.NET 开源高性能 MQTT 类库

前言

随着物联网（IoT）技术的迅猛发展，MQTT（消息队列遥测传输）协议凭借其轻量级和高效性，已成为众多物联网应用的首选通信标准。

MQTTnet 作为一个高性能的 .NET 开源库，为 .NET 平台上的 MQTT 客户端与服务器开发提供了强大的支持。

本文将全面介绍 MQTTnet 的核心功能、显著优势及其广泛的应用场景，帮助我们更好地利用工具提升物联网项目的效率与可靠性。

项目介绍

MQTTnet 是一个跨平台、高性能和开源的 MQTT 客户端库和服务端实现，是 .NET 平台上主流的 MQTT 实现之一。

基于 MQTTnet，用户可以方便地在 .NET 平台上集成 MQTT 功能，实现 MQTT 协议的消息传输等功能。

它支持 .NET Standard 2.0 及以上版本，可在多版本 .NET 平台上运行，包括 .NET Framework、.NET Core 和 Xamarin。

MQTTnet 提供同步和异步操作、内置日志记录、QoS 支持等功能，并包含客户端和服务器组件，支持 MQTT 协议从 3.1.1 到 5.0 的版本。

功能说明

客户端功能

MQTTnet 提供了强大的客户端功能，能够轻松连接到 MQTT 服务器并进行通信。

其主要特性包括：

• 连接管理： 支持与单个或多个服务器建立和管理连接。

• 消息发布与订阅： 支持不同 QoS 级别的消息发布和订阅，确保可靠传输。

• 保持活动： 自动管理心跳，保持连接活跃。

• 重连机制： 自动重连，确保通信稳定。

服务器功能

MQTTnet 同时支持构建 MQTT 服务器，可以创建自定义的 MQTT 服务。

其主要特性包括：

• 连接管理： 支持大量并发连接。

• 消息路由： 根据订阅规则将消息路由到相应客户端。

• 安全机制： 支持多种身份验证和授权机制。

• 日志与监控： 提供日志记录和监控功能，便于问题排查。

功能特点

1、客户端和服务器支持： MQTTnet 同时提供了客户端和服务器实现，便于构建完整的 MQTT 通信系统。

2、高性能： 采用异步编程模型，确保高效的消息处理和传输。

3、跨平台兼容性： 兼容多种 .NET Framework 版本，包括 .NET Core 及 .NET 5/6/7，支持不同操作系统和 CPU 架构。 易于使用： 提供简洁的 API，方便开发者集成 MQTT 功能。

4、支持 MQTT v5： 支持 MQTT 最新版本 5 及其所有特性。

5、可扩展性： 设计灵活，允许自定义和扩展功能。

6、安全性： 支持 SSL/TLS 加密，保障通信安全。

7、轻量级： 体积小巧，适用于资源受限的 IoT 设备。

应用场景

MQTTnet 可用于构建多种基于 MQTT 协议的应用程序，包括：

• 物联网 (IoT)： 适用于连接资源受限的设备，如传感器和执行器。
• 车联网： 用于连接车载设备并收集实时数据。
• 工业自动化： 用于连接工业控制系统和设备。

使用方法

1、安装 MQTTnet

需要将 MQTTnet 库添加到项目中，使用 NuGet 包管理器进行安装：

Install-Package MQTTnet

或者使用.NET CLI

dotnet add package MQTTnet

2、服务端代码

服务端代码编写，具体步骤可以参考以下步骤。

• 1、初始化 MQTT 服务器

创建一个 MQTT 服务器工厂实例，并使用它创建一个服务器。

using MQTTnet.Server;
var factory = new MqttFactory();
var mqttServer = factory.CreateMqttServer();

• 2、配置 MQTT 服务器选项

配置服务器选项，例如默认端口等。

var options = new MqttServerOptionsBuilder()
    .WithDefaultEndpointPort(1883)
    .Build();

• 3、启动 MQTT 服务器

await mqttServer.StartAsync(options

• 4、处理客户端连接

为服务器的 ClientConnectedHandler 和 ClientDisconnectedHandler 事件添加处理程序，以处理客户端连接和断开。

mqttServer.ClientConnectedHandler = new MqttServerClientConnectedHandlerDelegate(e =>
{
    Console.WriteLine($"客户端已连接: {e.ClientId}");
});

mqttServer.ClientDisconnectedHandler = new MqttServerClientDisconnectedHandlerDelegate(e =>
{
    Console.WriteLine($"客户端已断开连接: {e.ClientId}");
});

• 5、处理消息

为服务器的 ApplicationMessageReceivedHandler 事件添加处理程序，以处理接收到的消息。

mqttServer.ApplicationMessageReceivedHandler = new MqttApplicationMessageReceivedHandlerDelegate(e =>
{
    Console.WriteLine($"接收消息: {Encoding.UTF8.GetString(e.ApplicationMessage.Payload)} from client: {e.ClientId}");
});

• 6、停止 MQTT 服务器

完成通信消息后，需要停止服务器。

await mqttServer.StopAsync();

3、客户端代码

使用 MQTTnet创建 MQTT 客户端，具体步骤可以参下面代码。

• 1、初始化 MQTT 客户端

创建一个 MQTT 客户端工厂实例，并使用它创建一个客户端。

using MQTTnet;
using MQTTnet.Client;
using MQTTnet.Client.Options;

var factory = new MqttFactory();
var mqttClient = factory.CreateMqttClient();

• 2、配置 MQTT 客户端选项

配置客户端连接选项，例如服务器地址和端口。

var options = new MqttClientOptionsBuilder()
    .WithClientId("客户端ID")
    .WithTcpServer("mqtt服务器地址", 1883)
    .WithCleanSession()
    .Build();

• 3、连接到 MQTT 服务器

使用配置的选项连接到 MQTT 服务器。

await mqttClient.ConnectAsync(options, CancellationToken.None);

• 4、订阅主题

连接成功后，可以订阅一个或多个主题。

await mqttClient.SubscribeAsync(new MqttTopicFilterBuilder()
    .WithTopic("test/topic")
    .Build());

• 5、接收消息

为客户端的 ApplicationMessageReceivedHandler 事件添加处理程序，以接收消息：

mqttClient.UseApplicationMessageReceivedHandler(e =>
{
    Console.WriteLine($"接收消息: {Encoding.UTF8.GetString(e.ApplicationMessage.Payload)}");
});

• 6、发布消息

可以发布消息到指定的主题。

var message = new MqttApplicationMessageBuilder()
    .WithTopic("test/topic")
    .WithPayload("您好 MQTT")
    .WithQualityOfServiceLevel(MQTTnet.Protocol.MqttQualityOfServiceLevel.AtLeastOnce)
    .Build();

await mqttClient.PublishAsync(message, CancellationToken.None);

• 7、断开连接

完成消息发送后，断开与服务器的连接。

await mqttClient.DisconnectAsync();

通过上述步骤，我们实现了基本的发布与订阅功能：发布者将消息发布到 "test/Topic" 主题，订阅者订阅了同一主题，并在收到新消息时将其打印出来。

虽然是一个简单示例，但在实际项目中，可以根据具体需求进一步扩展功能，例如添加异常处理等。

项目地址

Github: https://github.com/dotnet/MQTTnet

官网：https://mqtt.org/

总结

本文介绍了 MQTT 的相关信息，并展示了如何在.NET 中进行基本的使用。

MQTT 还有许多高级功能，大家可以通过查阅 MQTTnet 的官方 API 文档进一步学习和使用其它功能。

最后

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