代码收藏家 MQTT保留消息和遗嘱消息的应用场景和实现原理详解
MQTT协议中的保留消息和遗嘱消息是非常有用的功能，它们可以帮助我们在物联网应用中更好地管理设备和数据。下面将介绍这两个功能的应用场景和原理，并给出两个例子。
一、保留消息
- 应用场景
在MQTT协议中，当一个客户端向一个主题发布消息时，该消息可以被设置为保留消息。这意味着该消息将被保留在代理服务器上，并在新的订阅者连接到主题时被发送给它们。这个功能非常有用，因为它允许新的订阅者获取有关当前状态的信息，而不需要等待下一个实际的消息发布。一个应用场景是：假设有一个传感器设备，它测量室内温度，并将其发布到一个主题中。新的订阅者连接到主题时，他们可以获取最新的室内温度值，而不需要等待传感器再次发布消息。
- 原理
保留消息的实现方式是将消息的retained标志设置为true。当代理服务器接收到一个保留消息时，它将在内存中存储该消息，并在有新的订阅者连接到主题时将其发送给它们。当一个新的消息发布到相同的主题时，代理服务器将删除存储的保留消息，并使用新的消息覆盖它。下面是一个C#代码示例，展示如何在MQTTnet库中使用保留消息功能：
// 定义保留消息
var message = new MqttApplicationMessageBuilder()
.WithTopic("my/topic")
.WithPayload("Hello, world!")
.WithRetainFlag()
.Build();
// 发布保留消息
await mqttClient.PublishAsync(message);
二、遗嘱消息
- 应用场景
MQTT协议中的遗嘱消息是在客户端连接时指定的消息，它将在客户端断开连接时自动发布到代理服务器。这个功能非常有用，因为它允许其他客户端了解某个设备是否处于离线状态，以及何时发生了这种情况。
一个应用场景是：假设有一个门禁系统，它使用MQTT协议向代理服务器发布门的状态（开或关）。当门禁设备与代理服务器失去连接时，代理服务器将自动发布一条遗嘱消息，告诉其他订阅者门禁设备已经离线。 - 原理
遗嘱消息的实现方式是在客户端连接时设置遗嘱消息的主题和负载。当客户端意外断开连接时，代理服务器将自动将遗嘱消息发布到指定的主题，通知其他客户端此客户端已断开连接。遗嘱消息可以被看作是一个客户端离线通知的机制。例如，如果您的设备需要长时间运行而不需要用户交互，则可以配置遗嘱消息以通知其他客户端该设备已停止工作。在下面的示例中，我们将配置一个名为“dev1”的设备，它将发布一个遗嘱消息，以指示该设备已断开连接：
MqttClient client = new MqttClient(IPAddress.Parse("127.0.0.1"));
string clientId = Guid.NewGuid().ToString();
string topic = "devices/dev1/status";
string message = "offline";
MqttApplicationMessageBuilder builder = new MqttApplicationMessageBuilder()
.WithTopic(topic)
.WithPayload(message)
.WithRetainFlag()
.WithQualityOfServiceLevel(MqttQualityOfServiceLevel.AtMostOnce);
MqttClientOptions options = new MqttClientOptionsBuilder()
.WithClientId(clientId)
.WithWillMessage(builder.Build())
.Build();
await client.ConnectAsync(options);
在上面的代码中，我们使用了MQTTnet库来创建一个MqttClient对象。接着，我们定义了一个clientId和一个主题topic，以及遗嘱消息的内容message。然后，我们使用MqttApplicationMessageBuilder类创建了一个包含遗嘱消息的MqttApplicationMessage对象。此时，我们设置了MqttApplicationMessage对象的保留标志和质量等级，并将其与客户端选项一起传递给MqttClient对象。这将导致在客户端断开连接时，代理服务器自动发布遗嘱消息。
除了遗嘱消息之外，MQTT协议还支持保留消息。保留消息是指在代理服务器上持久化存储的消息，客户端可以随时订阅该消息。在订阅主题时，客户端会立即收到最近一条保留消息。保留消息通常用于在设备启动时获取最新状态。例如，设备可能向代理服务器发布一条保留消息，指示其当前状态。当客户端订阅该主题时，它将立即收到该消息，以便了解设备的当前状态。
下面是一个示例代码，展示如何创建一个保留消息：
MqttClient client = new MqttClient(IPAddress.Parse("127.0.0.1"));
string topic = "devices/dev1/status";
string message = "online";
MqttApplicationMessageBuilder builder = new MqttApplicationMessageBuilder()
.WithTopic(topic)
.WithPayload(message)
.WithRetainFlag()
.WithQualityOfServiceLevel(MqttQualityOfServiceLevel.AtMostOnce);
client.PublishAsync(builder.Build());
在上面的代码中，我们使用MqttApplicationMessageBuilder类创建了一个包含保留标志的MqttApplicationMessage对象。接着，我们使用MqttClient对象的PublishAsync方法将消息发布到代理服务器。
应用场景2：保留消息
MQTT的保留消息功能允许发布者发布一个消息，而不管当前是否有订阅者，该消息将一直保存在代理服务器上。当订阅者出现时，代理服务器将立即向订阅者推送该消息。
保留消息非常适用于那些需要实时反应的应用程序。例如，如果您正在开发一个气象应用程序，并且您希望您的用户在应用程序中查看最新的天气数据，那么您可以使用保留消息来在代理服务器上发布最新的气象数据。当用户连接到代理服务器时，它们将立即收到最新的气象数据。
让我们看一个例子。假设您正在为一个IoT系统编写代码，该系统监控一个运输公司的货物。您希望当货物超过一定温度时，发送警报。您可以使用保留消息来发布警报，以便任何连接到代理服务器的订阅者都能立即看到警报消息。
下面是一个发布保留消息的C#代码示例：
// 定义一个保留消息
var message = new MqttApplicationMessageBuilder()
.WithTopic("transport/alert")
.WithPayload("Temperature is too high!")
.WithRetainFlag(true)
.Build();
// 发布保留消息
await mqttClient.PublishAsync(message);
这个例子中，我们定义了一个主题为"transport/alert"的保留消息，将消息内容设置为"Temperature is too high!"，并将保留标志设置为true。然后我们使用MQTT客户端对象发布该消息。
当代理服务器收到该消息时，它将一直保存该消息，直到有订阅者订阅该主题。当订阅者连接到代理服务器并订阅该主题时，代理服务器将立即向订阅者推送该消息。
总结
保留消息和遗嘱消息是MQTT协议中非常有用的功能，可以帮助您构建高效，可靠的IoT应用程序。保留消息允许发布者在没有订阅者的情况下发布消息，并将其保存在代理服务器上，直到订阅者出现。遗嘱消息允许发布者在意外断开连接时发送消息。在编写MQTT应用程序时，了解这些功能的工作原理和应用场景非常重要。
