MQTT 主题与通配符（Topics & Wildcards）入门

MQTT 主题与通配符（Topics & Wildcards）入门

引用

CSDN

1.

https://blog.csdn.net/sean9169/article/details/145422265

MQTT（Message Queuing Telemetry Transport）是一种轻量级的消息传输协议，广泛应用于物联网领域。在MQTT协议中，主题（Topics）和通配符（Wildcards）是两个核心概念，它们决定了消息的路由和订阅方式。本文将深入探讨MQTT主题和通配符的结构、使用方法以及实际应用场景，帮助读者更好地理解和使用MQTT协议。

什么是 MQTT 主题（MQTT Topics）？

MQTT主题本质上是一个UTF-8编码的字符串，是MQTT协议进行消息路由的基础。MQTT主题类似URL路径，使用斜杠/进行分层：

chat/room/1
sensor/10/temperature
sensor/+/temperature
sensor/#

为了避免歧义且易于理解，通常不建议主题以/开头或结尾，例如/chat或chat/。

不同于消息队列中的主题（比如Kafka和Pulsar），MQTT主题不需要提前创建。MQTT客户端在订阅或发布时即自动创建了主题，开发者无需再关心主题的创建，并且也不需要手动删除主题。

下图是一个简单的MQTT订阅与发布流程，APP 1订阅了sensor/2/temperature主题后，将能接收到Sensor 2发布到该主题的消息。

MQTT 主题通配符（MQTT Wildcards）

MQTT主题通配符包含单层通配符+及多层通配符#，主要用于客户端一次订阅多个主题。

注意：通配符只能用于订阅，不能用于发布。

单层通配符

加号（“+” U+002B）是用于单个主题层级匹配的通配符。在使用单层通配符时，单层通配符必须占据整个层级，例如：

+ 有效
sensor/+ 有效
sensor/+/temperature 有效
sensor+ 无效（没有占据整个层级）

如果客户端订阅了主题sensor/+/temperature，将会收到以下主题的消息：

sensor/1/temperature
sensor/2/temperature
...
sensor/n/temperature

但是不会匹配以下主题：

sensor/temperature
sensor/bedroom/1/temperature

多层通配符

井字符号（“#” U+0023）是用于匹配主题中任意层级的通配符。多层通配符表示它的父级和任意数量的子层级，在使用多层通配符时，它必须占据整个层级并且必须是主题的最后一个字符，例如：

# 有效，匹配所有主题
sensor/# 有效
sensor/bedroom# 无效（没有占据整个层级）
sensor/#/temperature 无效（不是主题最后一个字符）

如果客户端订阅主题senser/#，它将会收到以下主题的消息：

sensor
sensor/temperature
sensor/1/temperature

以 $ 开头的主题

系统主题

以$SYS/开头的主题为系统主题，系统主题主要用于获取MQTT服务器自身运行状态、消息统计、客户端上下线事件等数据。目前，MQTT协议暂未明确规定$SYS/主题标准，但大多数MQTT服务器都遵循该标准建议。

例如，EMQX服务器支持通过以下主题获取集群状态。

EMQX还支持客户端上下线事件、收发流量、消息收发、系统监控等丰富的系统主题，用户可通过订阅$SYS/#主题获取所有系统主题消息。详细请见：EMQX系统主题文档。

共享订阅

共享订阅是MQTT 5.0引入的新特性，用于在多个订阅者之间实现订阅的负载均衡，MQTT 5.0规定的共享订阅主题以$share开头。

虽然MQTT协议在5.0版本才引入共享订阅，但是EMQX从MQTT 3.1.1版本开始就支持共享订阅。

下图中，3个订阅者用共享订阅的方式订阅了同一个主题$share/g/topic，其中topic是它们订阅的真实主题名，而$share/g/是共享订阅前缀（g/是群组名，可为任意UTF-8编码字符串）。

另外，对于MQTT 5.0以下的版本，EMQX还支持不带群组的共享订阅前缀$queue，关于共享订阅的更多详情请查看EMQX共享订阅文档。

不同场景中的主题设计

智能家居

比如我们用传感器监测卧室、客厅以及厨房的温度、湿度和空气质量，可以设计以下几个主题：

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

接下来，可以通过订阅myhome/bedroom/+主题获取卧室的温度、湿度及空气质量数据，订阅myhome/+/temperature主题获取三个房间的温度数据，订阅myhome/#获取所有的数据。

充电桩

充电桩的上行主题格式为ocpp/cp/${cid}/notify/${action}，下行主题格式为ocpp/cp/${cid}/reply/${action}。

• ocpp/cp/cp001/notify/bootNotification：充电桩上线时向该主题发布上线请求。
• ocpp/cp/cp001/notify/startTransaction：向该主题发布充电请求。
• ocpp/cp/cp001/reply/bootNotification：充电桩上线前需订阅该主题接收上线应答。
• ocpp/cp/cp001/reply/startTransaction：充电桩发起充电请求前需订阅该主题接收充电请求应答。

即时消息

• chat/user/${user_id}/inbox：一对一聊天：用户上线后订阅该收件箱主题，将能接收到好友发送给自己的消息。给好友回复消息时，只需要将该主题的user_id换为好友的的id即可。
• chat/group/${group_id}/inbox：群聊：用户加群成功后，可订阅该主题获取对应群组的消息，回复群聊时直接给该主题发布消息即可。
• req/user/${user_id}/add：添加好友：可向该主题发布添加好友的申请（user_id为对方的id）。
  接收好友请求：用户可订阅该主题（user_id为自己的id）接收其他用户发起的好友请求。
• resp/user/${user_id}/add：接收好友请求的回复：用户添加好友前，需订阅该主题接收请求结果（user_id为自己的id）。
  回复好友申请：用户向该主题发送消息表明是否同意好友申请（user_id为对方的id）。
• user/${user_id}/state：用户在线状态：用户可以订阅该主题获取好友的在线状态。

MQTT 主题常见问题及解答

主题的层级及长度有什么限制吗？

MQTT协议规定主题的长度为两个字节，因此主题最多可包含65,535个字符。

建议主题层级为7个以内。使用较短的主题名称和较少的主题层级意味着较少的资源消耗，例如my-home/room1/data比my/home/room1/data更好。

服务器对主题数量有限制吗？

不同消息服务器对最大主题数量的支持各不一致，目前EMQX的默认配置对主题数量没有限制，但是主题数量越多将会消耗越多的服务器内存。考虑到连接到MQTT Broker的设备数量一般较多，我们建议一个客户端订阅的主题数量最好控制在10个以内。

通配符主题订阅与普通主题订阅性能是否一致？

通配符主题订阅的性能弱于普通主题订阅，且会消耗更多的服务器资源，用户可根据实际业务情况选择订阅类型。

重叠订阅了普通主题和通配符主题时如何接收消息?

假如客户端同时订阅了#和test主题，当向test主题发送消息时，是否会收到两条重复消息？这取决于MQTT broker的实现，例如EMQX会为每个匹配的订阅发送消息。但是用户可以使用MQTT 5.0中的订阅标识符来区分消息来源，然后在客户端中根据订阅标识符来处理这类重复的消息。

同一个主题能被共享订阅与普通订阅同时使用吗？

可以，但是不建议同时使用。

常见的 MQTT 主题使用建议有哪些？

• 不建议使用#订阅所有主题；
• 不建议主题以/开头或结尾，例如/chat或chat/；
• 不建议在主题里添加空格及非ASCII特殊字符；
• 同一主题层级内建议使用下划线_或横杆-连接单词（或者使用驼峰命名）；
• 尽量使用较少的主题层级；
• 当使用通配符时，将唯一值的主题层（例如设备号）越靠近第一层越好。例如，device/00000001/command/#比device/command/00000001/#更好。

结语

至此，相信读者已对MQTT主题及通配符有了深刻的理解。接下来，可访问EMQ提供的MQTT入门与进阶系列文章了解MQTT协议的其他特性，探索MQTT的更多高级应用，开启MQTT应用及服务开发。

本文部分内容参考自EMQX官方文档