本篇仅仅是记录一下MQTT学习的过程和感想，文字偏多

前言

总结一下MQTT协议的学习过程, 大概分为9步。

在IoT最热门时，有过一些了解，仅限名词解释。这次在为工厂装修设计时，涉及到了一些智能设备，也因此近距离接触到了MQTT协议相关的系统。虽然直接采购的是成品（包含施工方案），但出于好奇和喜欢动手的本能，我想学习一下MQTT通信应用协议

使用

直接体验采购的智能设备，也算是使用，但总感觉少了点什么-感觉没有真正体验到MQTT协议通信。基于此种想法，翻阅MQTT环境搭建的指导文章，开始在自己的电脑上捣鼓安装MQTT客户端软件和MQTT服务器软件，一番折腾后，成功安装了MQTTX和mosquitto。

在MQTTX客户端上，看到可以成功的接收消息和发送消息，瞬间有种傻瓜式的成就感（我会用MQTT协议啦）。

体验完MQTTX，按照mosquitto官方指导，竟然发现它既可用作服务器同时还可用做客户端，在mac终端中急切的敲着发送主题的命令，在MQTTX上看到收到的消息，就一个感觉：呗爽。

对于一个新手，MQTTX和mosquitto的成就感促使我想继续阅读MQTT相关的文章，也因此从MQTT官网找到了Steve's Internet Guide博客。

体验了MQTT软件和阅读了Steve's Internet Guide后，对运行一个客户端源码工程十分渴望，如此优秀的博客，配上程序运行时的日志，简直是学习MQTT的“下饭菜”。决定了就开干，从MQTT官网选型合适的MQTT协议实现库，最终我选定了Elipse paho。

实践

Elipse paho共包含了17种版本,涉及多种语言（C语言，python, javascript, C++, golang, ruby, rust), 我实践学习用的是paho.mqtt.java版本。

用IntelliJ IDEA(社区版)创建一个属于自己的命令式应用MQTTHarvey, 将“org.eclipse.paho.mqttv5.client” 源码引入自己的应用。然后创建自己实践用入口代码（包括场景模拟和日志打印）。

最佳体验的方式：上手直接敲代码，调用核心功能API，看效果。如果API不熟，记住功能名称，疯狂的在掘金中搜索相关的介绍文章，比如：MQTT如何发送主题， MQTT如何订阅等等。

在首次成功运行已集成好源码的工程后，针对PUBLISH，SUBCRIBE需要先实践一遍（当然，最初我对实践这两个消息的称呼为：发送消息，接收消息).

消息的发送和接收源码在哪里？带着这个疑问，“胡乱一通”断点，终于找到了地方，接收消息的文件是MqttInputStream.java, 发送消息的文件是MqttOutputStream.java。

协议流到底是什么样子？能不能输出这些字节流，以观其全貌，知其结构。

协议初探

既然是协议，那必然有数据格式规范，编码后的数据按照字节流的方式进行传输，那么将字节流按照字节一个一个打印日志输出出来，就是协议的样子。我应该最先了解哪个协议样子呢？依据基础常识，MQTT客户端开始运行时，与服务端建立连接肯定是第一次联网操作，既然是这个样子，MQTT有没有关于联机的协议呢？经过一顿搜索，CONNECT 是关于客户端连接服务器的协议。那如何将其打印出来呢？因为都是字节流，又不了解协议规范，想要打印出来真的比较难。

正向研究协议在刚开始阶段，硬杠还是比较浪费时间的，甚至会打击继续学习的信心。后来我才用了一个比较讨巧的方式， 写一段只包含连接服务器的代码，就可以解决难以仅仅打印CONNECT协议的问题。

在二进制流打印完成后，在IDE控制台看到的日志，其实都是一个字节一个字节的字符串信息，很难以看懂。这个时候就需要拿出MQTT规范文档找到CONNECT协议的定义，然后手动尝试去解析每个字节，直到可以把字节都能和规范对上号，才可以证明对这个协议稍微搞懂了。

在手动完成CONNECT协议后，我就迫不及待的想看看消息发送协议，后来想了一下，没必要那么急，毕竟发送消息协议是如此的重要，肯定是比较复杂的。调整一下探究方向，一个新手，想要学习协议分析，从简单的协议入手，比如：断开连接，心跳。因此，我第二个分析的协议就是DISCONNECT，带着好奇的激情，最终完成了这个协议分析，那一天晚上睡觉时，感觉都是无比的开心。

解码

其实软件的职责就是能自动解决规范化的一些流程问题，数据格式问题。在协议初探时，还停留在手动分析字节流阶段，毕竟MQTT客户端如果应用在真实场景，自动解码字节流这样的功能，肯定是必备的。

既然在研究MQTT协议，那就需要拿出点诚意，自己写程序来解码字节流，然后将其拆解为规范中可描述的文字。

依然从简单的协议分析，然后再去分析复杂的。通过MQTT规范文档了解到，CONNECT，PING，DISCONNECT都是相对比较简单的，也容易写测试代码来完成解码实验场景。

在真正通过代码来解码CONNECT协议时，才发现固定头，可变头真的在用代码一步一步解码时，非常容易出错，因为是新手，再加上急于求成（毕竟已经会手动分析了），程序要么执行到一半就发生异常，要么在测试代码中稍微调整一下参数，程序就会崩溃。冷静下来后，发现还是要按照规范文档，一个属性一个属性往下研究，不能急躁。并且在这个过程中，发现自己对待MQTT规范不够重视，连数据类型都直接给忽略了，比如规范中的 “1.5 Data representation” 内容。因为没有重视它，导致在按照规范实现解码时，时常囫囵吞枣，自己认为是代表的是什么意思，就赶紧敲代码实现。

在刚开始对协议解码时，因为懒，所以只针对数据包的头部做了解码，完成了控制包类型1到14（控制包类型：“2.1.2 MQTT Control Packet type”）。完成之后，回看代码发现重复代码很多，分析完重复部分后，才发现像Reason Code，UTF-8 Encoded, Variable Byte Integer这些都是具有全局性的，即：可以把他们的解码分别做成公共部分。为了证实自己的这一点理解，赶紧翻看客户端源码是不是这样的，果不其然，理解正确。

工程分析

因为已经完成了一部分的解码工作，并且对MQTT规范阅读也已经上道，所以就想歇一歇，安静的学习一下客户端源码，它到底是如何实现发送接收消息的，它的代码是如何实现了每一条MQTT规范的。带着这些疑问，先确定程序执行每个控制包的方法调用流程，然后确定运行时的线程数，最终再分析代码之间的依赖关系。

代码跟踪是枯燥的，看别人将协议实现的如此漂亮，深深的受了打击。

每天偶尔看看源码，想象是自己在维护它，熟练的记住每个API，让自己的信心慢慢恢复。

术语理解

有了阅读MQTT规范的技能，自己解码的能力和分析源码之后，有种放空茫然的感觉。MQTT到底是什么，我如何描述它，它在布道时，是如何宣传的，等等？

可能要解决上述疑惑，需要找MQTT官方资料认真学习一下，然后再看看中文是如何教授的。

因此，我从MQTT官网找到HIVEMQ发布的MQTT基础文章，整个系列有十部分内容，然后再逐字逐句翻译，通过翻译，让自己产生疑问，然后再带着疑问去阅读MQTT规范，如果还是无法理解，再通过代码做实验。总之，硬着头皮也要将MQTT规范中的术语或者别人对MQTT的描述理解清楚。

场景模拟

在完成HIVEMQ基础文章的翻译之后，算得上对MQTT有点感觉了，也因此想要将自己的实践测试代码，能不能按照使用场景，分别实现一遍。

场景

• 
  
• 连接 -> 断开 -> 重连
  
• 连接 -> 订阅 -> 解除订阅
  
• 连接 -> 心跳
  
• 连接 -> 恢复会话
  
• 等等
  

为什么做这样的事情，我是基于2个原因：1. 我对代码库API及参数使用不熟 2. 提前模拟这些场景，对实战中发生的故障分析，肯定有指导作用

MQTT协议实现

通过一系列的学习和实践，如果真的已经搞懂了MQTT，那么我应该自己可以实现一个简化版的MQTT客户端

比如：实现最简化的功能，连接broker服务器

graph TD

建立Socket --> 发送CONNECT协议 --> 解析CONNACK

当然，自研一个MQTT客户端，从个人来讲，确实对技术能力提升有很大帮助，从公司来讲，那就是Money（比如：杭州映云科技有限公司）。

扩展

短时间内是否真的可以搞懂MQTT？难。协议规范纯理论学习是可以慢慢搞的十分清楚的，但MQTT最终是为了解决生活中实际的通信问题的，那就意味网络原因，数据安全也好，都可能让一个开发人员耗费大量的时间去排查定位问题。基于此种考虑，想要提高技能，增加增经验，可能需要建立问题库，及查看其他人或者公司在使用MQTT过程中的问题列表，并且尝试思考是否能给出解决方案。