• Qt与MQTT交互通信


    MQTT全称是（Message Queuing Telemetry Transport），即消息队列遥测传输协议

    是一种基于发布/订阅（Publish/Subscribe）模式的轻量级通讯协议，并且该协议构建于TCP/IP协议之上，常用于互联网中，轻便

    基本组件

    1. 客户端（Client）：

      • 任何设备（传感器、手机、应用程序等）都可以作为MQTT客户端。
      • 客户端可以发布消息（Publisher）或者订阅消息（Subscriber）。

    2. 代理（Broker）：

      • 代理是MQTT网络的核心组件，负责接收来自发布者的消息并将其转发给订阅了该主题的客户端。
      • 它确保消息的传递和分发，管理客户端连接、订阅、注销等操作。

    工作流程

    1. 连接：

      • MQTT客户端通过TCP/IP与MQTT代理建立连接。连接建立后，客户端必须发送“连接”请求。
      • 代理根据请求的信息（如客户端ID、用户名、密码等）进行身份验证和授权。

    2. 发布（Publish）：

      • 客户端将消息发布到特定的主题（Topic）。主题是一种类似路径的层级结构，可以用斜杠（/）分隔，如 sensors/temperature/kitchen。
      • 代理接收消息并进行处理。

    3. 订阅（Subscribe）：

      • 客户端可以订阅一个或多个主题。订阅后，代理会将所有属于该主题的消息分发给相应的客户端。
      • 订阅可以是精确的主题，也可以包含通配符来匹配多个主题。

    4. 消息分发：

      • 代理将发布的消息转发给所有订阅了该主题的客户端。

    5. 断开连接：

      • 客户端可以随时断开与代理的连接。代理也可以在检测到长时间未活动后断开客户端连接。

    应用场景

    MQTT广泛应用于物联网、车联网、智能家居、远程监控和消息推送等场景。其轻量级、低带宽、高效的特性使其特别适合资源受限及网络不稳定的环境。

    通过这些组件和操作，MQTT可以实现高效、可靠的消息传递，成为物联网通信中的重要协议。

    QT 交互例子

    准备工作：MQTT客户端的交互需要安装MQTT代理，及代理服务器，负责将消息转发。按照好后配置相关，如监听的端口和协议、是否启用消息持久化、日志文件路径等。根据需求修改这些设置，保存配置文件等。这里就不赘述

    接下来详细讲解在QT中MQTT的使用：

    1.使用官方的MQTT源码，造好的轮子有用就用，官网：https://github.com/emqx/qmqtt

    或者这个链接下载: https://pan.baidu.com/s/1oUtl9R628-3cfS-tyL6iEQ?pwd=1234 提取码: 1234 

    下载完解压：放到程序目录下

    我的例子程序结构如下，分为mqtt封装的库，用于发送接收消息，和界面主程序用于控制发送和消息显示

    2.写一个例子，这里给关键代码展示

    一是连接mqtt，二是推送消息函数，三是接收订阅的消息函数

    1. void MqttShareHandle::initMqtt()
    2. {
    3.     if (client) {
    4.         return;
    5.     }
    6.     client.reset(new QMqttClient);
    7.     QObject::connect(client.get(), &QMqttClient::connected, this, &MqttShareHandle::connected);
    8.     QObject::connect(client.get(), &QMqttClient::disconnected, this, &MqttShareHandle::disconnected);
    9.     QObject::connect(client.get(), &QMqttClient::errorChanged, this, &MqttShareHandle::errorChanged);
    10.     QObject::connect(client.get(), &QMqttClient::messageReceived, this,
    11.                      [=](const QByteArray &message, const QMqttTopicName &topic) {
    12.                          emit messageReceived(message, topic.name());
    13.                      });
    14.     QObject::connect(client.get(), &QMqttClient::messageReceived, this,
    15.                      [=](const QByteArray &message, const QMqttTopicName &topic) {
    16.                          onMessageReceived(message, topic.name());
    17.                      });
    18. }
    19.  
    20. void MqttShareHandle::connectToHost(const QString &host,
    21.                                        quint16 port,
    22.                                        const QString &username,
    23.                                        const QString &password)
    24. {
    25.     if (!client || isConnected()) {
    26.         return;
    27.     }
    28.  
    29.     client->setHostname(host);
    30.     client->setPort(port);
    31.     client->setUsername(username);
    32.     client->setPassword(password);
    33.     client->connectToHost();
    34. }
    35. //订阅消息
    36. void MqttShareHandle::subscribeBizTopics()
    37. {
    38.     //保证消息至少到达一次。
    39.     //较为可靠，适用于大多数需要保证消息到达的场景
    40.     const quint8 qos = 1;
    41.     subscribeTopic(TopicAppEnvData, qos);
    42.     subscribeTopic(TopicAppDeviceStatus, qos);
    43.     subscribeTopic(TopicAppEventNotify, qos);
    44. }
    45.  
    46. bool MqttShareHandle::subscribeTopic(const QString &topic, quint8 qos)
    47. {
    48.     if (!client) {
    49.         return false;
    50.     }
    51.  
    52.     auto subscription = client->subscribe(topic, qos);
    53.     return subscription ? subscription->state() == QMqttSubscription::Subscribed : false;
    54. }
    55.  
    56. //推送消息
    57. bool MqttShareHandle::publishTopic(const QString &topic, const QByteArray &data, quint8 qos, bool retain)
    58. {
    59.     if (!client) {
    60.         return false;
    61.     }
    62.     emit printMsg(QString("推送消息, topic:%1,data:%2").arg(topic).arg(QString(data)));
    63.     auto ret = client->publish(topic, data, qos, retain);
    64.     return ret != -1;
    65. }
    66.  
    67. void MqttShareHandle::onMessageReceived(const QByteArray &message, const QString &topic)
    68. {
    69.     QJsonParseError error;
    70.     QJsonDocument doc = QJsonDocument::fromJson(message, &error);
    71.     if (error.error != QJsonParseError::NoError) {
    72.         return;
    73.     }
    74.     //QMetaObject::invokeMethod(this, MessageMap.value(topic).toUtf8(), Q_ARG(QByteArray,message));
    75.     emit printMsg(QString("收到消息推送, topic:%1,data:%2").arg(topic).arg(QString(message)));
    76.  
    77.     if(topic == TopicAppEnvData) {
    78.         emit appEnvDataUpdate(message);
    79.     }
    80.     else if(topic == TopicAppEventNotify) {
    81.         emit appEventNotify(message);
    82.     }
    83.     else if(topic == TopicAppDeviceStatus) {
    84.         emit appDeviceStatusUpdate(message);
    85.     }
    86. }

    我的这个例子用了五个主题要演示推送和接收

    1. // 环境信息更新主题
    2. QString MqttShareHandle::TopicAppEnvData = "/Topic/EnvData";
    3. // 设备状态更新主题
    4. QString MqttShareHandle::TopicAppDeviceStatus = "/Topic/DeviceStatus";
    5. // 事件通知主题
    6. QString MqttShareHandle::TopicAppEventNotify = "/Topic/EventNotify";
    7. //------------------------消息发布（推送）-------------------------
    8. // 控制设备主题
    9. QString MqttShareHandle::TopicControlDevice = "/Topic/ControlDevice";
    10. // 控制门主题（开关门）
    11. QString MqttShareHandle::TopicControlDoor = "/Topic/ControlDoor";

    写了一个demo程序，如下，改程序可以通过mqtt推送开关门控制事件，模拟控制订阅“TopicControlDoor”主题的设备控制开关门，控制订阅TopicControlDevice主题的设备控制开关灯，并且订阅相关设备推送消息的主题，便于接收响应的信息

    演示下效果，比较简陋，：

    我用这个QT客户端模式外部设备

    演示视频

    通过订阅环境主题，事件，设备状态，可以接收设备的相关消息推送

    设备也订阅了控门事件，控灯事件。接收到app的推送后，也显示出来，做出相应的处理

    通过这个例子，可以认识到，mqtt的通讯方式是一对多，也可以一对一，实现方式也很简单，订阅与发布。

    订阅就相当于你关注了一个人，UP主（uploader），他要是发布了动态或者视频等，就会通知你，如果你没有关注那个人，肯定不会接收到通知

    发布就反过来，你是UP主，发布的东西只要他人关注了你，就会被通知

    这个例子的源码我就放在这里了，有什么不懂的，欢迎评论区交流哈！

    链接: https://pan.baidu.com/s/1v_xViXSHoV2QekwdKDq7SA?pwd=6666 提取码: 6666 

    为什么有了tcp通信后，还要有人写一个mqtt出来呢？

    mqtt的优势

    1. 发布/订阅模式

    MQTT 采用发布/订阅模式，允许客户端发布消息到主题（Topic），其他客户端可以订阅这些主题来接收消息。这种模式使得消息的传递更加灵活和解耦，客户端之间不需要直接连接，减少了复杂性。

    2. 轻量级

    MQTT 协议设计得非常轻量级，适合在带宽有限、网络不稳定的环境中使用，如物联网设备。MQTT 的消息头非常小，最小只有 2 字节，这使得它在低带宽网络中传输效率更高。

    3. QoS（服务质量）

    MQTT 提供了三种服务质量（QoS）级别：

    • QoS 0：最多一次（At most once），消息发送一次，不保证接收。
    • QoS 1：至少一次（At least once），消息至少发送一次，可能会重复。
    • QoS 2：恰好一次（Exactly once），消息只发送一次，保证不重复。

    QoS 0（最多一次，At most once）

    特点：

    • 消息传输是尽力而为，不保证消息到达。
    • 不进行消息确认，不做重发。
    • 最低的网络开销和延迟。

    使用场合：

    • 传感器数据：如环境温度、湿度等，定期发送，如果丢失一两条数据不会有太大影响。
    • 日志数据：实时性和完整性要求不高的日志信息。
    • 状态更新：如设备的在线状态，定期发送，如果有丢失可在下次更新时弥补。

    优点：

    • 最低的网络开销。
    • 最低的延迟。
    • 简单实现。

    缺点：

    • 不保证消息到达。
    • 可能会丢失消息。

    QoS 1（至少一次，At least once）

    特点：

    • 消息至少到达一次。
    • 发送者会重发消息直到收到接收者的确认。
    • 接收者可能会收到重复的消息，需要去重。

    使用场合：

    • 重要数据：如报警信息，需要确保接收者至少收到一次，即使可能会有重复。
    • 财务记录：如银行交易，需要确保消息到达，但可以接受重复处理。
    • 设备控制：如远程设备控制命令，需要确保命令被接收和执行，但可以手动处理重复执行。

    优点：

    • 保证消息至少到达一次。
    • 较为可靠，适用于大多数需要保证消息到达的场景。

    缺点：

    • 可能会收到重复消息，需要处理冗余。
    • 网络开销和延迟高于 QoS 0。

    QoS 2（只有一次，Exactly once）

    特点：

    • 消息保证到达且仅到达一次。
    • 通过四次消息交换确保消息的唯一性和可靠性。
    • 最高的可靠性，适合对传输可靠性要求极高的场合。

    使用场合：

    • 关键指令：如关键操作的执行命令，不能出现丢失或重复的情况。
    • 交易处理：如金融交易，需要严格的消息确保机制，要求高可靠性。
    • 数据同步：如重要数据库的同步操作，需要确保数据准确性和一致性。

    优点：

    • 保证消息仅到达一次。
    • 最高的传输可靠性。

    缺点：

    • 最高的网络开销。
    • 延迟较高，因为需要多次消息交换。
    • 实现复杂。

    这些 QoS 级别使得 MQTT 能够适应不同的应用场景，确保消息的可靠传输。

    4. 会话保持

    MQTT 支持会话保持（Session Persistence），即使在客户端断开连接后，服务器仍然可以保存客户端的订阅信息和未接收的消息，当客户端重新连接时，可以继续接收这些消息。

    5. 遗嘱消息（Last Will and Testament）

    MQTT 支持遗嘱消息（LWT），客户端可以在连接时设置一个遗嘱消息，当客户端异常断开连接时，服务器会自动发布这个遗嘱消息，通知其他客户端该客户端已经断开连接。

    6. 心跳机制

    MQTT 支持心跳机制（Keep Alive），客户端可以定期发送 PING 请求，确保连接的活跃性，服务器也可以通过 PING 响应来检测客户端的连接状态。

    7. 安全性

    MQTT 支持 TLS/SSL 加密，确保消息在传输过程中的安全性。此外，MQTT 还支持用户名和密码认证，增加了系统的安全性。

    8. 易于扩展

    MQTT 的发布/订阅模式和主题（Topic）结构使得系统易于扩展。新的客户端可以轻松地加入系统，订阅感兴趣的主题，而不需要修改现有的客户端或服务器。

    9. 广泛支持

    MQTT 协议得到了广泛的支持，有大量的客户端库和服务器实现，适用于各种编程语言和平台，如 C、C++、Java、Python、JavaScript 等。

    总结

    相比于直接使用 TCP，MQTT 提供了更高层次的抽象和功能，使得消息的传递更加灵活、可靠和高效。特别是在物联网和低带宽网络环境中，MQTT 的优势更加明显。

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