布者指定的QoS级别,不过某些情况下订阅者也会把收到的消息降级。

例如,如果订阅者指定了只接收QoS等级为1或0的消息那么Broker会把所有QoS2的消息降级为QoS1然后再转发给订阅者。QoS 1或QoS 0的消息会使用原有指定的等级转发给订阅者,不做改变。

 我们来看一下QoS

<think>好的,用户想了解如何在C语言中使用链表来实现MQTT QoS1/2的重传机制。我需要分步骤解释,确保结构清晰,同时满足系统级指令中的格式要求。 首先,得回顾一下MQTTQoS级别。QoS1和QoS2都涉及消息重传,QoS1保证至少一次送达,而QoS2保证恰好一次。两者的实现机制不同,QoS1需要PUBACK确认,QoS2更复杂,有PUBREC、PUBREL、PUBCOMP的握手过程。用户可能对这两种QoS的区别和实现细节不太清楚,需要先简要说明。 接下来,链表在其中的作用。链表可以用来管理待确认的消息,方便添加、删除和超时重传。需要设计一个结构体,包含消息ID、负载、重传次数、超时时间等字段。这部分需要详细说明结构体的成员,可能用户对结构体的设计不太熟悉,需要给出示例代码。 然后,链表的操作函数。比如创建链表、添加消息、删除消息、检查超时并重传。每个函数的功能和实现要点需要解释清楚。例如,添加消息时要分配内存,初始化各个字段;删除消息时要释放内存;检查超时时要遍历链表,判断是否需要重传,并更新重传次数和超时时间。 还需要考虑线程安全的问题,如果是在多线程环境中使用,可能需要加锁。但用户的问题可能更多关注基础实现,暂时可以提到这一点作为扩展考虑。 另外,重传策略,比如最大重传次数、超时时间的设定,这些参数如何配置。用户可能需要知道如何根据实际网络状况调整这些参数,确保可靠传输同时避免资源耗尽。 对于QoS1和QoS2的区别处理,链表中的每个节点可能需要标识其QoS级别,以便在确认阶段执行不同的逻辑。比如QoS1收到PUBACK就删除,而QoS2需要处理PUBREC后进入第二阶段,发送PUBREL,直到收到PUBCOMP。这部分可能需要不同的状态处理,链表节点中需要记录当前状态。 最后,需要综合这些部分,给出一个整体的实现思路,并可能提供伪代码或代码片段,帮助用户理解。同时要提醒内存管理和错误处理的重要性,避免内存泄漏和资源泄露。 总结下来,步骤大致是:解释MQTT QoS机制,设计链表结构,实现链表操作函数,处理重传逻辑,区分QoS1和QoS2的不同处理,考虑线程安全和参数配置,最后给出实现示例和注意事项。</think>以下是用C语言链表实现MQTT QoS1/2重传机制的实现思路和步骤: $$消息结构体定义$$ ```c typedef struct MqttMessage { uint16_t packet_id; // 消息ID uint8_t qos_level; // QoS等级(1或2) void* payload; // 消息负载 size_t payload_len; // 负载长度 int retry_count; // 当前重试次数 time_t last_sent_time; // 最后发送时间戳 struct MqttMessage* next; // 链表指针 } MqttMessage; ``` 一、QoS机制差异说明 1. QoS1(至少一次): - 发送PUBLISH后启动定时器 - 收到PUBACK时移除消息 - $$重传条件:未收到PUBACK \space \&\& \space timeout$$ 2. QoS2(恰好一次): - 需要两阶段处理: $$PUBLISH \rightarrow PUBREC \rightarrow PUBREL \rightarrow PUBCOMP$$ - 需要维护状态机: ```mermaid graph LR PUBLISH_SENT-->|PUBREC| PUBREC_RECEIVED PUBREC_RECEIVED-->|PUBREL| PUBREL_SENT ``` 二、链表核心操作实现 1. 消息存储: ```c void add_message(MqttMessage** head, uint16_t pid, uint8_t qos, void* payload, size_t len) { MqttMessage* new_node = malloc(sizeof(MqttMessage)); new_node->packet_id = pid; new_node->qos_level = qos; new_node->retry_count = 0; new_node->last_sent_time = time(NULL); new_node->next = *head; *head = new_node; } ``` 2. 消息重传检测: ```c void check_retransmission(MqttMessage* head, int max_retries) { time_t now = time(NULL); while(head) { if(now - head->last_sent_time > RETRY_TIMEOUT) { if(head->retry_count < max_retries) { resend_message(head); // 实际网络发送函数 head->retry_count++; head->last_sent_time = now; } else { handle_message_expired(head); // 超限处理 } } head = head->next; } } ``` 三、QoS差异处理逻辑 1. QoS1处理流程: ```c void handle_puback(uint16_t pid) { MqttMessage** pp = &msg_list; while(*pp) { if((*pp)->packet_id == pid && (*pp)->qos_level == 1) { MqttMessage* to_delete = *pp; *pp = (*pp)->next; free(to_delete); return; } pp = &(*pp)->next; } } ``` 2. QoS2状态机实现: ```c void handle_pubrec(uint16_t pid) { MqttMessage* curr = msg_list; while(curr) { if(curr->packet_id == pid && curr->qos_level == 2) { send_pubrel(pid); // 发送PUBREL curr->state = WAIT_PUBCOMP; // 更新状态 reset_timer(curr); } curr = curr->next; } } ``` 四、优化建议 1. 使用哈希表+链表组合实现快速查找(时间复杂度从$O(n)$降到$O(1)$) 2. 设置合理的退避策略(Exponential Backoff): $$timeout = base \times 2^{retry\_count}$$ 3. 内存管理: - 使用内存池预分配 - 添加引用计数器 - 实现心跳检测机制 五、注意事项 1. 线程安全:若使用多线程需要加互斥锁 2. 消息去重:QoS2需要维护已处理消息ID集合 3. 释放资源:所有消息最终必须从链表中移除并释放内存 4. QoS级别验证:发送时验证QoS值有效性(0/1/2) 完整实现需要结合具体网络库(如mosquitto、paho等),建议通过有限状态机管理消息生命周期,配合定时器模块实现高效的重传机制。
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