Mosquito的优化——订阅树优化（八）

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8.1 mosquitto的订阅树机制

在mosquitto原始版本中，所有的订阅关系都是通过一颗订阅树来维护，在订阅树中，topic将被按照“/”组织成树状结构，如图5-3所示的订阅树，其中订阅树的每个节点都是一个topic分级，每个节点对应的topic就是从根节点到当前节点所组成的topic，每个节点旁边的星状列表即是该节点所对应的订阅列表。

图8-1 订阅树

在mosquitto原始版本程序中，订阅树按照topic来搭建，topic的数量和分级形式直接决定了订阅树的形状，进而影响操作效率。在mosquitto中，对上述订阅树的操作主要是查询、插入和删除操作，上述操作都涉及对订阅树的遍历。以插入操作为例，将topic各分级的内容与订阅树的各层节点相比较，依此找到相匹配的节点，如果找到，则继续下一级匹配，直到订阅的topic全部匹配成功，此时只需将context挂到订阅树的当前节点的订阅列表中即可；如果匹配过程中有topic分级的内容无法匹配成功，则说明订阅树中尚不存在所订阅的topic，此时需将topic分级中不匹配的节点加入到订阅树中，并将context挂到新生成节点的订阅列表中。例如，如果一个新的客户端context1订阅了topic：a1/b1/c1，则mosquitto内部首先将topic按照“/”分割为a1、b1、c1三级列表，然后以递归方式将topic列表中的内容与订阅树中各节点的内容进行匹配；具体匹配过程为：

如果topic列表中当前分级的内容不为空，且与订阅树中节点的内容相匹配的，则继续选择topic列表中的下一个分级内容，与订阅树中当前节点的子树进行同样的匹配；

如果topic列表中当前分级内容不为空，且订阅树的当前层中没有找到与分级内容想匹配的节点，则为topic的该分级新增一个节点；继续以该新增节点为子树的根节点进行匹配。

如果topic列表为空，则将其挂到对应订阅树的当前节点对应的订阅列表中；

图8-2即为上述匹配过程的流程图。

图8-2 订阅树的匹配流程

8.2、订阅机制的优化

Mosquitto的原来对订阅着的组织采用树形结构，这种方式的优点是在逻辑上比较清晰，但是其插入、查找和删除的效率较低。

针对mosquitto订阅树的这种缺陷，本次优化过程将去掉订阅树，采用hash表的方式存储各topic及其订阅列表。hash表的方式主要是为了通过topic快速定位到其订阅列表，因此，hash表的value是每个订阅列表的地址，key是该订阅列表所对应的topic，其内容是从根节点到当前节点的topic内容所组成，以图5-3所示的hash表为例，节点c1对应的hash表项的key是：a1/b1/c1，value及时Lc1，针对图5-3中所示的订阅树，其产生的订阅hash表如图5-5所示：

8-3订阅hash表

8.3、优化方法

订阅机制的优化主要集中在文件subs.c中，具体则涉及以下接口函数：

mqtt3_retain_queue

mqtt3_subs_clean_session

mqtt3_db_messages_queue

mqtt3_sub_remove

mqtt3_sub_add

在mqtt3_sub_add函数中主要完成mosquitto的订阅操作，将首先搜索hash表中是否存在该context所订阅的topic，如果存在，则将其挂到对应的订阅列表中即可，否则创建一个新的hash结构体，在该结构体中保存此topic，并将context挂到该topic的订阅列表中。

函数mqtt3_db_messages_queue中主要完成mosquitto的消息发布操作，在该函数中将对topic进行拆分检查各种以“#”结尾的子topic是否存在于订阅hash表中，如果存在则进行消息发送。例如某一context欲向主题：a1/b1/c1发布消息，则需要在函数mqtt3_db_messages_queue中检查以下几种topic是否存在于订阅hash表中：

a1/#

a1/b1/#

a1/b1/c1/#

a1/b1/c1/

如果主题有存在于hash表中，则将消息挂载到对应topic订阅列表的各个context的消息队列中。

函数mqtt3_sub_remove和mqtt3_subs_clean_session主要完成在hash表中清除context的操作，该操作需要事先保存context所订阅的topic，此时只需查找其所订阅的topic是否存在于订阅hash表中即可，如果存在，则再从订阅列表中删除该context，否则直接返回。

函数mqtt3_retain_queue完成对某个context的消息队列的保存操作，它同样不需要遍历订阅树，只需要根据其操作的context中取出所订阅的topic，然后再通过该topic从订阅hash表中找到对应的context即可调用_retain_process函数直接完成操作。

优化后的mosquitto程序不支持通配符“+”，但是支持通配符“#”。

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