内容简介
内容简介 本书是一部从技术原理、工程实践、设计模式和最佳实践等多个维度详细讲解物联网系统和产品开发的著作。它涵盖物联网应用开发80%的场景，能指导读者零基础的读者从0到1构建一个功能齐备的物联网平台，并附有代码和解释。本书既有作者在物联网行业多年实操经验的总结，也结合了作者在高校的多年教学实践经验，是一本既适合高校学生、物联网初学者，也适合有经验的物联网开发者和架构师阅读的佳作。 本书第1版是物联网系统开发领域的畅销书，几乎零差评。第2版新增了全面解析MQTT 5.0协议特性的内容，同时，为了适配EMQX最新版本，对书中的相关代码和配置均进行了更新。 全书共14章，分为三大部分： 第一部分（第1~2章）物联网基础 介绍物联网基础知识，涵盖物联网的概念和常用协议。 第二部分（第3~6章）MQTT协议详解与实战 详细讲解MQTT协议，通过详尽的示例代码对物联网的核心协议——MQTT协议的规范和特性进行讲解。内容包括MQTT 3.1.1和MQTT 5.0。 第三部分（第7~14章）实战：从零开始搭建一个IoT平台 物联网平台开发实战，讲解如何使用开源组件从0到1构建一个功能完备的物联网平台。
目录
目 录 Contents
前言
第一部分 物联网基础
第1章 什么是物联网 2
1.1 物联网和人工智能 3
1.2 物联网的现状与前景 4
第2章 常见的物联网协议 6
2.1 MQTT协议 6
2.2 MQTT-SN协议 7
2.3 CoAP 8
2.4 LwM2M协议 9
2.5 HTTP 9
2.6 LoRaWAN协议 9
2.7 NB-IoT协议 10
2.8 本章小结 10
第二部分 MQTT协议详解与实战
第3章 MQTT协议基础 13
3.1 MQTT协议的通信模型 13
3.2 MQTT的不同版本 14
3.3 MQTT Client 14
3.4 MQTT Broker 16
3.5 MQTT协议数据包格式 17
3.6 本章小结 19
第4章 MQTT 3.1.1协议详解 20
4.1 建立到Broker的连接 20
4.1.1 CONNECT数据包 20
4.1.2 CONNACK数据包 23
4.1.3 关闭连接 25
4.1.4 代码实践 26
4.2 订阅与发布 29
4.2.1 PUBLISH数据包 30
4.2.2 代码实践：发布消息 32
4.2.3 订阅一个主题 32
4.2.4 代码实践：订阅主题 35
4.2.5 取消订阅 37
4.3 QoS及其最佳实践 40
4.3.1 MQTT协议中的QoS等级 40
4.3.2 QoS0 40
4.3.3 QoS1 41
4.3.4 QoS2 42
4.3.5 代码实践：使用不同的QoS
发布消息 45
4.3.6 实际的QoS 48
4.3.7 QoS的最佳实践 48
4.4 Retained消息和LWT 49
4.4.1 Retained消息 49
4.4.2 代码实践：发布和接收
Retained消息 50
4.4.3 LWT 52
4.4.4 代码实践：监控Client连接
状态 52
4.5 Keep Alive与连接保活 54
4.5.1 Keep Alive 54
4.5.2 代码实践 56
4.5.3 连接保活 57
4.6 本章小结 59
第5章 MQTT 5.0协议详解 60
5.1 协议包内容扩展 60
5.1.1 属性集 60
5.1.2 原因码 60
5.2 更完善的连接管理 63
5.2.1 获取MQTT Broker的连接
属性 63
5.2.2 代码实践：建立MQTT 5.0
连接 65
5.2.3 Client主动断开连接 65
5.2.4 代码实践：主动断开连接，
触发遗愿机制 66
5.2.5 Broker主动断开连接 67
5.2.6 代码实践：处理客户端标识符
冲突 67
5.3 更完善的会话管理 68
5.3.1 清理会话启动 69
5.3.2 会话过期时间 69
5.3.3 代码实践：在CONNECT数据包
中设定会话过期时间 70
5.3.4 代码实践：在DISCONNECT
数据包中更新会话过期时间 70
5.4 新增消息过期机制 71
5.4.1 消息过期时间 71
5.4.2 代码实践：发布带有过期
时间的消息 72
5.5 协议级别支持共享订阅 73
5.5.1 如何使用共享订阅 73
5.5.2 代码实践：使用共享订阅 74
5.5.3 代码实践：使用带通配符的
共享订阅 75
5.5.4 代码实践：多个共享订阅组 76
5.6 数据包可携带用户属性 77
5.6.1 为什么要引入用户属性 77
5.6.2 典型的使用场景 78
5.7 可声明消息体格式 79
5.7.1 为什么要声明消息体格式 79
5.7.2 如何声明消息体格式 79
5.7.3 代码实践：发布带有消息体
格式的消息 79
5.8 可设置主题别名 80
5.8.1 主题名映射 81
5.8.2 代码实践：使用主题别名 81
5.9 新增请求/响应模式 82
5.9.1 MQTT 5.0之前的解决方案 82
5.9.2 MQTT 5.0的解决方案 83
5.9.3 代码实践：使用请求/响应模式
进行数据交互 84
5.10 订阅时可指定订阅标识符 85
5.10.1 订阅标识符 85
5.10.2 代码实践：使用订阅标
识符 85
5.11 更完善的订阅选项 86
5.11.1 QoS等级选项 87
5.11.2 非本地选项 87
5.11.3 保留Retain标识符选项 87
5.11.4 保留消息处理选项 87
5.11.5 代码实践：设置非本地
选项 87
5.11.6 代码实践：设置保留Retain
标识符选项 88
5.11.7 代码实践：设置保留消息
处理选项 89
5.12 更完善的认证机制 91
5.13 本章小结 92
第6章 MQTT协议实战 93
6.1 “AI+IoT”项目实战 93
6.1.1 用TensorFlow在Android系统
上进行物体识别 93
6.1.2 如何在MQTT协议里传输大
文件 94
6.1.3 消息去重 95
6.1.4 最终的消息数据格式 95
6.1.5 代码实践
前言/序言
Preface 前 言
为什么要写这本书
2011年我在硅谷的时候，曾经参与设计和开发了一个物联网平台。这个平台的目的是为各种物联网设备提供统一的通信接口，以及提供数据存储和分析功能，降低物联网设备商的开发和运营成本。不过，由于物联网设备的异构性太强，同时平台的愿景过于超前，而当时物联网应用的发展包括资本的投入都远不及现在，这个项目不得不半路中止。
2015年，我在国内和朋友联合创办了一家物联网相关的公司。为了支持公司的硬件产品，我们开发了一个提供统一通信和数据服务的物联网平台，不过吸取了之前的教训，这个平台只对同一组织（公司）里的多个产品提供支持。当时各大云服务商，比如阿里云，提供了非常成熟的物联网套件，我们将这些物联网套件中的一些功能移植到了自研的物联网平台上。这个平台从技术层面很好地支持了公司从0到1、从1到N持续盈利的全流程。
在这个过程中我遇到过一些问题，也总结出一些非常有用的经验。在此期间，我也加入了一些物联网开发者的社区。在日常的技术交流里，我发现一些开发人员对常用的物联网协议的理解是有问题的，对一些功能应该在协议层面实现还是在业务层面实现不是很清楚。我曾在互联网上搜索过相关的技术文章，发现系统性讲解协议的规范和特性的文章非常少，不是只对一两个功能进行介绍，就是只翻译协议规范，缺乏代码示例。
在这种情况下，我在GitChat的专栏写了我的第一篇文章《MQTT协议快速入门》，详细地讲解了物联网应用中最常见的MQTT协议的规范和特性，并对每一个特性附以丰富的代码示例。
加入专栏文章的读者交流群后，我又发现读者还有很多关于设计、业务架构的疑问，深入理解MQTT协议并不能解决这些问题。这让我意识到，物联网应用开发并不像Web开发那样有成熟的设计模式和框架可以使用，开发者往往都是从协议级别开始往上搭，重复地造轮子。
因此，我觉得有必要把我们在开发物联网平台中遇到的困难和总结的经验分享出来，从协议开始讲起，再覆盖物联网后台开发中常见的设计模式和最佳实践，让其他的物联网开发者少走一些弯路，少造一些轮子，进而更快速、更高效地上线自己的产品。
读者对象
物联网应用开发人员
物联网架构师
物联网平台开发人员
对物联网感兴趣的开发人员
有一定经验的IM平台、移动推送平台开发人员
渴望学习更多物联网实际开发经验的人员
如何阅读本书
本书涵盖物联网应用开发80%的场景，理论和实战并重。本书内容分为三大部分。
第一部分（第1～2章）为物联网基础知识介绍，涵盖物联网的概念和常用协议。
第二部分（第3～6章）为MQTT协议详解，通过详尽的示例代码对MQTT 3.1.1和MQTT 5.0协议的规范和特性进行讲解。
第三部分（第7～14章）为物联网平台开发实战，从零开始用开源的组件搭建一个名为Maque IotHub的物联网平台，在这个过程中讲解物联网后台开发中常见的设计模式和最佳
实践。
本书最后补充有结语与附录。结语总结了本书讲到的相关系统与知识体系，附录介绍了运行Maque IotHub的方法和步骤。
如果你对MQTT协议已经非常了解，可以直接从第三部分开始看起，第二部分可作为协议规范参考指南。
如果你是一名初学者，请务必从第1章的基础知识开始学习。
勘误和支持
由于作者的水平有限，书中难免会出现一些错误或者不准确的地方，恳请读者批评指正。
书中大量的实例代码都可以从我的GitHub站点下载。你也可以关注我在GitChat的专栏，并加入专栏读者群进行交流。期待能够得到你们的真挚反馈。
致谢
首先要感谢EMQX的开发者和贡献者，开发和维护一款强大的开源MQTT Broker非常
不易。
感谢GitChat提供平台并促成了本书的出版。
感谢在写作过程中很多人的支持与帮助，他们是：赵华振、李斌锋、邓斌、戚祥、于伟、皮文星、陈育春、陆正武、虞晓东、张恒汝、高喆、刘威、刘冉、付志涛、宗杰、王大平、李振捷、李波、张鹏、管西京、闫芳、王玉芹、王秀明、杨振珂。
感谢公司的全体同人，大家的共同努力才给我提供了一个能够实践自己想法的机会。
最后感谢关心我的家人，尤其是我的妻子和女儿，她们的支持是我完成本书的动力！
谨以此书献给我最亲爱的家人，以及广大物联网开发者！
付 强
