MQTT 实战手册：从初学者到高级开发者的进阶之路

import paho.mqtt.client as mqtt
连接回调
def on_connect(client, userdata, flags, rc):
    print(f"Connected with result code {rc}")
    client.subscribe("home/temperature")
消息接收回调
def on_message(client, userdata, msg):
    print(f"Received: {msg.topic} -> {msg.payload.decode()}")
创建 MQTT 客户端
client = mqtt.Client()
client.on_connect = on_connect
client.on_message = on_message
client.connect("broker.emqx.io", 1883, 60)  # 连接 MQTT 服务器
client.loop_forever()  # 进入循环等待消息

扩展练习三

用 Node.js 或 ESP8266 连接 MQTT Broker 进行测试。

下面给出两个示例，一个是用 Node.js 连接 MQTT Broker 进行测试，另一个是用 ESP8266（基于 Arduino IDE）连接 MQTT Broker 进行测试。

示例 1：用 Node.js 连接 MQTT Broker

我们使用 Node.js 的 mqtt 库来建立连接、订阅和发布消息。首先安装 mqtt 模块：

npm install mqtt

下面是一段简单的代码示例：

const mqtt = require('mqtt')
// 连接到 Broker（这里以公共 Broker 为例，也可替换为你的服务器）
const client  = mqtt.connect('mqtt://broker.hivemq.com')
client.on('connect', function () {
  console.log('已成功连接到 MQTT Broker！')
  // 订阅主题 'test/topic'，QoS 设置为 1
  client.subscribe('test/topic', { qos: 1 }, (err) => {
    if (!err) {
      // 发布消息到 'test/topic'
      client.publish('test/topic', 'Hello Node.js MQTT!', { qos: 1 })
    } else {
      console.error('订阅失败：', err)
    }
  })
})
// 接收消息
client.on('message', function (topic, message) {
  // message 为 Buffer 类型，转换为字符串
  console.log(
收到主题 ${topic} 的消息: ${message.toString()}
)
  // 根据需要可以结束连接
  // client.end()
})

说明

连接：使用 mqtt.connect() 传入 Broker 地址建立连接。
订阅：调用 client.subscribe() 并指定主题和 QoS 参数。
发布：在连接成功后调用 client.publish() 向同一主题发布消息。
回调：on('message', ...) 用于接收并处理消息。

示例 2：用 ESP8266 连接 MQTT Broker

ESP8266 上通常使用 Arduino IDE 开发，可以借助 PubSubClient 库来连接 MQTT Broker。下面是一段简单的代码示例：

#include <ESP8266WiFi.h>
#include <PubSubClient.h>
// 替换为你的 WiFi SSID 和密码
const char* ssid = "your_SSID";
const char* wifi_password = "your_WiFi_password";
// 替换为你的 MQTT Broker 地址（这里以公共 Broker 为例）
const char* mqtt_server = "broker.hivemq.com";
WiFiClient espClient;
PubSubClient client(espClient);
// MQTT 消息到达回调函数
void callback(char* topic, byte* payload, unsigned int length) {
  Serial.print("收到主题 [");
  Serial.print(topic);
  Serial.print("] 的消息: ");
  for (unsigned int i = 0; i < length; i++) {
    Serial.print((char)payload[i]);
  }
  Serial.println();
}
// 尝试重连 MQTT Broker
void reconnect() {
  // 循环直到连接成功
  while (!client.connected()) {
    Serial.print("尝试连接 MQTT Broker...");
    // 使用一个唯一的客户端 ID
    if (client.connect("ESP8266Client")) {
      Serial.println("连接成功");
      // 订阅主题
      client.subscribe("test/topic", 1);
    } else {
      Serial.print("连接失败，状态码=");
      Serial.print(client.state());
      Serial.println("，5 秒后重试");
      delay(5000);
    }
  }
}
void setup() {
  Serial.begin(115200);
  delay(10);

  // 连接 WiFi
  Serial.println();
  Serial.print("连接 WiFi: ");
  Serial.println(ssid);
  WiFi.begin(ssid, wifi_password);

  while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
    delay(500);
    Serial.print(".");
  }
  Serial.println("\nWiFi 连接成功");
  Serial.print("IP 地址: ");
  Serial.println(WiFi.localIP());

  client.setServer(mqtt_server, 1883);
  client.setCallback(callback);
}
void loop() {
  if (!client.connected()) {
    reconnect();
  }
  client.loop();

  // 每 5 秒发布一条消息到主题 'test/topic'
  static unsigned long lastPublish = 0;
  if (millis() - lastPublish > 5000) {
    lastPublish = millis();
    Serial.println("发布消息到主题 test/topic");
    client.publish("test/topic", "Hello from ESP8266!", 1);
  }
}

说明

WiFi 连接：在 setup() 中连接到 WiFi 网络。
MQTT 连接：调用 client.setServer() 配置 Broker 地址，并在 reconnect() 函数中实现自动重连。
订阅：连接成功后订阅主题 test/topic，QoS 设置为 1。
发布：在 loop() 中定时调用 client.publish() 向主题发布消息。
回调：callback() 用于接收并打印从 Broker 传来的消息。

这两个示例展示了如何分别使用 Node.js 和 ESP8266 连接 MQTT Broker 进行测试。

扩展功能：自动重连、遗嘱消息、保留消息、交互逻辑

下面提供两个扩展示例代码，分别适用于 Node.js 和 ESP8266（基于 Arduino IDE），示例中加入了以下扩展功能：

自动重连：当连接断开时自动尝试重连。
遗嘱消息（Last Will and Testament）：在异常断连时，Broker 会自动向指定主题发布遗嘱消息。
保留消息：在发布消息时设置保留标识，Broker 会保存最后一条保留消息供新订阅者接收。
交互逻辑：例如在收到特定命令（如 "ping"）时回复 "pong"。

示例 1：用 Node.js 连接 MQTT Broker 扩展示例

首先安装 Node.js 的 mqtt 模块：

npm install mqtt

然后使用以下代码实现扩展功能：

const mqtt = require('mqtt')
// 连接选项，包含用户名、密码、自动重连、遗嘱消息等配置
const options = {
  clientId: 'nodejs-advanced-client-' + Math.random().toString(16).substr(2, 8),
  username: 'your_username',      // 替换为实际用户名
  password: 'your_password',      // 替换为实际密码
  keepalive: 60,
  reconnectPeriod: 5000,          // 每 5 秒自动重连一次
  will: {
    topic: 'test/will',
    payload: 'Node.js client disconnected unexpectedly',
    qos: 1,
    retain: false,
  }
}
// 连接到 Broker（这里以公共 Broker 为例，或替换为你的服务器地址）
const client  = mqtt.connect('mqtt://broker.hivemq.com', options)
client.on('connect', () => {
  console.log('已成功连接到 MQTT Broker！')
  // 订阅主题 'test/advanced'，QoS 设为 1
  client.subscribe('test/advanced', { qos: 1 }, (err) => {
    if (!err) {
      console.log('已订阅主题 test/advanced')
      // 发布一条保留消息
      client.publish('test/advanced', 'Hello with retained message', { qos: 1, retain: true })
    } else {
      console.error('订阅失败：', err)
    }
  })
})
client.on('reconnect', () => {
  console.log('正在重连 MQTT Broker...')
})
client.on('offline', () => {
  console.log('客户端处于离线状态')
})
client.on('error', (err) => {
  console.error('MQTT 错误：', err)
})
// 接收消息并实现简单交互逻辑
client.on('message', (topic, message) => {
  const msg = message.toString()
  console.log(
收到主题 ${topic} 的消息: ${msg}
)
  // 示例：如果收到 "ping" 消息，回复 "pong"
  if (topic === 'test/advanced' && msg === 'ping') {
    client.publish('test/advanced', 'pong', { qos: 1, retain: false })
    console.log('回复 pong')
  }
})
// 定时发布 "ping" 命令，每 10 秒一次
setInterval(() => {
  client.publish('test/advanced', 'ping', { qos: 1, retain: false })
  console.log('发布 ping 消息')
}, 10000)

说明

自动重连：通过 reconnectPeriod 配置，客户端会每 5 秒尝试重连。
遗嘱消息：配置项 will 在客户端异常断连时由 Broker 发布到 test/will 主题。
保留消息：发布消息时设置 retain: true，Broker 会保存最后一条保留消息。
交互逻辑：当收到主题 test/advanced 上的 "ping" 消息时，回复 "pong"。

示例 2：用 ESP8266（Arduino IDE）连接 MQTT Broker 扩展示例

在 Arduino IDE 中，使用 PubSubClient 库实现扩展功能。请先安装 ESP8266 开发板和 PubSubClient 库。

下面代码展示了如何配置自动重连、遗嘱消息、保留消息以及简单的交互逻辑（收到 "ping" 回复 "pong"）：

#include <ESP8266WiFi.h>
#include <PubSubClient.h>
// WiFi 配置（请替换为你的 WiFi SSID 与密码）
const char* ssid = "your_SSID";
const char* wifi_password = "your_WiFi_password";
// MQTT Broker 配置（这里以公共 Broker 为例，可替换为你的服务器）
const char* mqttServer = "broker.hivemq.com";
const int mqttPort = 1883;
// MQTT 用户名和密码（若需要认证，否则可省略）
const char* mqttUser = "your_username";
const char* mqttPassword = "your_password";
WiFiClient espClient;
PubSubClient client(espClient);
unsigned long lastPublish = 0;
void setupWiFi() {
  Serial.begin(115200);
  delay(10);
  Serial.println();
  Serial.print("连接到 WiFi: ");
  Serial.println(ssid);

  WiFi.begin(ssid, wifi_password);
  while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
    delay(500);
    Serial.print(".");
  }
  Serial.println("\nWiFi 已连接，IP: ");
  Serial.println(WiFi.localIP());
}
// MQTT 消息回调函数
void callback(char* topic, byte* payload, unsigned int length) {
  Serial.print("收到主题 [");
  Serial.print(topic);
  Serial.print("] 的消息: ");
  String msg;
  for (unsigned int i = 0; i < length; i++) {
    msg += (char)payload[i];
  }
  Serial.println(msg);

  // 如果收到 "ping" 消息，回复 "pong"
  if (String(topic) == "test/advanced" && msg == "ping") {
    client.publish("test/advanced", "pong", 1, false);
    Serial.println("回复 pong");
  }
}
void reconnect() {
  // 如果未连接，循环尝试重连
  while (!client.connected()) {
    Serial.print("尝试连接 MQTT Broker...");
    // 使用遗嘱消息，当连接失败时会自动通知 Broker
    if (client.connect("ESP8266Client", mqttUser, mqttPassword, "test/will", 1, false, "ESP8266 disconnected unexpectedly")) {
      Serial.println("连接成功");
      // 订阅主题，QoS 设为 1
      client.subscribe("test/advanced", 1);
    } else {
      Serial.print("连接失败，状态码: ");
      Serial.print(client.state());
      Serial.println("，5 秒后重试");
      delay(5000);
    }
  }
}
void setup() {
  setupWiFi();
  client.setServer(mqttServer, mqttPort);
  client.setCallback(callback);

  // 尝试连接 MQTT Broker
  reconnect();
}
void loop() {
  if (!client.connected()) {
    reconnect();
  }
  client.loop();

  // 每 10 秒发布 "ping" 消息到主题 "test/advanced"
  if (millis() - lastPublish > 10000) {
    lastPublish = millis();
    client.publish("test/advanced", "ping", 1, false);
    Serial.println("发布 ping 消息");
  }

  // 每 30 秒发布一条保留消息
  static unsigned long lastRetained = 0;
  if (millis() - lastRetained > 30000) {
    lastRetained = millis();
    client.publish("test/advanced", "Retained message from ESP8266", 1, true);
    Serial.println("发布保留消息");
  }
}

说明

自动重连：在 loop() 中检测 MQTT 连接状态，若断开则调用 reconnect() 函数重连。
遗嘱消息：在 client.connect() 时设置了遗嘱消息，当客户端异常断开时，Broker 将向 test/will 主题发布消息。
保留消息：使用 client.publish() 时，最后一个参数设置为 true 表示该消息为保留消息。
交互逻辑：在回调函数 callback() 中，如果收到 "ping" 消息，则回复 "pong"。

这两个扩展示例分别展示了如何在 Node.js 与 ESP8266 上实现更复杂的 MQTT 交互逻辑，涵盖了自动重连、遗嘱消息、保留消息以及简单的指令交互。

第三阶段：进阶与优化

🔹 高级 MQTT 功能

持久会话（Persistent Session）
遗嘱消息（Last Will Testament，LWT）
保留消息（Retained Messages）
负载均衡和集群（MQTT 集群化部署）

🔹 安全与认证

使用 SSL/TLS 加密传输 MQTT 消息。
用户名/密码认证（如 Mosquitto 用户数据库）。
ACL（访问控制列表） 限制访问权限。

🔹 结合 Web 开发

使用 WebSocket 让 MQTT 与 Web 应用交互（例如：使用 MQTT.js 在网页上接收 MQTT 数据）。
在前端 React/Vue 中使用 MQTT 进行实时数据更新。

第四阶段：物联网实战项目

🔹 智能家居系统

使用 ESP8266 + MQTT 控制 LED 灯、风扇等家电。
开发一个 Web 控制面板（React + MQTT.js）。

🔹 环境监测系统

通过 MQTT 传输传感器数据（如温湿度传感器）。
在 Grafana/Dashboard 上实时可视化数据。

🔹 工业物联网（IIoT）

通过 MQTT 监控生产设备状态，实现远程控制。
结合数据库（如 InfluxDB）存储 MQTT 传输的数据。

总结

这套方案使用 MQTT 作为设备通信协议，通过 Node.js 作为桥接层实现 MQTT 与前端的消息转发，React 前端实时显示传感器数据并发送控制命令，实现一个简单的 IoT 控制面板。你可以根据实际需求进一步扩展功能，例如增加用户身份认证、图表展示、历史数据查询等。

这就是一个使用 MQTT + React 构建 IoT 控制面板的基本实现方案。

💡 总结

学习阶段	内容	练习
入门	MQTT 基础概念、架构、安装	运行 Mosquitto，使用 Python 发布/订阅
实践	部署 MQTT 服务器，编写客户端	用 Python/Node.js/ESP8266 连接 MQTT
进阶	安全、优化、MQTT WebSocket	用 SSL/TLS 加密，创建 MQTT 可视化仪表盘
实战	智能家居、环境监测	开发 IoT 项目，连接 Web 应用k

扩展阅读

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