【C++】开源：MQTT安装与入门案例

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这篇文章主要介绍MQTT的c++版本入门。
学其所用，用其所学。——梁启超
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文章目录

😏1. MQTT介绍

MQTT是一个基于客户端-服务器的消息发布/订阅传输协议。

MQTT (Message Queuing Telemetry Transport) 是一种轻量级的消息传输协议，通常用于物联网设备和应用程序之间进行通信。它是基于发布/订阅模式设计的，其中消息发布者将消息发布到特定主题（Topic），然后订阅该主题的客户端将收到这些消息。MQTT 特别适合在网络带宽有限的情况下进行通信，因为它使用的数据包非常小。此外，它还提供了多种 QoS (Quality of Service) 级别来确保消息的可靠性和有效性。

MQTT 协议具有以下特点：

轻量级：相对于 HTTP 等协议，MQTT 的数据包非常小，因此能够以较低的网络带宽进行通信。
发布/订阅模式：通过订阅一个特定的主题，客户端能够接收和处理与该主题相关的所有消息。
多种 QoS 级别：MQTT 提供了三种不同的 QoS级别，以满足不同场景下的需求。
可扩展性：MQTT 的设计使得它能够方便地扩展到大规模系统中，并支持多种不同的连接方式，例如TCP、WebSocket 等。

MQTT 支持三种不同级别的服务质量（Quality of Service，QoS），分别为 QoS0、QoS1 和 QoS2。

QoS0：最多发送一次，消息发送者只会将消息发布出去，但是并不保证接收者是否成功接收到该消息。这是最低级别的服务质量，也是最简单和最快速的传输方式。
QoS1：至少发送一次，消息发送者确保至少将消息传输给接收者一次。如果接收者没有确认消息或者确认消息失败，则消息发送者会尝试重新发送，直到接收者成功地接收到消息为止。
QoS2：恰好发送一次，消息发送者确保接收者恰好只能收到一次消息。在该级别下，消息发送者和接收者会进行两轮握手确认，以保证消息的可靠性和有效性。

选择哪种服务质量级别取决于应用场景和对通信安全性的要求。需要注意的是，在选择高级别的服务质量时，会增加通信延迟和网络带宽的消耗。

MQTT数据包结构如下：

固定头（Fixed header），存在于所有MQTT数据包中，表示数据包类型及数据包的分组类标识；
可变头（Variable header），存在于部分MQTT数据包中，数据包类型决定了可变头是否存在及其具体内容；
消息体（Payload），存在于部分MQTT数据包中，表示客户端收到的具体内容；

😊2. MQTT（Mosquitto）安装与测试

目前mqtt的代理平台主要有：Mosquitto、VerneMQ、EMQTT。

下面在Ubuntu安装Mosquitto来体验mqtt的消息传递过程：

sudoapt-getinstall mosquitto    # 服务端sudoaptinstall mosquitto-clients    # 客户端

启动/关闭mqtt服务：

mosquitto -v# 启用所有日志记录类型# 启动和关闭服务sudoservice mosquitto start
sudoservice mosquitto stop
# 查看运行状态sudo systemctl status mosquitto
# 查看帮助
mosquitto --help#查看运行进程号：ps-aux|grep mosquitto
#执行命令杀死进程：kill-9 进程号

消息传输测试：

1、启动代理服务：mosquitto -v-v 详细模式 打印调试信息（启动一次就好）
2、订阅主题：mosquitto_sub -v-t hello
  -t 指定订阅的主题，主题为：hello
  -v 详细模式 打印调试信息
3、发布内容：mosquitto_pub -t hello -m world
  -t 指定订阅的主题，主题为：hello
  -m 指定发布的消息的内容

此外，还可以去官网（

https://mosquitto.org/

）安装最新版源码并编译，编译后的版本适合用于开发。

MQTT在线测试工具：

https://mqttx.app/zh

😆3. MQTT（Eclipse Paho）库安装与实例

Eclipse Paho C++是一个跨平台的MQTT客户端实现，可以用于在C++应用程序中发送和接收MQTT消息。它支持许多不同的传输协议（如TCP、WebSocket、SSL等），并提供了多种QoS级别。开发中常使用这个。

github地址：

https://github.com/eclipse/paho.mqtt.c
https://github.com/eclipse/paho.mqtt.cpp

安装步骤：

# 依赖sudoapt-getinstall build-essential gcc make cmake libssl-dev doxygen graphviz

# cgit clone https://github.com/eclipse/paho.mqtt.c
cd paho.mqtt.c
git checkout v1.3.8
cmake -Bbuild -H. -DPAHO_ENABLE_TESTING=OFF -DPAHO_BUILD_STATIC=ON \-DPAHO_WITH_SSL=ON -DPAHO_HIGH_PERFORMANCE=ON
sudo cmake --build build/ --targetinstallsudo ldconfig

# c++git clone https://github.com/eclipse/paho.mqtt.cpp
cd paho.mqtt.cpp
cmake -Bbuild -H. -DPAHO_BUILD_STATIC=ON \-DPAHO_BUILD_DOCUMENTATION=TRUE -DPAHO_BUILD_SAMPLES=TRUE
sudo cmake --build build/ --targetinstallsudo ldconfig

客户端代码示例：

mqtt_client.hpp

#ifndef__MQTT_CLIENT_TO_CLOUD_HPP__#define__MQTT_CLIENT_TO_CLOUD_HPP__#include<mqtt/async_client.h>// mqtt库头文件#include<mqtt/topic.h>namespace cloud {// Handler on cloud messageusing message_handler = std::function<void(const std::string&)>;classmqtt_client{public:mqtt_client();~mqtt_client();voidsend(const std::string& message);voidset_message_handler(message_handler cb);private:// static constexpr const char* BROKER_HOST = "localhost:1883";        //本地测试：mosquittostaticconstexprconstchar* BROKER_HOST ="broker.emqx.io:1883";//公共mqtt broker：MQTTX// static constexpr const char* BROKER_HOST = "124.XXX.XXX.XXX:1883";   //云端测试：mosquittoprivate:
        mqtt::async_client cli_;
        mqtt::topic        topic_;};}// namespace cloud#endif

mqtt_client.cpp

#include<iostream>#include<string>#include"mqtt_client.hpp"usingnamespace std;namespace cloud {// mqtt_client类构造函数实现
    mqtt_client::mqtt_client()// 1.The server URI string  2.The client ID string that we provided to the server   3.The MQTT protocol version we're connected at:cli_(BROKER_HOST,"client", mqtt::create_options(MQTTVERSION_5))// 1.The client to which this topic is connected    2.The topic name(pub & sub)   3.The default QoS,topic_(cli_,"haojuhu",1){//! Handler on connection lost, do reconnect here
        cli_.set_connection_lost_handler([this](const string& info){
            std::cout<<"mqtt connection lost <"<< info <<">, reconnting"<<std::endl;
            cli_.reconnect();});//! Handler on connected, it'll subscribe the topic and publish online info
        cli_.set_connected_handler([this](const string& info){
            std::cout <<"mqtt connected <"<< info <<">"<<std::endl;
            topic_.subscribe(mqtt::subscribe_options(true));// client订阅topic[haojuhu]
            topic_.publish("online");// client发布消息"online"至topic[haojuhu]});}//2.mqtt_client类析构函数实现mqtt_client::~mqtt_client(){
        cli_.disconnect();
        cli_.disable_callbacks();}/**
     * @brief       Publish message to topic，发布消息给topic
     * @param[in]   message The message payload
     */void mqtt_client::send(const string& message){ 
        topic_.publish(message);}/**
     * @brief       Set mqtt message handler，设置mqtt消息处理句柄（也就是函数对象cb）
     * @note        The mqtt connection will established here
     * @param[in]   cb  The message handler
     */void mqtt_client::set_message_handler(message_handler cb){//! Set message callback here
        cli_.set_message_callback([cb](mqtt::const_message_ptr message){cb(message->get_payload_str());//执行函数cb});//! Set connect options and do connectauto opts = mqtt::connect_options_builder().mqtt_version(MQTTVERSION_5).clean_start(true).finalize();
        cli_.connect(opts);}}// namespace cloud

main.cpp

#include<iostream>#include<string>#include<map>#include"mqtt_client.hpp"usingnamespace std;/**
 * @brief               消息处理
 * @param[in]   data    The message payload from cloud
 */voidon_cloud_message(const string& data){// 接收数据
    std::cout<<"received data is: "<<data<<std::endl;}intmain(int argc,char**argv){
    cloud::mqtt_client g_client;// 定义一个mqtt客户端
    std::cout <<"[CLOUD] listen starting"<<std::endl;
    g_client.set_message_handler(on_cloud_message);// 开启mqtt clinet监听消息，消息处理函数为on_cloud_messagewhile(1){
        std::cout <<"运行中..."<<std::endl;
        this_thread::sleep_for(10s);
        g_client.send("online...");// 确保与mqtt broker server建立连接之后再publish!!!}return0;}

编译运行：

g++ main.cpp mqtt_client.cpp -o main -lpaho-mqttpp3 -lpaho-mqtt3a
./main

运行如下：

[CLOUD] listen starting
运行中...
mqtt connected <connect onSuccess called>

基于MQTT的机器人项目示例

项目Github地址：

https://github.com/horo2016/easyMQOS

这个项目用MQTT代替我们常用的ROS，来对机器人的各个节点进行实现，webjs网页来控制，可以学习。

以上。