python使用MQTT协议详解

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分类专栏： python 文章标签： python 网络 开发语言
于 2022-06-27 17:41:49 首次发布
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本文详细介绍了Python如何使用MQTT协议进行消息发布和订阅，以及设置MQTT服务器登录验证的过程，包括安装步骤、配置文件修改、客户端连接示例代码，帮助读者深入理解MQTT在物联网中的应用。

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python使用MQTT协议发布、订阅消息、设置登录验证、上线下线通知

1、MQTT简介

MQTT是一个基于客户端-服务器的消息发布/订阅传输协议。

一种数据传输协议，不怎么耗资源，适合物联网远程传数据。MQTT工作在 TCP/IP 协议族上,是为硬件性能低下的远程设备以及网络状况糟糕的情况下而设计的发布/订阅型消息协议,为此,它需要一个消息中间件 (服务器)。

比如一个传感器要发数据给电脑，那么需要开一个mqtt服务器（Broker），然后传感器作为客户端（client）通过mqtt服务器发布（publish）某个主题（topic）的消息（message），电脑也作为客户端，连接（connect）到mqtt服务器，且订阅（subscribe）该主题，就能收到消息。

在这里插入图片描述

2、安装MQTT服务器

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### MQTT协议的详细介绍及工作原理 #### 1. MQTT协议概述 MQTT（Message Queuing Telemetry Transport，消息队列遥测传输协议）是一种轻量级的消息传递协议，专为受限环境设计。它通过最小化网络流量和资源消耗来实现高效的数据交换[^1]。 该协议的主要特点是支持发布/订阅模式下的异步通信机制，允许设备之间解耦并减少直接交互的需求。这种特性使得MQTT非常适合于物联网（IoT）、嵌入式系统以及任何需要低功耗、高延迟容忍度的应用场景[^3]。 #### 2. 工作原理 MQTT采用客户端-服务器架构模型，在此框架下存在三种角色：**发布者**、**订阅者** 和 **代理（Broker）**。以下是其基本运作流程： - **发布者**: 负责向特定的主题发送数据； - **订阅者**: 表达兴趣并通过注册感兴趣的一个或多个主题接收来自这些主题的信息流； - **代理(Broker)**: 中介节点负责管理所有的连接请求处理分发给相应的消费者实例完成最终交付过程[^2]。 当一个客户机想要分享某些信息时，它可以作为生产者的身份将这条记录附加到某个预定义好的频道上；而另一个希望获取这类更新通知的人则只需成为对应频道里的成员即可自动接收到最新动态变化情况报告。 #### 3. 主要组成部分 ##### （1）固定头部 Fixed Header 每条 MQTT 消息都包含有一个固定的开头部分叫做 fixed header ，其中包含了控制报文类型(Control Packet Type)，标志位(Flags)以及其他一些基本信息如剩余长度(Remaining Length)。 ##### （2）可变头部 Variable Header 除了少数几种例外情形之外，大多数情况下还会紧跟着一段额外的内容——即所谓的 variable header 。这部分用来携带更详细的描述性参数比如消息 ID(Message Identifier) 或者 Will Topic 等特殊字段值。 ##### （3）负载 Payload 最后则是实际的有效载荷(payload)，也就是真正被传送出去的具体业务资料本身。不过需要注意的是，并不是所有类型的控制包都需要附带 payload 的成分在里面。 #### 4. QoS级别说明 为了满足不同应用场景对于可靠性需求之间的差异性考量，MQTT 提供了三个等级的服务质量(Quality of Service,简称QoS): - **QoS0 至少一次(at most once):** 不确认投递状态，可能丢失或者重复; - **QoS1 至少一次(at least once):** 需求对方回应 ACK 才算成功发出一条指令，但仍有可能出现冗余现象 ; - **QoS2 只有一次(exactly once):** 绝对保障每次操作仅被执行唯一的一次机会没有任何差错发生 . 以上就是关于MQTT协议较为全面深入的理解分析。 ```python import paho.mqtt.client as mqtt def on_connect(client, userdata, flags, rc): print(f"Connected with result code {rc}") client.subscribe("test/topic") def on_message(client, userdata, msg): print(f"{msg.topic} {str(msg.payload)}") client = mqtt.Client() client.on_connect = on_connect client.on_message = on_message client.connect("broker.hivemq.com", 1883, 60) client.loop_forever() ``` 上述代码展示了一个简单的 Python 客户端程序如何利用 Paho 库建立与 HiveMQ 测试 Broker 的链接关系，并监听指定 topic 下的所有事件触发响应行为。
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