物联网平台基础 Java+MySQL实现设备注册与心跳检测系统

以下是一个基于Java+MySQL的物联网平台基础实现方案，涵盖设备注册与心跳检测功能的核心模块：

数据库设计

创建MySQL表结构存储设备信息与心跳记录：

-- 设备信息表
CREATE TABLE `iot_device` (
  `device_id` varchar(64) PRIMARY KEY,
  `device_name` varchar(128),
  `secret_key` varchar(256) COMMENT '设备密钥',
  `product_key` varchar(64) COMMENT '产品标识',
  `status` tinyint DEFAULT 1 COMMENT '1-在线 0-离线',
  `last_active_time` datetime COMMENT '最后活跃时间',
  `create_time` datetime DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP
);

-- 心跳记录表
CREATE TABLE `iot_heartbeat` (
  `id` bigint AUTO_INCREMENT PRIMARY KEY,
  `device_id` varchar(64),
  `timestamp` bigint COMMENT '心跳时间戳',
  `ip_address` varchar(64),
  `extra_info` text COMMENT '附加信息',
  FOREIGN KEY (`device_id`) REFERENCES `iot_device` (`device_id`)
);

设备注册实现

设备注册核心逻辑处理类：

public class DeviceRegistryService {
    private static final int DEVICE_ID_LENGTH = 16;
    
    public Device registerDevice(DeviceRegisterDTO dto) {
        Device device = new Device();
        device.setDeviceId(generateDeviceId());
        device.setDeviceName(dto.getDeviceName());
        device.setProductKey(dto.getProductKey());
        device.setSecretKey(generateSecretKey());
        
        // JDBC插入操作示例
        String sql = "INSERT INTO iot_device (device_id, device_name, secret_key, product_key) VALUES (?,?,?,?)";
        try (Connection conn = dataSource.getConnection();
             PreparedStatement stmt = conn.prepareStatement(sql)) {
            stmt.setString(1, device.getDeviceId());
            stmt.setString(2, device.getDeviceName());
            stmt.setString(3, device.getSecretKey());
            stmt.setString(4, device.getProductKey());
            stmt.executeUpdate();
        } catch (SQLException e) {
            throw new RuntimeException("设备注册失败", e);
        }
        return device;
    }
    
    private String generateDeviceId() {
        return UUID.randomUUID().toString().replace("-","").substring(0,DEVICE_ID_LENGTH);
    }
    
    private String generateSecretKey() {
        return DigestUtils.sha256Hex(UUID.randomUUID().toString());
    }
}

心跳检测实现

心跳处理服务类包含状态更新逻辑：

public class HeartbeatService {
    // 超时阈值（单位：秒）
    private static final long HEARTBEAT_TIMEOUT = 300;
    
    public void processHeartbeat(HeartbeatDTO heartbeat) {
        // 验证设备合法性
        validateDevice(heartbeat.getDeviceId(), heartbeat.getSignature());
        
        // 记录心跳
        recordHeartbeat(heartbeat);
        
        // 更新设备状态
        updateDeviceStatus(heartbeat.getDeviceId());
    }
    
    private void recordHeartbeat(HeartbeatDTO heartbeat) {
        String sql = "INSERT INTO iot_heartbeat (device_id, timestamp, ip_address) VALUES (?,?,?)";
        // JDBC插入操作...
    }
    
    private void updateDeviceStatus(String deviceId) {
        String updateSql = "UPDATE iot_device SET status=1, last_active_time=NOW() WHERE device_id=?";
        // JDBC更新操作...
    }
    
    // 定时任务检查离线设备
    @Scheduled(fixedRate = 60000)
    public void checkDeviceTimeout() {
        String sql = "UPDATE iot_device SET status=0 WHERE last_active_time < DATE_SUB(NOW(), INTERVAL ? SECOND)";
        // JDBC批量更新...
    }
}

RESTful API设计

Spring Boot控制器示例：

@RestController
@RequestMapping("/api/device")
public class DeviceController {
    
    @PostMapping("/register")
    public ResponseResult<Device> register(@RequestBody DeviceRegisterDTO dto) {
        return ResponseResult.success(deviceRegistryService.registerDevice(dto));
    }
    
    @PostMapping("/heartbeat")
    public ResponseResult<Void> heartbeat(@RequestBody HeartbeatDTO dto) {
        heartbeatService.processHeartbeat(dto);
        return ResponseResult.success();
    }
    
    @GetMapping("/status/{deviceId}")
    public ResponseResult<DeviceStatus> getStatus(@PathVariable String deviceId) {
        // 查询设备状态实现...
    }
}

安全验证

设备请求签名验证方法：

public class DeviceAuthHelper {
    public static boolean verifySignature(String deviceId, String secretKey, String content, String signature) {
        String expectSign = DigestUtils.sha256Hex(content + secretKey);
        return expectSign.equals(signature);
    }
}

性能优化建议

使用连接池管理数据库连接，推荐HikariCP配置：

spring.datasource.hikari.maximum-pool-size=20
spring.datasource.hikari.connection-timeout=30000
spring.datasource.hikari.idle-timeout=600000

考虑使用Redis缓存高频访问的设备信息和状态，减少数据库压力。可通过Spring Cache实现：

@Cacheable(value = "device", key = "#deviceId")
public Device getDevice(String deviceId) {
    // 数据库查询实现...
}

此实现方案包含基础功能模块，可根据实际需求扩展设备管理、消息通信等物联网平台常见功能。