众所周知，Nginx 最常见的传统场景是Web服务器，HTTP 反向代理以及负载均衡，此外，它在物联网的技术领域，也可以发挥同样可观的作用。

本节我们会重点讨论使用Nginx 实现物联网消息组件MQTT Broker的高可用。

MQTT 流量负载均衡

• 带有健康检查的高可用实践
• 基于MQTT ClientID的会话保持

0x01 MQTT 原理

首先我们来熟悉一下MQTT 协议。MQTT（Message Queuing Telemetry Transport，消息队列遥测传输协议），是一种基于发布/订阅（publish/subscribe）模式的"轻量级"通讯协议，该协议构建于TCP/IP协议上，由IBM在1999年发布。MQTT最大优点在于，可以以极少的代码和有限的带宽，为连接远程设备提供实时可靠的消息服务。作为一种低开销、低带宽占用的即时通讯协议，使其在物联网、小型设备、移动应用等方面有较广泛的应用。

MQTT协议原理

1 MQTT协议实现方式

实现MQTT协议需要客户端和服务器端通讯完成，在通讯过程中，MQTT协议中有三种身份：发布者（Publish）、代理（Broker）（服务器）、订阅者（Subscribe）。其中，消息的发布者和订阅者都是客户端，消息代理是服务器，消息发布者可以同时是订阅者。

MQTT传输的消息分为：主题（Topic）和负载（payload）两部分：

• （1）Topic，可以理解为消息的类型，订阅者订阅（Subscribe）后，就会收到该主题的消息内容（payload）；
• （2）payload，可以理解为消息的内容，是指订阅者具体要使用的内容。

2 网络传输与应用消息

MQTT会构建底层网络传输：它将建立客户端到服务器的连接，提供两者之间的一个有序的、无损的、基于字节流的双向传输。

当应用数据通过MQTT网络发送时，MQTT会把与之相关的服务质量（QoS）和主题名（Topic）相关连。

3 MQTT客户端

一个使用MQTT协议的应用程序或者设备，它总是建立到服务器的网络连接。客户端可以：

• （1）发布其他客户端可能会订阅的信息；
• （2）订阅其它客户端发布的消息；
• （3）退订或删除应用程序的消息；
• （4）断开与服务器连接。

4 MQTT服务器

MQTT服务器以称为"消息代理"（Broker），可以是一个应用程序或一台设备。它是位于消息发布者和订阅者之间，它可以：

• （1）接受来自客户的网络连接；
• （2）接受客户发布的应用信息；
• （3）处理来自客户端的订阅和退订请求；
• （4）向订阅的客户转发应用程序消息。

5 MQTT协议中的订阅、主题、会话

一、订阅（Subscription）

订阅包含主题筛选器（Topic Filter）和最大服务质量（QoS）。订阅会与一个会话（Session）关联。一个会话可以包含多个订阅。每一个会话中的每个订阅都有一个不同的主题筛选器。

二、会话（Session）

每个客户端与服务器建立连接后就是一个会话，客户端和服务器之间有状态交互。会话存在于一个网络之间，也可能在客户端和服务器之间跨越多个连续的网络连接。

三、主题名（Topic Name）

连接到一个应用程序消息的标签，该标签与服务器的订阅相匹配。服务器会将消息发送给订阅所匹配标签的每个客户端。

四、主题筛选器（Topic Filter）

一个对主题名通配符筛选器，在订阅表达式中使用，表示订阅所匹配到的多个主题。

五、负载（Payload）

消息订阅者所具体接收的内容。

6 MQTT协议中的方法

MQTT协议中定义了一些方法（也被称为动作），来于表示对确定资源所进行操作。这个资源可以代表预先存在的数据或动态生成数据，这取决于服务器的实现。通常来说，资源指服务器上的文件或输出。主要方法有：

• （1）Connect。等待与服务器建立连接。
• （2）Disconnect。等待MQTT客户端完成所做的工作，并与服务器断开TCP/IP会话。
• （3）Subscribe。等待完成订阅。
• （4）UnSubscribe。等待服务器取消客户端的一个或多个topics订阅。
• （5）Publish。MQTT客户端发送消息请求，发送完成后返回应用程序线程。 

0x02 MQTT 环境搭建

1 搭建MQTT Broker 

使用HiveMQ 官方容器镜像，快速拉起2 个HiveMQ的 Broker 

docker run --name hivemq01 -d hivemq/hivemq-ce

docker run --name hivemq02 -d hivemq/hivemq-ce

2. 使用mosquitto 模拟订阅端和发布端

订阅:mosquitto_sub -h localhost -p 1883 -t test -u test -P t123456

发布:mosquitto_pub -h localhost -p 1883 -t test -m hello-world -u test -P t123456

3. 使用Nginx 进行MQTT协议代理

0x03 测试

正常情况下，订阅端收到的发布端的信息是间断的，每次只收到一半的信息。此时代表Nginx 正常运行，将信息分别负载到两个MQTT Broker中。

此时，停止其中一台MQTT Broker 容器，则信息会全部被负载至另一台MQTT Broker中。

那么，如何解决Nginx分发信息的时候，每个MQTT Broker只能收到一半信息的情况呢？ 下一节，我们会介绍 IoT 场景-02:通过Nginx JavaScript 实现会话保持。

参考:

https://www.runoob.com/w3cnote/mqtt-intro.html