MQTT协议笔记之mqtt.io项目TCP协议支持

前言

MQTT定义了物联网传输协议，其标准倾向于原始TCP实现。构建于TCP的上层协议堆栈，诸如HTTP等，在空间上多了一些处理路径，稍微耗费了CPU和内存，虽看似微乎其微，但对很多处理能力不足的嵌入式设备而言，选择原始的TCP却是最好的选择。

但单纯TCP不是所有物件联网的最佳选择，提供构建与TCP基础之上的传统的HTTP通信支持，尤其是浏览器、性能富裕的桌面涉及领域，还是企业最可信赖、最可控的传输方式之一。支持多种多样的连接通道，让目前所有一切皆可联网，除了原始TCP Socket，还要支持构建于其之上的HTTP、HTML5 Websocket，就很有必要。

mqtt.io，Pub/Sub中间件，也可以称之为推送服务器，涵盖所有主流桌面系统、浏览器平台，并且倾斜于移动互联网，以及物联网的广阔适应天地。使用一句英文概括可能更为合适："Make everything connect”，让所有物件都可连接。其业务目标，可用下图概括：

mqtt.io致力于做下一代支持所有主流桌面平台、所有主流浏览器、所有可联网物件都可以联网的PUB/SUB消息推送系统。

构建此系统，在于降低传统企业各自分散的推送系统，统一运营，统一管理，节省人员、运维开支。

注意事项

mqtt.io是一个项目名称，没有官网，http://www.mqtt.io，和这个项目没有一毛钱关系。
项目地址：https://github.com/yongboy/mqtt.io，
项目名称启发于 http://socket.io http://netty.io 等知名framework。
目前只实现QoS 0基本特性，实现概览，后期会根据反馈，做出一些调整

依赖

netty 4，目前JAVA IO界明星
mqtt-library 二进制和MQTT对象的转换，这种苦活累活都是它来做，真心让人喜欢。

数据流转

解码器

用于转换二进制流到JAVA对象的过程：

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package io.mqtt.handler.coder;

import io.netty.buffer.ByteBuf;

import io.netty.channel.ChannelHandlerContext;

import io.netty.handler.codec.MessageToMessageDecoder;

import java.io.ByteArrayInputStream;

import java.util.List;

import org.meqantt.message.Message;

import org.meqantt.message.MessageInputStream;

public class MqttMessageNewDecoder extends MessageToMessageDecoder<ByteBuf> {

@Override

public void decode(ChannelHandlerContext ctx, ByteBuf buf,

List<Object> out) throws Exception {

if (buf.readableBytes() < 2) {

return;

}

buf.markReaderIndex();

buf.readByte(); // read away header

int msgLength = 0;

int multiplier = 1;

int digit;

int lengthSize = 0;

do {

lengthSize++;

digit = buf.readByte();

msgLength += (digit & 0x7f) * multiplier;

multiplier *= 128;

if ((digit & 0x80) > 0 && !buf.isReadable()) {

buf.resetReaderIndex();

return;

}

} while ((digit & 0x80) > 0);

if (buf.readableBytes() < msgLength) {

buf.resetReaderIndex();

return;

}

byte[] data = new byte[1 + lengthSize + msgLength];

buf.resetReaderIndex();

buf.readBytes(data);

MessageInputStream mis = new MessageInputStream(

new ByteArrayInputStream(data));

Message msg = mis.readMessage();

mis.close();

out.add(msg);

}

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编码器

对所有要写入网卡缓冲区的JAVA对象转换成二进制：

12345678910111213141516171819202122232425

package io.mqtt.handler.coder;

import io.netty.buffer.Unpooled;

import io.netty.channel.ChannelHandler.Sharable;

import io.netty.channel.ChannelHandlerContext;

import io.netty.handler.codec.MessageToMessageEncoder;

import java.util.List;

import org.meqantt.message.Message;

@Sharable

public class MqttMessageNewEncoder extends MessageToMessageEncoder<Object> {

@Override

protected void encode(ChannelHandlerContext ctx, Object msg,

List<Object> out) throws Exception {

if (!(msg instanceof Message)) {

return;

}

byte[] data = ((Message) msg).toBytes();

out.add(Unpooled.wrappedBuffer(data));

}

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借助于mqtt-library项目，编解码不复杂。

MQTT的消息处理

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package io.mqtt.handler;

import io.mqtt.processer.ConnectProcesser;

import io.mqtt.processer.DisConnectProcesser;

import io.mqtt.processer.PingReqProcesser;

import io.mqtt.processer.Processer;

import io.mqtt.processer.PublishProcesser;

import io.mqtt.processer.SubscribeProcesser;

import io.mqtt.processer.UnsubscribeProcesser;

import io.netty.channel.ChannelFutureListener;

import io.netty.channel.ChannelHandlerContext;

import io.netty.channel.ChannelInboundHandlerAdapter;

import io.netty.handler.timeout.ReadTimeoutException;

import java.util.Collections;

import java.util.HashMap;

import java.util.Map;

import org.meqantt.message.ConnAckMessage;

import org.meqantt.message.ConnAckMessage.ConnectionStatus;

import org.meqantt.message.DisconnectMessage;

import org.meqantt.message.Message;

import org.meqantt.message.Message.Type;

import org.meqantt.message.PingRespMessage;

public class MqttMessageHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter {

private static PingRespMessage PINGRESP = new PingRespMessage();

private static final Map<Message.Type, Processer> processers;

static {

Map<Message.Type, Processer> map = new HashMap<Message.Type, Processer>(

6);

map.put(Type.CONNECT, new ConnectProcesser());

map.put(Type.PUBLISH, new PublishProcesser());

map.put(Type.SUBSCRIBE, new SubscribeProcesser());

map.put(Type.UNSUBSCRIBE, new UnsubscribeProcesser());

map.put(Type.PINGREQ, new PingReqProcesser());

map.put(Type.DISCONNECT, new DisConnectProcesser());

processers = Collections.unmodifiableMap(map);

}

@Override

public void exceptionCaught(ChannelHandlerContext ctx, Throwable e)

throws Exception {

try {

if (e.getCause() instanceof ReadTimeoutException) {

ctx.write(PINGRESP).addListener(

ChannelFutureListener.CLOSE_ON_FAILURE);

} else {

ctx.channel().close();

}

} catch (Throwable t) {

t.printStackTrace();

ctx.channel().close();

}

e.printStackTrace();

}

@Override

public void channelRead(ChannelHandlerContext ctx, Object obj)

throws Exception {

Message msg = (Message) obj;

Processer p = processers.get(msg.getType());

if (p == null) {

return;

}

Message rmsg = p.proc(msg, ctx);

if (rmsg == null) {

return;

}

if (rmsg instanceof ConnAckMessage

&& ((ConnAckMessage) rmsg).getStatus() != ConnectionStatus.ACCEPTED) {

ctx.write(rmsg).addListener(ChannelFutureListener.CLOSE);

} else if (rmsg instanceof DisconnectMessage) {

ctx.write(rmsg).addListener(ChannelFutureListener.CLOSE);

} else {

ctx.write(rmsg).addListener(ChannelFutureListener.CLOSE_ON_FAILURE);

}

@Override

public void channelReadComplete(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {

ctx.flush();

}

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更具体的可以查看项目。

小结

简单介绍了一个简单的不能再简单的MQTT Server，只具有最基本的QoS 0类型的消息订阅等。

后面，对HTML 5 Websocket，会在现有基础代码之上，不做多大改动，增加对MQTT Over WebSocket的支持。