前言
本篇會把連接(CONNECT)、心跳(PINGREQ/PINGRESP)、確認(rèn)(CONNACK)、斷開連接(DISCONNECT)和在一起。
CONNECT
像前面所說，MQTT有關(guān)字符串部分采用的修改版的UTF-8編碼，CONNECT可變頭部中協(xié)議名稱、消息體都是采用修改版的UTF-8編碼。前面基本上可變頭部內(nèi)容不多，下面是一個較為完整的CONNECT消息結(jié)構(gòu)：
| | Description | 7 | 6 | 5 | 4 | 3 | 2 | 1 | 0 |
|---|
| Fixed header/固定頭部 |
| | Message Type(1) | DUP flag | QoS level | RETAIN |
byte 1 | | 0 | 0 | 0 | 1 | x | x | x | x |
| byte 2 | Remaining Length |
| Variable header/可變頭部 |
| Protocol Name |
| byte 1 | Length MSB (0) | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| byte 2 | Length LSB (6) | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 |
| byte 3 | 'M' | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 |
| byte 4 | 'Q' | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 |
| byte 5 | 'I' | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 |
| byte 6 | 's' | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 |
| byte 7 | 'd' | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 |
| byte 8 | 'p' | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| Protocol Version Number |
| byte 9 | Version (3) | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 |
| Connect Flags |
| User Name Flag | Password Flag | Will Retain | Will QoS | Will Flag | Clean Session | Reserved |
byte 10 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | x |
| Keep Alive timer |
| byte 11 | Keep Alive MSB (0) | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| byte 12 | Keep Alive LSB (10) | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 |
| Payload/消息體 |
Client Identifier(客戶端ID) 1-23個字符長度，客戶端到服務(wù)器的全局唯一標(biāo)志，如果客戶端ID超出23個字符長度，服務(wù)器需要返回碼為2，標(biāo)識符被拒絕響應(yīng)的CONNACK消息。
處理QoS級別1和2的消息ID中，可以使用到。
必填項(xiàng)。 |
Will Topic Will Flag值為1，這里便是Will Topic的內(nèi)容。QoS級別通過Will QoS字段定義，RETAIN值通過Will RETAIN標(biāo)識，都定義在可變頭里面。 |
Will Message Will Flag若設(shè)為1，這里便是Will Message定義消息的內(nèi)容，對應(yīng)的主題為Will Topic。如果客戶端意外的斷開觸發(fā)服務(wù)器PUBLISH此消息。
長度有可能為0。
在CONNECT消息中的Will Message是UTF-8編碼的，當(dāng)被服務(wù)器發(fā)布時則作為二進(jìn)制的消息體。 |
User Name 如果設(shè)置User Name標(biāo)識，可以在此讀取用戶名稱。一般可用于身份驗(yàn)證。協(xié)議建議用戶名為不多于12個字符，不是必須。 |
Password 如果設(shè)置Password標(biāo)識，便可讀取用戶密碼。建議密碼為12個字符或者更少，但不是必須。 |
可變頭部
協(xié)議名稱和協(xié)議版本都是固定的。
連接標(biāo)志(Connect Flags)
一個字節(jié)表示，除了第1位是保留未使用，其它7位都具有不同含義。
業(yè)務(wù)上很重要，對消息總體流程影響很大，需要牢記。
Clean Session
0，表示如果訂閱的客戶機(jī)斷線了，要保存為其要推送的消息（QoS為1和QoS為2），若其重新連接時，需將這些消息推送（若客戶端長時間不連接，需要設(shè)置一個過期值）。
1，斷線服務(wù)器即清理相關(guān)信息，重新連接上來之后，會再次訂閱。
Will Flag
定義了客戶端（沒有主動發(fā)送DISCONNECT消息）出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)異常導(dǎo)致連接中斷的情況下，服務(wù)器需要做的一些措施。
簡而言之，就是客戶端預(yù)先定義好，在自己異常斷開的情況下，所留下的最后遺愿（Last Will），也稱之為遺囑（Testament）。
這個遺囑就是一個由客戶端預(yù)先定義好的主題和對應(yīng)消息，附加在CONNECT的可變頭部中，在客戶端連接出現(xiàn)異常的情況下，由服務(wù)器主動發(fā)布此消息。
只有在Will Flag位為1時，Will Qos和Will Retain才會被讀取，此時消息體payload中要出現(xiàn)Will Topic和Will Message具體內(nèi)容，否則，Will QoS和Will Retain值會被忽略掉。
Will Qos
兩位表示，和PUBLISH消息固定頭部的QoS level含義一樣。這里先掠過，到PUBLISH消息再回過頭來看看，會更明白些。
若標(biāo)識了Will Flag值為1，那么Will QoS就會生效，否則會被忽略掉。
Will RETAIN
如果設(shè)置Will Flag，Will Retain標(biāo)志就是有效的，否則它將被忽略。
當(dāng)客戶端意外斷開服務(wù)器發(fā)布其Will Message之后，服務(wù)器是否應(yīng)該繼續(xù)保存。這個屬性和PUBLISH固定頭部的RETAIN標(biāo)志含義一樣，這里先掠過。
User name 和 password Flag：
用于授權(quán)，兩者要么為0要么為1，否則都是無效。都為0，表示客戶端可自由連接/訂閱，都為1，表示連接/訂閱需要授權(quán)。
Payload/消息體
消息體定義的消息順序（如上表所示），約定俗成，不得更改，否則將可能引起混亂。
若Will Flag值為0，那么在payload中，Client Identifer后面就不會存在Will Topic和Will Message內(nèi)容。
若User Name和Password都為0，意味著Payload/消息體中，找不到User Name和password的值，就算有，也是無效。標(biāo)志決定著是否讀取與否。
心跳時間(Keep Alive timer)
以秒為單位，定義服務(wù)器端從客戶端接收消息的最大時間間隔。一般應(yīng)用服務(wù)會在業(yè)務(wù)層次檢測客戶端網(wǎng)絡(luò)是否連接，不是TCP/IP協(xié)議層面的心跳機(jī)制(比如開啟SOCKET的SO_KEEPALIVE選項(xiàng))。
一般來講，在一個心跳間隔內(nèi)，客戶端發(fā)送一個PINGREQ消息到服務(wù)器，服務(wù)器返回PINGRESP消息，完成一次心跳交互，繼而等待下一輪。若客戶端沒有收到心跳反饋，會關(guān)閉掉TCP/IP端口連接，離線。
16位兩個字節(jié)，可看做一個無符號的short類型值。最大值，2^16-1 = 65535秒 = 18小時。最小值可以為0，表示客戶端不斷開。一般設(shè)為幾分鐘，比如微信心跳周期為300秒。
Will Message編碼
Will Message在CONNECT Payload/息體中，使用UTF-8編碼。假設(shè)內(nèi)容為“abcd”，大概如下：
| | Description | 7 | 6 | 5 | 4 | 3 | 2 | 1 | 0 |
|---|
| byte 1 | Length MSB (0) | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| byte 2 | Length LSB (4) | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 |
| byte 3 | 'a' (0x61) | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 |
| byte 4 | 'b' (0x62) | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 |
| byte 5 | 'c' (0x63) | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 |
| byte 6 | 'd' (0x64) | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 |
有一點(diǎn)需要記住，PUBLISH的Payload/消息體中以二進(jìn)制編碼保存。
某刻客戶端異常關(guān)閉觸發(fā)服務(wù)器會PUBLISH此消息。那么服務(wù)器會直接把byte3-byte6之間字符取出，保存為二進(jìn)制，附加到PUBLISH消息體中，大概存儲如下：
| | Description | 7 | 6 | 5 | 4 | 3 | 2 | 1 | 0 |
|---|
| byte 1 | 'a' (0x61) | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 |
| byte 2 | 'b' (0x62) | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 |
| byte 3 | 'c' (0x63) | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 |
| byte 4 | 'd' (0x64) | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 |
另外，MQTT 3.1協(xié)議對Will message的說明很容易引起誤解，3.1.1草案已經(jīng)得到修正。
相關(guān)說明：
http://mqtt.org/wiki/doku.php/willmessageutf8_support
https://tools.oasis-open.org/issues/browse/MQTT-2
連接異常中斷通知機(jī)制
CONNECT消息一旦設(shè)置在可變頭部設(shè)置了Will flag標(biāo)記，那就啟用了Last-Will-And-Testament特性，此特性很贊。
一旦客戶端出現(xiàn)異常中斷，便會觸發(fā)服務(wù)器發(fā)布Will Message消息到Will Topic主題上去，通知Will Topic訂閱者，對方因異常退出。
接收CONNECT后的響應(yīng)動作
接收到CONNECT消息之后，服務(wù)器應(yīng)該返回一個CONNACK消息作為響應(yīng)：
- 若客戶端繞過CONNECT消息直接發(fā)送其它類型消息，服務(wù)器應(yīng)關(guān)閉此非法連接
若客戶端發(fā)送CONNECT之后未收到CONNACT，需要關(guān)閉當(dāng)前連接，然后重新連接
- 相同Client ID客戶端已連接到服務(wù)器，先前客戶端必須斷開連接后，服務(wù)器才能完成新的客戶端CONNECT連接
客戶端發(fā)送無效非法CONNECT消息，服務(wù)器需要關(guān)閉
CONNACK
一個完整的CONNACK消息大致如下：
| | Description | 7 | 6 | 5 | 4 | 3 | 2 | 1 | 0 |
|---|
| Fixed header/固定頭部 |
| byte 1 | | Message type (2) | DUP flag | QoS flags | RETAIN |
| | | 0 | 0 | 1 | 0 | x | x | x | x |
| byte 2 | | Remaining Length (2) |
| | | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 |
| Variable header/可變頭部 |
| Topic Name Compression Response |
| byte 1 | Reserved values. Not used. | x | x | x | x | x | x | x | x |
| Connect Return Code |
| byte 2 | Return Code | | | | | | | | |
可變頭部第一個字節(jié)為保留，無甚用處。第二個字節(jié)為連接握手返回碼：
| 返回值 | 16進(jìn)制 | 含義 |
| 0 | 0x00 | Connection Accepted |
| 1 | 0x01 | Connection Refused: unacceptable protocol version |
| 2 | 0x02 | Connection Refused: identifier rejected |
| 3 | 0x03 | Connection Refused: server unavailable |
| 4 | 0x04 | Connection Refused: bad user name or password |
| 5 | 0x05 | Connection Refused: not authorized |
| 6-255 | | Reserved for future use |
只有0-5目前被使用到，其他值有待日后使用。一般返回值為0x00，表示連接建立。非法的請求，需要返回相應(yīng)的數(shù)值。
從上面看出，一個CONNACT，四個字節(jié)表示。一個正常的CONNACT消息實(shí)際內(nèi)容可能如下：
0x20 0x02 0x00 0x00
若是在私有協(xié)議中，兩個字節(jié)就足夠了。
很多時候，客戶端和服務(wù)器端在沒有消息傳遞時，會一直保持著連接。雖然不能依靠TCP心跳機(jī)制（比如SO_KEEPALIVE選項(xiàng)），業(yè)務(wù)層面定義心跳機(jī)制，會讓連接狀態(tài)檢測、控制更為直觀。
PINGREQ
由客戶端發(fā)送到服務(wù)器端，證明自己還在一直連接著呢。兩個字節(jié)，固定值。
| | Description | 7 | 6 | 5 | 4 | 3 | 2 | 1 | 0 |
|---|
| Fixed header/固定頭部 |
| byte 1 | | Message type (12) | DUP flag | QoS flags | RETAIN |
| | | 1 | 1 | 0 | 0 | x | x | x | x |
| byte 2 | | Remaining Length (0) |
| | | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
客戶端會在一個心跳周期內(nèi)發(fā)送一條PINGREQ消息到服務(wù)器端。
心跳頻率在CONNECT可變頭部“Keep Alive timer”中定義時間，單位為秒，無符號16位short表示。
PINGRESP
服務(wù)器收到PINGREQ請求之后，會立即響應(yīng)一個兩個字節(jié)固定格式的PINGRESP消息。
| | Description | 7 | 6 | 5 | 4 | 3 | 2 | 1 | 0 |
|---|
| Fixed header/固定頭部 |
| byte 1 | | Message type (13) | DUP flag | QoS flags | RETAIN |
| | | 1 | 1 | 0 | 1 | x | x | x | x |
| byte 2 | | Remaining Length (0) |
| | | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
服務(wù)器一般若在1.5倍的心跳周期內(nèi)接收不到客戶端發(fā)送的PINGREQ，可考慮關(guān)閉客戶端的連接描述符。此時的關(guān)閉連接的行為和接收到客戶端發(fā)送DISCONNECT消息的處理行為一致，但對客戶端的訂閱不會產(chǎn)生影響（不會清除客戶端訂閱數(shù)據(jù)），這個需要牢記。
若客戶端發(fā)送PINGREQ之后的一個心跳周期內(nèi)接收不到PINGRESP消息，可考慮關(guān)閉TCP/IP套接字連接。
DISCONNECT
客戶端主動發(fā)送到服務(wù)器端，表明即將關(guān)閉TCP/IP連接。此時要求服務(wù)器要完整、干凈的進(jìn)行斷開處理，不能僅僅類似于關(guān)閉連接描述符類似草草處理之。
需要兩個字節(jié)，值固定：
| | Description | 7 | 6 | 5 | 4 | 3 | 2 | 1 | 0 |
|---|
| Fixed header/固定頭部 |
| byte 1 | | Message type (14) | DUP flag | QoS flags | RETAIN |
| | | 1 | 1 | 1 | 0 | x | x | x | x |
| byte 2 | | Remaining Length (0) |
| | | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
服務(wù)器要根據(jù)先前此客戶端在發(fā)送CONNECT消息可變頭部Connect flag中的“Clean session flag”所設(shè)置值，再次復(fù)習(xí)一下：
值為0，服務(wù)器必須在客戶端斷開之后繼續(xù)存儲/保持客戶端的訂閱狀態(tài)。這些狀態(tài)包括：
- 存儲訂閱的消息QoS1和QoS2消息
- 正在發(fā)送消息期間連接丟失導(dǎo)致發(fā)送失敗的消息
- 以便當(dāng)客戶端重新連接時以上消息可以被重新傳遞。
值為1，服務(wù)器需要立刻清理連接狀態(tài)數(shù)據(jù)。
有一點(diǎn)需要牢記，服務(wù)器在接收到客戶端發(fā)送的DISCONNECT消息之后，需要主動關(guān)閉TCP/IP連接。