Qt与MQTT交互通信

news/2024/9/18 10:00:41/ 标签: mqtt


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

void MqttShareHandle::initMqtt()
{if (client) {return;}client.reset(new QMqttClient);QObject::connect(client.get(), &QMqttClient::connected, this, &MqttShareHandle::connected);QObject::connect(client.get(), &QMqttClient::disconnected, this, &MqttShareHandle::disconnected);QObject::connect(client.get(), &QMqttClient::errorChanged, this, &MqttShareHandle::errorChanged);QObject::connect(client.get(), &QMqttClient::messageReceived, this,[=](const QByteArray &message, const QMqttTopicName &topic) {emit messageReceived(message, topic.name());});QObject::connect(client.get(), &QMqttClient::messageReceived, this,[=](const QByteArray &message, const QMqttTopicName &topic) {onMessageReceived(message, topic.name());});
}void MqttShareHandle::connectToHost(const QString &host,quint16 port,const QString &username,const QString &password)
{if (!client || isConnected()) {return;}client->setHostname(host);client->setPort(port);client->setUsername(username);client->setPassword(password);client->connectToHost();
}
//订阅消息
void MqttShareHandle::subscribeBizTopics()
{//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const quint8 qos = 1;subscribeTopic(TopicAppEnvData, qos);subscribeTopic(TopicAppDeviceStatus, qos);subscribeTopic(TopicAppEventNotify, qos);
}bool MqttShareHandle::subscribeTopic(const QString &topic, quint8 qos)
{if (!client) {return false;}auto subscription = client->subscribe(topic, qos);return subscription ? subscription->state() == QMqttSubscription::Subscribed : false;
}//推送消息
bool MqttShareHandle::publishTopic(const QString &topic, const QByteArray &data, quint8 qos, bool retain)
{if (!client) {return false;}emit printMsg(QString("推送消息, topic:%1,data:%2").arg(topic).arg(QString(data)));auto ret = client->publish(topic, data, qos, retain);return ret != -1;
}void MqttShareHandle::onMessageReceived(const QByteArray &message, const QString &topic)
{QJsonParseError error;QJsonDocument doc = QJsonDocument::fromJson(message, &error);if (error.error != QJsonParseError::NoError) {return;}//QMetaObject::invokeMethod(this, MessageMap.value(topic).toUtf8(), Q_ARG(QByteArray,message));emit printMsg(QString("收到消息推送, topic:%1,data:%2").arg(topic).arg(QString(message)));if(topic == TopicAppEnvData) {emit appEnvDataUpdate(message);}else if(topic == TopicAppEventNotify) {emit appEventNotify(message);}else if(topic == TopicAppDeviceStatus) {emit appDeviceStatusUpdate(message);}
}

我的这个例子用了五个主题要演示推送和接收

// 环境信息更新主题
QString MqttShareHandle::TopicAppEnvData = "/Topic/EnvData";
// 设备状态更新主题
QString MqttShareHandle::TopicAppDeviceStatus = "/Topic/DeviceStatus";
// 事件通知主题
QString MqttShareHandle::TopicAppEventNotify = "/Topic/EventNotify";
//------------------------消息发布（推送）-------------------------
// 控制设备主题
QString MqttShareHandle::TopicControlDevice = "/Topic/ControlDevice";
// 控制门主题（开关门）
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。


http://www.ppmy.cn/news/1525969.html

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