MQTT V3.1----flow

該文章轉自：聶永的博客（http://www.blogjava.net/yongboy/archive/2014/02/15/409893.html）

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網絡故障

在任何網絡環境下，都會出現一方連接失敗，比如離開公司大門那一刻沒有了WIFI信號。但持續連接的另一端-服務器可能不能立即知道對方已斷開。類似網絡異常情況，都有可能在消息發送的過程中出現，消息發送出去，就丟失了。

MQTT協議假定客戶端和服務器端穩定情況一般，彼此之通信管道不可靠，一旦客戶端網絡斷開，情況就會很嚴重，很難恢復原狀。

但別忘記，很多客戶端會有永久性存儲設備支持，比如閃存ROM、存儲卡等，在通信出現異常的情況下可以用於保存關鍵數據或狀態信息等。

總之，異常網絡情況很復雜，只能小心處理之。

消息重發策略

在QoS > 0情況下，PUBLISH、PUBREL、SUBSCRIBE、UNSUBSCRIBE等類型消息在發送者發送完之后，需要等待一個響應消息，若在一個指定時間段內沒有收到，發送者可能需要重試。重發的消息，要求DUP標記要設置為1.

等待響應的超時應該在消息成功發送之后開始算起，並且等待超時應該是可以配置選項，以便在下一次重試的時候，適當加大。比如第一次重試超時10秒，下一次可能為20秒，再一次重試可能為60秒呢。當然，還要有一個重試次數限制的。

還 有一種情況，客戶端重新連接，但未在可變頭部中設置clean session標記，但雙方(客戶端和服務器端)都應該重試先前未發送的動態消息（in-flight messages）。客戶端不被強制要求發送未被確認的消息，但服務器端就得需要重發那些未被去確認的消息。

QoS level決定的消息流

QoS level為Quality of Service level的縮寫，翻譯成中文，服務質量等級。

MQTT 3.1協議在"4.1 Quality of Service levels and flows"章節中，僅僅討論了客戶端到服務器的發布流程，不太完整。因為決定消息到達率，能夠提升發送質量的，應該是服務器發布PUBLISH消息到訂閱者這一消息流方向。

QoS level 0

至多發送一次，發送即丟棄。沒有確認消息，也不知道對方是否收到。

Client

Server
QoS = 0	PUBLISH ---------->	Action: Publish message to subscribers then Forget Reception: <=1

針對的消息不重要，丟失也無所謂。

網絡層面，傳輸壓力小。

QoS level 1

所有QoS level 1都要在可變頭部中附加一個16位的消息ID。

SUBSCRIBE和UNSUBSCRIBE消息使用QoS level 1。

針對消息的發布，Qos level 1，意味着消息至少被傳輸一次。

發送者若在一段時間內接收不到PUBACK消息，發送者需要打開DUB標記為1，然后重新發送PUBLISH消息。因此會導致接收方可能會收到兩次PUBLISH消息。針對客戶端發布消息到服務器的消息流：

Client

Server
QoS = 1 DUP = 0 Message ID = x Action: Store message	PUBLISH ---------->	Actions: Store message Publish message to subscribers Delete message Reception: >=1
Action: Discard message	PUBACK <----------	Message ID = x

針對服務器發布到訂閱者的消息流：

Server

Subscriber
QoS = 1 DUP = 0 Message ID = x	PUBLISH ---------->	Actions: Store message Make message available                        Reception: >=1
	PUBACK <----------	Message ID = x

發 布者（客戶端/服務器）若因種種異常接收不到PUBACK消息，會再次重新發送PUBLISH消息，同時設置DUP標記為1。接收者以服務器為例，這可能 會導致服務器收到重復消息，按照流程，broker（服務器）發布消息到訂閱者（會導致訂閱者接收到重復消息），然后發送一條PUBACK確認消息到發布 者。

在業務層面，或許可以彌補MQTT協議的不足之處：重試的消息ID一定要一致接收方一定判斷當前接收的消息ID是否已經接受過

但一樣不能夠完全確保，消息一定到達了。

QoS level 2

僅僅在PUBLISH類型消息中出現，要求在可變頭部中要附加消息ID。

級別高，通信壓力稍大些，但確保了僅僅傳輸接收一次。

先看協議中流程圖，Client -> Server方向，會有一個總體印象：

Client

Server
QoS = 2 DUP = 0 Message ID = x Action: Store message	PUBLISH ---------->	Action(a) Store message or Actions(b): Store message ID Publish message to subscribers
	PUBREC <----------	Message ID = x
Message ID = x	PUBREL ---------->	Actions(a): Publish message to subscribers Delete message or Action(b): Delete message ID
Action: Discard message	PUBCOMP <----------	Message ID = x

Server -> Subscriber：

Server

Subscriber
QoS = 2 DUP = 0 Message ID = x	PUBLISH ---------->	Action: Store message
	PUBREC <----------	Message ID = x
Message ID = x	PUBREL ---------->	Actions: Make message available
	PUBCOMP <----------	Message ID = x

Server 端采取的方案a和b，都包含了何時消息有效，何時處理消息。兩個方案二選一，Server端自己決定。但無論死采取哪一種方式，都是在QoS level 2協議范疇下，不受影響。若一方沒有接收到對應的確認消息，會從最近一次需要確認的消息重試，以便整個（QoS level 2）流程打通。

消息順序

消息順序會受許多因素的影響，但對於服務器程序，必須保證消息傳遞流程的每個階段要和開始的順序一致。例如，在QoS level 2定義的消息流中，PUBREL流必須和PUBLISH流具有相同的順序發送：

Client

Server
	PUBLISH 1 ----------> PUBLISH 2 ----------> PUBLISH 3 ---------->
	PUBREC 1 <---------- PUBREC 2 <----------
	PUBREL 1 ---------->
	PUBREC 3 <----------
	PUBREL 2 ---------->
	PUBCOMP 1 <----------
	PUBREL 3 ---------->
	PUBCOMP 2 <---------- PUBCOMP 3 <----------

流動消息(in-flight messages)數量允許有一個可保證的效果：

• 在流動消息(in-flight)窗口1中，每個傳遞流在下一個流開始之前完成。這保證消息以提交的順序傳遞
• 在流動消息(in-flight)大於1的窗口，只能在QoS level內被保證消息的順序

消息的持久化

在MQTT協議中，PUBLISH消息固定頭部RETAIN標記，只有為1才要求服務器需要持久保存此消息，除非新的PUBLISH覆蓋。

對於持久的、最新一條PUBLISH消息，服務器不但要發送給當前的訂閱者，並且新的訂閱者(new subscriber，同樣需要訂閱了此消息對應的Topic name）會馬上得到推送。

Tip：新來乍到的訂閱者，只會取出最新的一個RETAIN flag = 1的消息推送，不是所有。

 

小結

mqtt的消息流，以小和輕量為主要目標，QoS級別進行了消息傳輸的保證。