MQTT 入门：轻量级物联网通信协议

2025年5月21日

MQTT（Message Queuing Telemetry Transport）是一种基于发布/订阅模式的轻量级通信协议，广泛应用于物联网（IoT）、智能家居和工业自动化等领域。它的设计简单，占用资源少，非常适合小型设备和低带宽网络。

MQTT的主要特点

轻量级：协议设计简单，占用资源少，适合小型设备和低带宽网络。
发布/订阅模式：通过主题（Topic）进行消息发布和订阅，实现多对多的通信。
可靠性：支持三种服务质量（QoS）等级，确保消息传输的可靠性。

服务质量（QoS）等级

QoS等级	描述
QoS 0	至多一次传递（最多发送一次，不保证到达）
QoS 1	至少一次传递（保证到达，但可能重复）
QoS 2	恰好一次传递（保证到达且不重复）

使用场景

物联网设备：智能家居、车联网、工业物联网等场景，需要实时数据传输和控制。
低带宽环境：卫星链路、偶尔拨号的设备等，需要在有限带宽下保持可靠通信。
实时监控：需要实时监控和控制的场景，如智能交通、智能制造。

解决的问题

低带宽下实时通信：在有限带宽条件下提供可靠的实时消息传输。
设备间解耦：通过发布/订阅模式，实现设备间的解耦和异步通信。
资源占用少：适合资源有限的设备，如小型嵌入式系统。

Python与MQTT相关的常用组件库

Paho-MQTT

Paho-MQTT是Python中最常用的MQTT客户端库，由Eclipse基金会开发。它支持MQTT协议版本3.1、3.1.1和5.0，提供了连接、发布、订阅等功能。

安装方法

pip install paho-mqtt

示例代码

import paho.mqtt.client as mqtt

# MQTT连接成功回调函数
def on_connect(client, userdata, flags, rc):
    print("Connected with result code "+str(rc))
    client.subscribe("test/topic")

# MQTT接收消息回调函数
def on_message(client, userdata, msg):
    print("Received message: "+str(msg.payload.decode()))

# 创建MQTT客户端
client = mqtt.Client()
# 设置连接成功和接收消息的回调函数
client.on_connect = on_connect
client.on_message = on_message
# 连接MQTT代理服务器
client.connect("broker.hivemq.com", 1883, 60)
# 循环处理网络流量，保持MQTT连接
client.loop_start()
# 发布消息
client.publish("test/topic", "Hello, MQTT!")

HBMQTT

HBMQTT是基于Python asyncio开发的MQTT客户端库，支持3.1.1协议版本。它利用异步IO特性，适合需要高并发的应用场景。

GMQTT

GMQTT是支持MQTT 5.0协议的Python客户端库，使用asyncio库实现异步操作。它在网络上知名度较高，但仍处于初期开发阶段。

安装方法

pip install gmqtt

MQTT异步操作示例（使用GMQTT）

import asyncio
from gmqtt import Client as AsyncClient

async def main():
    # 创建MQTT客户端
    client = AsyncClient("client-id")

    # 连接MQTT代理服务器
    await client.connect("broker.hivemq.com")

    # 订阅主题
    await client.subscribe("test/topic")

    # 发布消息
    await client.publish("test/topic", "Hello, MQTT!")

    # 等待5秒
    await asyncio.sleep(5)

    # 断开连接
    await client.disconnect()

asyncio.run(main())

通过这些示例和库，开发者可以轻松地将MQTT集成到自己的项目中，实现高效的物联网通信。

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