ESP-MQTT
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概述
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ESP-MQTT 是 `MQTT `_ 协议客户端的实现。MQTT 是一种基于发布/订阅模式的轻量级消息传输协议。
特性
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* 支持基于 TCP 的 MQTT、基于 Mbed TLS 的 SSL、基于 WebSocket 的 MQTT 以及基于 WebSocket Secure 的 MQTT
* 通过 URI 简化配置流程
* 多个实例（一个应用程序中有多个客户端）
* 支持订阅、发布、认证、遗嘱消息、保持连接心跳机制以及 3 个服务质量 (QoS) 级别（组成全功能客户端）
应用示例
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* :example:`protocols/mqtt/tcp`：基于 TCP 的 MQTT，默认端口 1883
* :example:`protocols/mqtt/ssl`：基于 TLS 的 MQTT，默认端口 8883
* :example:`protocols/mqtt/ssl_ds`：基于 TLS 的 MQTT，使用数字签名外设进行身份验证，默认端口 8883
* :example:`protocols/mqtt/ssl_mutual_auth`：基于 TLS 的 MQTT，使用证书进行身份验证，默认端口 8883
* :example:`protocols/mqtt/ssl_psk`：基于 TLS 的 MQTT，使用预共享密钥进行身份验证，默认端口 8883
* :example:`protocols/mqtt/ws`：基于 WebSocket 的 MQTT，默认端口 80
* :example:`protocols/mqtt/wss`：基于 WebSocket Secure 的 MQTT，默认端口 443
MQTT 消息重传
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调用 :cpp:func:`esp_mqtt_client_publish ` 或其非阻塞形式 :cpp:func:`esp_mqtt_client_enqueue `，可以创建新的 MQTT 消息。
QoS 0 的消息将只发送一次，QoS 1 和 2 具有不同行为，因为协议需要执行额外步骤来完成该过程。
ESP-MQTT 库将始终重新传输未确认的 QoS 1 和 2 发布消息，以避免连接错误导致信息丢失，虽然 MQTT 规范要求仅在重新连接且 Clean Session 标志设置为 0 时重新传输（针对此行为，将 :cpp:member:`disable_clean_session ` 设置为 true）。
可能需要重传的 QoS 1 和 2 消息总是处于排队状态，但若使用 :cpp:func:`esp_mqtt_client_publish ` 则会立即进行第一次传输尝试。未确认消息的重传将在 :cpp:member:`message_retransmit_timeout ` 之后进行。在 :ref:`CONFIG_MQTT_OUTBOX_EXPIRED_TIMEOUT_MS` 之后，消息会过期并被删除。如已设置 :ref:`CONFIG_MQTT_REPORT_DELETED_MESSAGES`，则会发送事件来通知用户。
配置
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通过设置 :cpp:class:`esp_mqtt_client_config_t` 结构体中的字段来进行配置。配置结构体包含以下子结构体，用于配置客户端的多种操作。
* :cpp:class:`esp_mqtt_client_config_t::broker_t` - 允许设置地址和安全验证。
* :cpp:class:`esp_mqtt_client_config_t::credentials_t` - 用于身份验证的客户端凭据。
* :cpp:class:`esp_mqtt_client_config_t::session_t` - MQTT 会话相关配置。
* :cpp:class:`esp_mqtt_client_config_t::network_t` - 网络相关配置。
* :cpp:class:`esp_mqtt_client_config_t::task_t` - 允许配置 FreeRTOS 任务。
* :cpp:class:`esp_mqtt_client_config_t::buffer_t` - 输入输出的缓冲区大小。
下文将详细介绍不同配置。
服务器
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地址
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通过 :cpp:class:`address ` 结构体的 :cpp:member:`uri ` 字段或者 :cpp:member:`hostname `、:cpp:member:`transport ` 以及 :cpp:member:`port ` 的组合，可以设置服务器地址。您也可以选择设置 :cpp:member:`path `，该字段对 WebSocket 连接而言非常有用。
使用 :cpp:member:`uri ` 字段的格式为 ``scheme://hostname:port/path``。
- 当前支持 ``mqtt``、``mqtts``、``ws`` 和 ``wss`` 协议
- 基于 TCP 的 MQTT 示例：
- ``mqtt://mqtt.eclipseprojects.io``：基于 TCP 的 MQTT，默认端口 1883
- ``mqtt://mqtt.eclipseprojects.io:1884``：基于 TCP 的 MQTT，端口 1884
- ``mqtt://username:password@mqtt.eclipseprojects.io:1884``：基于 TCP 的 MQTT，
端口 1884，带有用户名和密码
- 基于 SSL 的 MQTT 示例：
- ``mqtts://mqtt.eclipseprojects.io``：基于 SSL 的 MQTT，端口 8883
- ``mqtts://mqtt.eclipseprojects.io:8884``：基于 SSL 的 MQTT，端口 8884
- 基于 WebSocket 的 MQTT 示例：
- ``ws://mqtt.eclipseprojects.io:80/mqtt``
- 基于 WebSocket Secure 的 MQTT 示例：
- ``wss://mqtt.eclipseprojects.io:443/mqtt``
- 最简配置：
.. code:: c
const esp_mqtt_client_config_t mqtt_cfg = {
.broker.address.uri = "mqtt://mqtt.eclipseprojects.io",
};
esp_mqtt_client_handle_t client = esp_mqtt_client_init(&mqtt_cfg);
esp_mqtt_client_register_event(client, ESP_EVENT_ANY_ID, mqtt_event_handler, client);
esp_mqtt_client_start(client);
.. note:: 默认情况下，MQTT 客户端使用事件循环库来发布相关 MQTT 事件（已连接、已订阅、已发布等）。
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验证
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为验证服务器身份，对于使用 TLS 的安全链接，必须设置 :cpp:class:`verification ` 结构体。
服务器证书可设置为 PEM 或 DER 格式。如要选择 DER 格式，必须设置等效 :cpp:member:`certificate_len ` 字段，否则应在 :cpp:member:`certificate ` 字段传入以空字符结尾的 PEM 格式字符串。
- 从服务器获取证书，例如：``mqtt.eclipseprojects.io``
.. code::
openssl s_client -showcerts -connect mqtt.eclipseprojects.io:8883 < /dev/null \
2> /dev/null | openssl x509 -outform PEM > mqtt_eclipse_org.pem
- 检查示例应用程序：:example:`protocols/mqtt/ssl`
- 配置：
.. code:: c
const esp_mqtt_client_config_t mqtt_cfg = {
.broker = {
.address.uri = "mqtts://mqtt.eclipseprojects.io:8883",
.verification.certificate = (const char *)mqtt_eclipse_org_pem_start,
},
};
了解其他字段的详细信息，请查看 `API 参考`_ 以及 :ref:`esp_tls_server_verification`。
客户端凭据
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:cpp:class:`credentials ` 字段下包含所有客户端相关凭据。
* :cpp:member:`username `：指向用于连接服务器用户名的指针，也可通过 URI 设置
* :cpp:member:`client_id `：指向客户端 ID 的指针，默认为 ``ESP32_%CHIPID%``，其中 ``%CHIPID%`` 是十六进制 MAC 地址的最后 3 个字节
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认证
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可以通过 :cpp:class:`authentication ` 字段设置认证参数。客户端支持以下认证方式：
* :cpp:member:`password `：使用密码
* * :cpp:member:`certificate ` 和 :cpp:member:`key `：进行双向 TLS 身份验证，PEM 或 DER 格式均可
* :cpp:member:`use_secure_element `：使用 ESP32-WROOM-32SE 中的安全元素
* :cpp:member:`ds_data `：使用某些乐鑫设备的数字签名外设
会话
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使用 :cpp:class:`session ` 字段进行 MQTT 会话相关配置。
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遗嘱消息 (LWT)
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通过设置 :cpp:class:`last_will ` 结构体的以下字段，MQTT 会在一个客户端意外断开连接时通过遗嘱消息通知其他客户端。
* :cpp:member:`topic `：指向 LWT 消息主题的指针
* :cpp:member:`msg `：指向 LWT 消息的指针
* :cpp:member:`msg_len `：LWT 消息的长度，:cpp:member:`msg ` 不以空字符结尾时需要该字段
* :cpp:member:`qos `：LWT 消息的服务质量
* :cpp:member:`retain `：指定 LWT 消息的保留标志
在项目配置菜单中设置 MQTT
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通过 :code:`idf.py menuconfig`，可以在 ``Component config`` > ``ESP-MQTT Configuration`` 中找到 MQTT 设置。
相关设置如下：
- :ref:`CONFIG_MQTT_PROTOCOL_311`：启用 MQTT 协议 3.1.1 版本
- :ref:`CONFIG_MQTT_TRANSPORT_SSL` 和 :ref:`CONFIG_MQTT_TRANSPORT_WEBSOCKET`：启用特定 MQTT 传输层，例如 SSL、WEBSOCKET 和 WEBSOCKET_SECURE
- :ref:`CONFIG_MQTT_CUSTOM_OUTBOX`：禁用 mqtt_outbox 默认实现，因此可以提供特定实现
事件
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MQTT 客户端可能会发布以下事件：
* ``MQTT_EVENT_BEFORE_CONNECT``：客户端已初始化并即将开始连接至服务器。
* ``MQTT_EVENT_CONNECTED``：客户端已成功连接至服务器。客户端已准备好收发数据。
* ``MQTT_EVENT_DISCONNECTED``：由于无法读取或写入数据，例如因为服务器无法使用，客户端已终止连接。
* ``MQTT_EVENT_SUBSCRIBED``：服务器已确认客户端的订阅请求。事件数据将包含订阅消息的消息 ID。
* ``MQTT_EVENT_UNSUBSCRIBED``：服务器已确认客户端的退订请求。事件数据将包含退订消息的消息 ID。
* ``MQTT_EVENT_PUBLISHED``：服务器已确认客户端的发布消息。消息将仅针对 QoS 级别 1 和 2 发布，因为级别 0 不会进行确认。事件数据将包含发布消息的消息 ID。
* ``MQTT_EVENT_DATA``：客户端已收到发布消息。事件数据包含：消息 ID、发布消息所属主题名称、收到的数据及其长度。对于超出内部缓冲区的数据，将发布多个 ``MQTT_EVENT_DATA``，并更新事件数据的 :cpp:member:`current_data_offset ` 和 :cpp:member:`total_data_len` 以跟踪碎片化消息。
* ``MQTT_EVENT_ERROR``：客户端遇到错误。使用事件数据 :cpp:type:`error_handle ` 字段中的 :cpp:type:`error_type `，可以发现错误。错误类型决定 :cpp:type:`error_handle ` 结构体的哪些部分会被填充。
API 参考
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.. include-build-file:: inc/mqtt_client.inc