MQTT-QoS 服务质量等级

Q0S服务质量等级

一、什么是服务质量？
二、MQTT协议有三种服务质量级别
- QoS = 0 – 最多发一次
- QoS = 1 – 最少发一次
- QoS = 2 – 保证收一次
三、设置QoS
- 发布消息
- 订阅消息
- 接收端连接服务端
四、服务质量降级
五、通讯时的注意事项
- QoS=1通讯时的注意事项
- QoS=2通讯时的注意事项
六、小结

一、什么是服务质量？

在物联网系统中，有些信息是非常重要的，我们需要确保这类重要信息可以准确无误的发送和接收。而有些信息则相对不那么重要，这类信息如果在传输中丢失不会影响系统的运行。

MQTT服务质量(Quality of Service 缩写 QoS)正是用于告知物联网系统，哪些信息是重要信息需要准确无误的传输，而哪些信息不那么重要，即使丢失也没有问题。

二、MQTT协议有三种服务质量级别

QoS = 0 – 最多发一次
QoS = 1 – 最少发一次
QoS = 2 – 保证收一次

以上三种不同的服务质量级别意味着不同的MQTT传输流程。对于较为重要的MQTT消息，我们通常会选择QoS>0的服务级别（即QoS 为1或2）。

另外这里提到的“发”与“收”有两种可能。一种是客户端发布消息时，将消息发送给服务端。一种是客户端订阅了某一主题消息后，服务端将消息发送给客户端。 因此发布消息和接收消息的可能是服务端也可能是客户端。

为了避免造成混淆，我们在本节后面的描述中将使用“发送端”来描述发送MQTT消息的设备，而使用“接收端”来描述接收MQTT消息的设备。
接下来我们仔细看一下这三种服务质量级别的具体含义。

QoS = 0 – 最多发一次

0是服务质量QoS的最低级别。当QoS为0级时，MQTT协议并不保证所有信息都能得以传输。也就是说，QoS=0的情况下，MQTT服务端和客户端不会对消息传输是否成功进行确认和检查。消息能否成功传输全看网络环境是否稳定。

也就是说，在QoS为0时。发送端一旦发送完消息后，就完成任务了。发送端不会检查发出的消息能否被正确接收到。

在网络环境稳定的情况下，信息传输一般是不会出现问题的。但是在环境不稳定的情况下，可能会在传输过程中出现MQTT消息丢失的情况。

QoS = 1 – 最少发一次

当QoS级别为1时，发送端在消息发送完成后，会检查接收端是否已经成功接收到了消息。但是发送端是如何实现这一检查的呢？请看下图：

发送端将消息发送给接收端后，会等待接收端的确认。接收端成功接收消息后，会发送一条确认报文PUBACK给发送端。如果发送端收到了这条PUBACK确认报文，那么它就知道消息已经成功接收。

假如过了一段时间后，发送端没有收到PUBACK报文，那么发送端会再次发送消息，然后再次等待接收端的PUBACK确认报文。因此，当QoS=1时，发送端在没有收到接收端的PUBACK确认报文以前，会重复发送同一条消息。

所以QoS = 1时，每一条消息都至少传输一次。

PUBLISH报文的内容。

当发送端重复发送一条消息时，PUBLISH报文中的dupFlag会被设置为True（如上图黑色横线所标注的部分）。这是为了告诉接收端，此消息为重复发送的消息。

QoS = 2 – 保证收一次

MQTT服务质量最高级是2级，即QoS = 2。当MQTT服务质量为2级时，MQTT协议可以确保接收端只接收一次消息。

如下图所示，QoS=2的收发相对更加复杂。发送端需要接收端进行两次消息确认。因此，2级MQTT服务质量是最安全的服务级别，也是最慢的服务级别。

下面我们来分步看一下Q0S=2时的消息发送和接收基本流程。

接收端收到QoS为2的消息后，会返回PUBREC报文作为应答。

发送端收到PUBREC报文后，会把此报文进行存储，并且返回PUBREL报文作为应答。

当接收端收到PUBREL报文后，会应答发送端一条PUBCOMP报文。至此，一次QoS2的MQTT消息传输就结束了。

以上是QoS=2时的MQTT通讯基本过程。这里我们只给您列出了基本流程，而没有过多的讲解MQTT协议是如何控制接收端只接收一次消息。这么做是因为本教程的重点是MQTT应用。关于QoS=2的MQTT服务端内部控制机制，我们在实际开发MQTT物联网的过程中是不会涉及到的。

所以我们只需要牢记一点，那就是QoS=2可以保证接收端只收一次消息。

三、设置QoS

了解了QoS的含义后，我们该如何在MQTT通讯中设置QoS呢？下面我们来分别讲解客户端在发布消息和订阅消息时如何设置QoS。

发布消息

如下图所示，客户端发布信息时，PUBLISH数据包中专有一个信息为qos。该信息正是用于设置客户端发布MQTT消息的QoS等级。

订阅消息

同样的，在客户端订阅MQTT主题时，SUBSCRIBE数据包中也同样有一个信息用于设置订阅主题的QoS级别。客户端正是通过该主题来设置订阅主题的QoS级别的。

换句话说，无论是发布(PUBLISH)还是订阅（SUBSCRIBE），都可以使用数据包中的qos消息设置服务质量级别。

接收端连接服务端

另外，要想实现QoS>0的MQTT通讯，客户端在连接服务端时必须要将cleanSession设置为false。如果这一步没有实现，那么客户端是无法实现QoS>0的MQTT通讯。这一点非常关键，务必要留意。

四、服务质量降级

讲到这里，不知道有没有朋友会感到好奇。假如客户端在发布和订阅信息时使用不同级别的QoS，将会发生什么情况呢。如下图所示，假如客户端A发布到主题1的消息是采用QoS = 2，然而客户端B订阅主题1采用QoS = 1。那么服务端该如何来应对这一情况呢？
MQTT-QoS-设置-1

在这种情况下，服务端会使用较低级别来提供服务。如下图所示，虽然A发送到主题1的消息采用QoS为2，但是服务端发送主题1的消息给B时，采用的QoS为1。这是因为B在订阅主题1时采用的QoS为1。

MQTT-QoS-设置-2

下面我们再来看一种情况。

如下图所示，假如客户端A发布主题1消息时使用QoS为0，而客户端B订阅主题1消息时使用QoS为1。

在这种情况下，虽然客户端B订阅主题1消息时QoS为1，但是由于客户端A发送主题1消息时QoS为0，所以服务端发送消息给B的QoS为0。

通过以上两个示例我们可以看到。对于发布和订阅消息的客户端，服务端会主动采用较低级别的QoS来实现消息传输。

五、通讯时的注意事项

QoS=1通讯时的注意事项

如想在MQTT通讯中实现服务质量等级为1级（QoS=1），我们要分别对消息的发布端课接收端进行相应的设置。以下列表中的内容是具体需要采取的措施。

接收端连接服务端时cleanSession设置为false
接收端订阅主题时QoS=1
发布端发布消息时QoS=1

QoS=2通讯时的注意事项

如想在MQTT通讯中实现服务质量等级为2级（QoS=2），我们要分别对消息的发布端和接收端进行相应的设置。以下列表中的内容是具体需要采取的措施。

接收端连接服务端时cleanSession设置为false
接收端订阅主题时QoS=2
发布端发布消息时QoS=2

六、小结

若想实现QoS>0，订阅端连接服务端时cleanSession需要设置为false，订阅端订阅主题时QoS>0，发布端发布消息时的QoS>0。
服务端会选择发布消息和订阅消息中较低的QoS来实现消息传输，这也被称作“服务降级”。
QoS = 0, 占用的网络资源最低，但是接收端可能会出现无法接收消息的情况，所以适用于传输重要性较低的信息。
QoS = 1, MQTT会确保接收端能够接收到消息，但是有可能出现接收端反复接收同一消息的情况。
QoS = 2, MQTT会确保接收端只接收到一次消息。但是QoS为2时消息传输最慢，另外消息传输需要多次确认，因此所占用的网络资源也是最多的。此类服务等级适用于重要消息传输。
由于QoS1和QoS2都能确保客户端接收到消息，但是QoS1所占用的资源较QoS2占用资源更小。因此建议使用QoS1来实现网络资源较为珍贵的环境下传输重要信息。