MQTT v5 共享订阅

MQTT5 共享订阅

MQTT 5.0 引入了共享订阅（Shared Subscription）的概念，这是一种新的订阅模式。

允许多个客户端共同订阅相同的主题，但只有一个客户端接收和处理该主题的消息。

示例

下面是一个 MQTT v5 中使用共享订阅的示例。

假设我们有多个 MQTT v5 客户端需要共同消费相同主题的消息，而不会重复接收到相同的消息。

为了实现这一点，客户端将使用 $share/{group_name}/{topic_filter} 的格式来订阅主题。

示例背景：

假设我们有一个 MQTT 代理（Broker），主题是 sensor/temperature，多个客户端需要订阅并处理这个主题的消息。

我们希望通过共享订阅，让多个客户端分担接收消息的负载。

共享订阅的格式：

共享订阅的订阅主题格式为：

$share/{group_name}/{topic_filter}

其中：

• {group_name}：共享订阅的组名，表示多个客户端组成一个消费组。所有在同一个消费组中的客户端会平衡地接收到消息。
• {topic_filter}：订阅的主题过滤器，与普通的 MQTT 订阅相同，表示客户端对消息的兴趣。

示例 1：共享订阅的具体操作

假设我们有 3 个 MQTT v5 客户端，它们分别属于同一个消费组 group1，并且都希望订阅 sensor/temperature 主题。它们将分别使用以下订阅：

• 客户端 1（client1）订阅：$share/group1/sensor/temperature
• 客户端 2（client2）订阅：$share/group1/sensor/temperature
• 客户端 3（client3）订阅：$share/group1/sensor/temperature

详细步骤：

1. 发布消息： 假设有一个 MQTT v3.1.1 或 v5 客户端（publisher）发布了消息到 sensor/temperature 主题，消息内容是：

   温度: 22°C
   

2. 共享订阅： 这时，client1、client2 和 client3 都通过共享订阅的方式来订阅 sensor/temperature 主题。它们分别使用：

   $share/group1/sensor/temperature
   

   这些客户端不会收到相同的消息，而是通过负载均衡的方式，消息会均匀地分配给这三台客户端中的某一台。

3. 负载均衡：

   • 在这种设置下，client1、client2和 client3将轮流接收消息。例如：
     • client1 可能首先接收到消息 温度: 22°C。
     • 下一条消息将由 client2 接收。
     • 然后是 client3，依此类推。
   • 消息会被轮流分配给这些客户端，避免重复接收。

4. 客户端断开和重连： 如果某个客户端（例如 client2）断开连接并重新连接，它将重新加入共享订阅组，Broker 会根据当前的负载均衡策略，决定将消息分配给哪个客户端。

通配符

是的，$share/{group_name}/{topic_filter} 格式在 MQTT v5 中是支持通配符的。

支持的通配符：

与普通的 MQTT 订阅一样，$share/{group_name}/{topic_filter} 也支持使用通配符来订阅多个主题。具体支持的通配符包括：

• +（单层通配符）：表示匹配主题层级中的单个元素。
• #（多层通配符）：表示匹配主题中的多个层级（包括零个层级）。

示例 1：单层通配符（+）

假设你希望共享订阅所有以 sensor/ 开头的主题，比如 sensor/temperature、sensor/humidity 等。你可以使用单层通配符 + 来订阅：

$share/group1/sensor/+

这个订阅会匹配所有以 sensor/ 开头的主题，例如：

• sensor/temperature
• sensor/humidity
• sensor/pressure

示例 2：多层通配符（#）

如果你想订阅所有以 home/ 开头的主题，并且包含任意层级的子主题，可以使用多层通配符 #：

$share/group1/home/#

这个订阅会匹配以下主题：

• home/livingroom/temperature
• home/kitchen/humidity
• home/bedroom/airquality

注意事项：

1. 通配符使用的限制：+ 通配符只能替代一个主题层级，而 # 通配符只能出现在主题的末尾，且只能用一次（比如不能在中间或主题的其他部分使用 #）。
2. 共享订阅组与通配符：使用通配符的共享订阅，多个客户端将会根据共享订阅的规则进行负载均衡。例如，$share/group1/sensor/+ 会将所有匹配 sensor/ 开头的主题的消息分配到共享订阅组 group1 中的客户端。

总结：

在 MQTT v5 中，$share/{group_name}/{topic_filter} 格式确实支持使用通配符。你可以灵活地订阅多个主题，确保消息的负载均衡和高效处理，尤其适用于需要处理大量不同主题的场景。

SpringBoot 代码

依赖

<!-- MQTT -->
<dependency>
    <groupId>org.springframework.integration</groupId>
    <artifactId>spring-integration-mqtt</artifactId>
</dependency>

<!-- 使用 MQTT v5 版本 -->
<dependency>
    <groupId>org.eclipse.paho</groupId>
    <artifactId>org.eclipse.paho.mqttv5.client</artifactId>
    <version>1.2.5</version>
</dependency>

代码

原来

    /**
     * 入站
     */
    @Bean
    public MessageProducer inbound() {
        MqttPahoMessageDrivenChannelAdapter adapter = new MqttPahoMessageDrivenChannelAdapter("consumerClient-" + UUID.randomUUID().toString(),
                mqttClientFactory(),  "/test/#");
        adapter.setCompletionTimeout(5000);
        DefaultPahoMessageConverter defaultPahoMessageConverter = new DefaultPahoMessageConverter();
        adapter.setConverter(defaultPahoMessageConverter);
        adapter.setQos(1);
        adapter.setOutputChannel(mqttInputChannel());
        return adapter;
    }

订阅主题通配符由 test/# 改为：$share/test-group/test/#，其他代码不修改。

    /**
     * 入站
     */
    @Bean
    public MessageProducer inbound() {
        MqttPahoMessageDrivenChannelAdapter adapter = new MqttPahoMessageDrivenChannelAdapter("consumerClient-" + UUID.randomUUID().toString(),
                mqttClientFactory(),  "$share/test-group/test/#");
        adapter.setCompletionTimeout(5000);
        DefaultPahoMessageConverter defaultPahoMessageConverter = new DefaultPahoMessageConverter();
        adapter.setConverter(defaultPahoMessageConverter);
        adapter.setQos(1);
        adapter.setOutputChannel(mqttInputChannel());
        return adapter;
    }

如果使用 MQTT 客户端测试，还可以订阅主题 test/#，不会影响共享订阅组。

订阅组名称

$share/test-group/test/# 的结构：

• $share/ 是 MQTT v5 中的一个特殊前缀，用于标识共享订阅。
• test-group 是你为这个共享订阅组自定义的名称。可以自定义成任何字符串，用于区分不同的订阅组。
• test/# 是你实际订阅的主题，# 是一个通配符，表示匹配 test/ 下的所有子主题。

特点和注意事项

共享订阅特点

这有助于分散负载和实现协同订阅的需求。

以下是 MQTT 5.0 共享订阅的主要特点：

1. 订阅组（Subscription Group）：在 MQTT 5.0 中，多个客户端可以共同订阅相同的主题，这些客户端被组织成一个订阅组。每个订阅组内只有一个客户端会接收到发布到该主题的消息。
2. 消息负载均衡：共享订阅允许多个客户端在一个订阅组内共享消息的负载。这意味着，当消息发布到被共享订阅的主题时，代理会选择订阅组内的一个客户端来接收消息，以实现负载均衡，确保不会让所有客户端都接收相同的消息。
3. 组成员管理：MQTT 5.0 提供了一些机制来管理订阅组的成员。客户端可以加入或离开订阅组，以便灵活地控制哪个客户端会接收消息。
4. 订阅选项：MQTT 5.0 的共享订阅引入了一些新的订阅选项，如"不公平"（Unfair）和"公平"（Fair）订阅。不公平订阅是默认的，它只发送消息给订阅组内的一个客户端，而公平订阅会轮流发送消息给不同的组成员，确保公平分配消息。
5. 附加数据：MQTT 5.0 还允许在共享订阅时使用附加数据。这可以用于在选择哪个客户端接收消息时提供额外的信息或条件。

共享订阅的优势：

• 负载均衡：通过共享订阅，多个客户端可以共同处理高频率的消息流，避免某一个客户端过载。
• 消息不重复：多个客户端不必重复处理同一条消息，避免浪费计算资源。
• 弹性扩展：可以根据需要增加或减少客户端，负载均衡会自动调整。

注意事项：

• 共享订阅必须由 MQTT v5 客户端发起，MQTT v3.1.1 客户端无法使用共享订阅功能。
• Broker 支持：不是所有的 MQTT Broker 都完全支持 MQTT v5 和共享订阅，因此需要确保你的 Broker 支持这些特性（例如，Eclipse Mosquitto、EMQX、HiveMQ 等 Broker 支持 MQTT v5 和共享订阅）。

总结

通过共享订阅，多个客户端可以高效地协作处理消息，避免重复消费，提高系统的吞吐量和性能。这种机制特别适用于需要横向扩展的消息处理场景。