Qt与MQTT交互通信
只是个~小不点 2024-10-18 10:35:01 阅读 59
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
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)。
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
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。
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 <code>sensors/temperature/kitchen。代理接收消息并进行处理。
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。
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。
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
<code>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。
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