序

本文介紹MQTT的連接(CONNECT)、心跳(PINGREQ/PINGRESP)、確認(CONNACK)、斷開連接(DISCONNECT)四部分內容。

CONNECT

MQTT v3.1.1有關字符串部分采用的修改版的UTF-8編碼，CONNECT可變頭部中協議名稱、消息體都是采用修改版的UTF-8編碼。下面是一個較為完整的CONNECT消息結構：

協議變化

在MQTT 3.1.1中：

1、CONNECT消息可變頭部協議名稱MQIsdp被改為MQTT。

2、所有字符串明確規定使用UTF-8編碼，包括客戶端標識符(Client Identifier)。

3、針對客戶端標識符（ client identifier）限制由原來的23個字節上限改為65535個字節。

4、CONNECT消息可變頭部協議版本號，由0x03變成了0x04 QoS 0類型PUBLISH消息DUP標記必須被設置為0。

5、MQTT Over WebSocket 被定義，互聯網地址編碼分配機構（Internet Assigned Numbers Authority）分配標識符為mqtt。雖在MQTT 3.1規范通篇沒有提到WebSocket，但因其二進制屬性可以很容易的在WebSocket通道傳輸。

術語變化

●  MQTT代理（MQTT Broker） -> MQTT服務器（MQTT Server）

●  消息ID（Message ID） -> 包ID（Packet ID）

●  消息類型（Message Type） -> 包類型（Packet Type）

●  主題路徑（Topic Paths） -> 主題名稱（Topic names）

●  以前在固定頭部，現在在包類型中

●  0字節保留信息需要清除

可變頭部

協議名稱和協議版本都是固定的。

連接標志(Connect Flags)

一個字節表示，除了第1位是保留未使用，其它7位都具有不同含義。業務上很重要，對消息總體流程影響很大，需要牢記。

Clean Session

0，表示如果訂閱的客戶機斷線了，要保存為其要推送的消息（QoS為1和QoS為2），若其重新連接時，需將這些消息推送（若客戶端長時間不連接，需要設置一個過期值）。

1，斷線服務器即清理相關信息，重新連接上來之后，會再次訂閱。

Will Flag

定義了客戶端（沒有主動發送DISCONNECT消息）出現網絡異常導致連接中斷的情況下，服務器需要做的一些措施。

　　簡而言之，就是客戶端預先定義好，在自己異常斷開的情況下，所留下的最后遺愿（Last Will），也稱之為遺囑（Testament）。 這個遺囑就是一個由客戶端預先定義好的主題和對應消息，附加在CONNECT的可變頭部中，在客戶端連接出現異常的情況下，由服務器主動發布此消息。

　　只有在Will Flag位為1時，Will Qos和Will Retain才會被讀取，此時消息體payload中要出現Will Topic和Will Message具體內容，否則，Will QoS和Will Retain值會被忽略掉。

Will Qos

兩位表示，和PUBLISH消息固定頭部的QoS level含義一樣。這里先略過，到PUBLISH消息再回過頭來看看，會更明白些。若標識了Will Flag值為1，那么Will QoS就會生效，否則會被忽略掉。

Will Retain

如果設置Will Flag，Will Retain標志就是有效的，否則它將被忽略。當客戶端意外斷開服務器發布其Will Message之后，服務器是否應該繼續保存。這個屬性和PUBLISH固定頭部的RETAIN標志含義一樣，這里先略過。

User name 和 password Flag

用于授權，兩者要么為0要么為1，否則都是無效。都為0，表示客戶端可自由連接/訂閱，都為1，表示連接/訂閱需要授權。

Payload/消息體

消息體定義的消息順序（如上表所示），約定俗成，不得更改，否則將可能引起混亂。

　　若Will Flag值為0，那么在payload中，Client Identifer后面就不會存在Will Topic和Will Message內容。

　　若User Name和Password都為0，意味著Payload/消息體中，找不到User Name和password的值，就算有，也是無效。標志決定著是否讀取與否。

心跳時間(Keep Alive timer)

以秒為單位，定義服務器端從客戶端接收消息的最大時間間隔。一般應用服務會在業務層次檢測客戶端網絡是否連接，不是TCP/IP協議層面的心跳機制(比如開啟SOCKET的SO_KEEPALIVE選項)。 一般來講，在一個心跳間隔內，客戶端發送一個PINGREQ消息到服務器，服務器返回PINGRESP消息，完成一次心跳交互，繼而等待下一輪。若客戶端沒有收到心跳反饋，會關閉掉TCP/IP端口連接，離線。 16位兩個字節，可看做一個無符號的short類型值。最大值，2^16-1 = 65535秒 = 18小時。最小值可以為0，表示客戶端不斷開。一般設為幾分鐘，比如微信心跳周期為300秒。

Will Message編碼

Will Message在CONNECT Payload/息體中，使用UTF-8編碼。假設內容為“abcd”，大概如下：

注：PUBLISH的Payload/消息體中以二進制編碼保存

在某一時間點客戶端異常關閉會觸發服務器PUBLISH此消息。那么服務器會直接把byte3-byte6之間字符取出，保存為二進制，附加到PUBLISH消息體中，大概存儲如下：

連接異常中斷通知機制

CONNECT消息一旦設置在可變頭部設置了Will flag標記，那就啟用了Last-Will-And-Testament特性，此特性很贊。

　　一旦客戶端出現異常中斷，便會觸發服務器發布Will Message消息到Will Topic主題上去，通知Will Topic訂閱者，對方因異常退出。

CONNACK

收到CONNECT消息之后，服務器應該返回一個CONNACK消息作為響應：

若客戶端繞過CONNECT消息直接發送其它類型消息，服務器應關閉此非法連接 若客戶端發送CONNECT之后未收到CONNACT，需要關閉當前連接，然后重新連接

相同Client ID客戶端已連接到服務器，先前客戶端必須斷開連接后，服務器才能完成新的客戶端CONNECT連接 客戶端發送無效非法CONNECT消息，服務器需要關閉。

　　一個完整的CONNACK消息大致如下：

　　可變頭部第一個字節為保留，無甚用處。第二個字節為連接握手返回碼：

　　只有0-5目前被使用到，其他值有待日后使用。一般返回值為0x00，表示連接建立。非法的請求，需要返回相應的數值。

　　從上面看出，一個CONNACK，四個字節表示。一個正常的CONNACK消息實際內容可能如下：

0x20 0x02 0x00 0x00　

若是在私有協議中，兩個字節就足夠了。很多時候，客戶端和服務器端在沒有消息傳遞時，會一直保持著連接。雖然不能依靠TCP心跳機制（比如SO_KEEPALIVE選項），業務層面定義心跳機制，會讓連接狀態檢測、控制更為直觀。

PINGREQ

由客戶端發送到服務器端，證明自己還在一直連接著呢。兩個字節，固定值。

　　客戶端會在一個心跳周期內發送一條PINGREQ消息到服務器端。心跳頻率在CONNECT可變頭部“Keep Alive Timer”中定義時間，單位為秒，無符號16位short表示。

PINGRESP

服務器收到PINGREQ請求之后，會立即響應一個兩個字節固定格式的PINGRESP消息。

　　服務器一般若在1.5倍的心跳周期內接收不到客戶端發送的PINGREQ，可考慮關閉客戶端的連接描述符。此時的關閉連接的行為和接收到客戶端發送DISCONNECT消息的處理行為一致，但對客戶端的訂閱不會產生影響（不會清除客戶端訂閱數據），這個需要牢記。

　　若客戶端發送PINGREQ之后的一個心跳周期內接收不到PINGRESP消息，可考慮關閉TCP/IP套接字連接。

DISCONNECT

客戶端主動發送到服務器端，表明即將關閉TCP/IP連接。此時要求服務器要完整、干凈的進行斷開處理，不能僅僅類似于關閉連接描述符類似草草處理之。 需要兩個字節，值固定。

　　服務器要根據先前此客戶端在發送CONNECT消息可變頭部Connect flag中的“Clean session flag”所設置值。復習一下：

值為0，服務器必須在客戶端斷開之后繼續存儲/保持客戶端的訂閱狀態。這些狀態包括：

●  存儲訂閱的消息QoS1和QoS2消息

●  正在發送消息期間連接丟失導致發送失敗的消息。

●  以便當客戶端重新連接時以上消息可以被重新傳遞。

●  值為1，服務器需要立刻清理連接狀態數據。

注意：服務器在接收到客戶端發送的DISCONNECT消息之后，需要主動關閉TCP/IP連接。