【.NET+MQTT】.NET6 環境下實現MQTT通訊，以及服務端、客戶端的雙邊消息訂閱與發布的程式碼演示
前言： MQTT廣泛應用於工業物聯網、智慧家居、各類智慧製造或各類自動化場景等。MQTT是一個基於客戶端-伺服器的消息發布/訂閱傳輸協議，在很多受限的環境下，比如說機器與機器通訊、機器與物聯網通訊等。好了，科普的廢話不多說，下面直接通過.NET環境來實現一套MQTT通訊demo，實現服務端與客戶端的雙邊消息發布與訂閱的功能和演示。
開發環境：
VS2022 + .NET 6 + Webapi / 控制台
1、新建一個webapi項目，用來後面做測試使用
2、新建一個繼承自IHostedService的服務，用於隨著webapi程式的啟動而自動執行。（最終程式碼在文末）
3、引入 MQTTNet 包，該項目提供了.net環境下的MQTT通訊協議支援，這款框架很優秀，此處直接引用它來進行使用。
4、在上面的MqttHostService類裡面，開始方法裡面新增初始化MQTT服務端的一些功能，例如 IP、埠號、事件等等。
5、mqtt服務端支援的一系列功能很多，大佬們可以自行去嘗試一些新發現，此處只使用若干個簡單功能。
6、添加客戶端連接事件、連接關閉事件
7、由於事件要用的可能有點多，此處就不一一例舉了，可以直接看以下的程式碼，以及有關注釋來理解。
8、事件觸發時候，列印輸出
9、輸出之前，記錄一個當前事件名稱標記一下，用於可以更加清楚看出是哪個事件輸出的。
10、對MqttHostService類進行註冊，用於程式啟動時候跟隨啟動。
11、上面貌似設計的不是很友好，所以把mqtt服務實例單獨弄出來，寫入到單獨的類裡面做成屬性，供方便調用。
12、把先前的一些東西改一下，換成使用上面步驟的屬性來直接調用使用。
13、運行一下，看看是否可以成功，顯示服務已啟動，說明服務啟動時OK的了.
14、新增一個控制台程式 MqttClient，用於模擬客戶端。
15、創建客戶端啟動以及有關配置資訊和有關事件，如圖。具體使用可以看程式碼注釋，就不過多解釋了。
16、在program類裡面，調用客戶端啟動方法，用於測試使用。
17、上面客戶端對應的三個事件的實現如圖，同時進行有關資訊的列印輸出。
18、啟動服務端，然後啟動客戶端，可以看到服務端有一個連接失敗的消息，這個是因為上面配置的客戶端用戶名是admin，密碼是1234567，而服務端配置的規則是，用戶名是admin 密碼是123456
19、密碼改回正常匹配項以後，再重新運行試試看，可以看到客戶端與服務端連接上了。
20、如果關閉客戶端，也可以看到服務端會進入客戶端關閉事件內。
21、把上面主題訂閱的內容寫到連接成功以後的事件裡面，不然客戶端連接期間，可能就執行了主題訂閱，會存在訂閱失敗的情況。改為寫入到連接成功以後的事件裡面，可以保證主題訂閱肯定是在客戶端連接成功以後才執行的。
22、接下來測試服務端消息推送，在MqttService服務裡面，新增一個方法，用來執行mqtt服務端發布主題消息使用。有關配置資訊和消息格式，如圖所示。
23、新增一個API控制器，用來測試使用。API參數直接拿來進行消息的推送使用。
24、運行服務端和客戶端，並訪問剛剛新增的api介面，手動隨意輸入一條消息，可以看到客戶端訂閱的主題消息已經被實時接收到了。
25、接下來對客戶端新增一個消息推送的方法，用來測試客戶端消息發布的功能。有關消息格式和調用，如圖所示，以及注釋部分的說明。
26、客戶端program類裡面，客戶端連接以後，通過手動回車，來執行客戶端發布消息。
27、再次啟動服務端和客戶端
28、然後客戶端內按一下回車，執行消息發布功能。可以看到，服務端成功接收到了客戶端發過來的主題消息。
29、接下來測試客戶端與客戶端之間的消息發布與訂閱，為了模擬多客戶端效果，把上面客戶端已經編譯好的文件拷貝一份出來。
30、然後本地的程式碼進行一些修改，用來當做第二個客戶端程式。所以客戶端id也進行變更為 testclient02
31、對客戶端訂閱的主題，也改成 topic_02
32、啟動服務端，以及拷貝出來的客戶端1，和上面修改了部分程式碼的客戶端2，保證都已經連接上服務端。
33、調用服務端的api介面，由於服務端發布的消息是發布給topic_01的，所以只有客戶端1可以接收到消息。
34、客戶端1執行回車，用於發布一段消息給主題 topic_02，可以看到客戶端01發布的消息，同時被服務端和客戶端02接收到了。因為服務端是總指揮，所以客戶端發布的消息都會經過服務端，從而服務端都可以接收到連接的客戶端發布的所有消息。
35、測試數據保持，下面先對客戶端1進行斷開，然後再重新連接客戶端1，可以看到客戶端1直接接收到了它訂閱的主題的上一次最新的消息內容，這個就是消息裡面，Retain屬性設為True的結果，用於讓服務端記憶該主題消息使用的。如果設為false，就沒有這個效果了，大佬們也可以自己嘗試。
36、最終的服務端程式碼：
MqttHostService：
public class MqttHostService : IHostedService, IDisposable
{
public void Dispose()
{
}
const string ServerClientId = "SERVER";
public Task StartAsync(CancellationToken cancellationToken)
{
MqttServerOptionsBuilder optionsBuilder = new MqttServerOptionsBuilder();
optionsBuilder.WithDefaultEndpoint();
optionsBuilder.WithDefaultEndpointPort(10086); // 設置 服務端 埠號
optionsBuilder.WithConnectionBacklog(1000); // 最大連接數
MqttServerOptions options = optionsBuilder.Build();
MqttService._mqttServer = new MqttFactory().CreateMqttServer(options);
MqttService._mqttServer.ClientConnectedAsync += _mqttServer_ClientConnectedAsync; //客戶端連接事件
MqttService._mqttServer.ClientDisconnectedAsync += _mqttServer_ClientDisconnectedAsync; // 客戶端關閉事件
MqttService._mqttServer.ApplicationMessageNotConsumedAsync += _mqttServer_ApplicationMessageNotConsumedAsync; // 消息接收事件
MqttService._mqttServer.ClientSubscribedTopicAsync += _mqttServer_ClientSubscribedTopicAsync; // 客戶端訂閱主題事件
MqttService._mqttServer.ClientUnsubscribedTopicAsync += _mqttServer_ClientUnsubscribedTopicAsync; // 客戶端取消訂閱事件
MqttService._mqttServer.StartedAsync += _mqttServer_StartedAsync; // 啟動後事件
MqttService._mqttServer.StoppedAsync += _mqttServer_StoppedAsync; // 關閉後事件
MqttService._mqttServer.InterceptingPublishAsync += _mqttServer_InterceptingPublishAsync; // 消息接收事件
MqttService._mqttServer.ValidatingConnectionAsync += _mqttServer_ValidatingConnectionAsync; // 用戶名和密碼驗證有關
MqttService._mqttServer.StartAsync();
return Task.CompletedTask;
}
/// <summary>
/// 客戶端訂閱主題事件
/// </summary>
/// <param name="arg"></param>
/// <returns></returns>
private Task _mqttServer_ClientSubscribedTopicAsync(ClientSubscribedTopicEventArgs arg)
{
Console.WriteLine($"ClientSubscribedTopicAsync：客戶端ID=【{arg.ClientId}】訂閱的主題=【{arg.TopicFilter}】 ");
return Task.CompletedTask;
}
/// <summary>
/// 關閉後事件
/// </summary>
/// <param name="arg"></param>
/// <returns></returns>
private Task _mqttServer_StoppedAsync(EventArgs arg)
{
Console.WriteLine($"StoppedAsync：MQTT服務已關閉……");
return Task.CompletedTask;
}
/// <summary>
/// 用戶名和密碼驗證有關
/// </summary>
/// <param name="arg"></param>
/// <returns></returns>
private Task _mqttServer_ValidatingConnectionAsync(ValidatingConnectionEventArgs arg)
{
arg.ReasonCode = MqttConnectReasonCode.Success;
if ((arg.Username ?? string.Empty)!="admin" || (arg.Password??String.Empty)!="123456")
{
arg.ReasonCode = MqttConnectReasonCode.Banned;
Console.WriteLine($"ValidatingConnectionAsync：客戶端ID=【{arg.ClientId}】用戶名或密碼驗證錯誤 ");
}
return Task.CompletedTask;
}
/// <summary>
/// 消息接收事件
/// </summary>
/// <param name="arg"></param>
/// <returns></returns>
private Task _mqttServer_InterceptingPublishAsync(InterceptingPublishEventArgs arg)
{
if (string.Equals(arg.ClientId, ServerClientId))
{
return Task.CompletedTask;
}
Console.WriteLine($"InterceptingPublishAsync：客戶端ID=【{arg.ClientId}】 Topic主題=【{arg.ApplicationMessage.Topic}】 消息=【{Encoding.UTF8.GetString(arg.ApplicationMessage.Payload)}】 qos等級=【{arg.ApplicationMessage.QualityOfServiceLevel}】");
return Task.CompletedTask;
}
/// <summary>
/// 啟動後事件
/// </summary>
/// <param name="arg"></param>
/// <returns></returns>
private Task _mqttServer_StartedAsync(EventArgs arg)
{
Console.WriteLine($"StartedAsync：MQTT服務已啟動……");
return Task.CompletedTask;
}
/// <summary>
/// 客戶端取消訂閱事件
/// </summary>
/// <param name="arg"></param>
/// <returns></returns>
private Task _mqttServer_ClientUnsubscribedTopicAsync(ClientUnsubscribedTopicEventArgs arg)
{
Console.WriteLine($"ClientUnsubscribedTopicAsync：客戶端ID=【{arg.ClientId}】已取消訂閱的主題=【{arg.TopicFilter}】 ");
return Task.CompletedTask;
}
private Task _mqttServer_ApplicationMessageNotConsumedAsync(ApplicationMessageNotConsumedEventArgs arg)
{
Console.WriteLine($"ApplicationMessageNotConsumedAsync：發送端ID=【{arg.SenderId}】 Topic主題=【{arg.ApplicationMessage.Topic}】 消息=【{Encoding.UTF8.GetString(arg.ApplicationMessage.Payload)}】 qos等級=【{arg.ApplicationMessage.QualityOfServiceLevel}】");
return Task.CompletedTask;
}
/// <summary>
/// 客戶端斷開時候觸發
/// </summary>
/// <param name="arg"></param>
/// <returns></returns>
/// <exception cref="NotImplementedException"></exception>
private Task _mqttServer_ClientDisconnectedAsync(ClientDisconnectedEventArgs arg)
{
Console.WriteLine($"ClientDisconnectedAsync：客戶端ID=【{arg.ClientId}】已斷開, 地址=【{arg.Endpoint}】 ");
return Task.CompletedTask;
}
/// <summary>
/// 客戶端連接時候觸發
/// </summary>
/// <param name="arg"></param>
/// <returns></returns>
private Task _mqttServer_ClientConnectedAsync(ClientConnectedEventArgs arg)
{
Console.WriteLine($"ClientConnectedAsync：客戶端ID=【{arg.ClientId}】已連接, 用戶名=【{arg.UserName}】地址=【{arg.Endpoint}】 ");
return Task.CompletedTask;
}
public Task StopAsync(CancellationToken cancellationToken)
{
return Task.CompletedTask;
}
}
MqttService：
public class MqttService
{
public static MqttServer _mqttServer { get; set; }
public static void PublishData(string data)
{
var message = new MqttApplicationMessage
{
Topic = "topic_01",
Payload = Encoding.Default.GetBytes(data),
QualityOfServiceLevel = MqttQualityOfServiceLevel.AtLeastOnce,
Retain = true // 服務端是否保留消息。true為保留，如果有新的訂閱者連接，就會立馬收到該消息。
};
_mqttServer.InjectApplicationMessage(new InjectedMqttApplicationMessage(message) // 發送消息給有訂閱 topic_01的客戶端
{
SenderClientId = "Server_01"
}).GetAwaiter().GetResult();
}
}
37、最終的客戶端程式碼：
MqttClientService：
public class MqttClientService
{
public static IMqttClient _mqttClient;
public void MqttClientStart()
{
var optionsBuilder = new MqttClientOptionsBuilder()
.WithTcpServer("127.0.0.1", 10086) // 要訪問的mqtt服務端的 ip 和 埠號
.WithCredentials("admin", "123456") // 要訪問的mqtt服務端的用戶名和密碼
.WithClientId("testclient02") // 設置客戶端id
.WithCleanSession()
.WithTls(new MqttClientOptionsBuilderTlsParameters
{
UseTls = false // 是否使用 tls加密
});
var clientOptions = optionsBuilder.Build();
_mqttClient = new MqttFactory().CreateMqttClient();
_mqttClient.ConnectedAsync += _mqttClient_ConnectedAsync; // 客戶端連接成功事件
_mqttClient.DisconnectedAsync += _mqttClient_DisconnectedAsync; // 客戶端連接關閉事件
_mqttClient.ApplicationMessageReceivedAsync += _mqttClient_ApplicationMessageReceivedAsync; // 收到消息事件
_mqttClient.ConnectAsync(clientOptions);
}
/// <summary>
/// 客戶端連接關閉事件
/// </summary>
/// <param name="arg"></param>
/// <returns></returns>
private Task _mqttClient_DisconnectedAsync(MqttClientDisconnectedEventArgs arg)
{
Console.WriteLine($"客戶端已斷開與服務端的連接……");
return Task.CompletedTask;
}
/// <summary>
/// 客戶端連接成功事件
/// </summary>
/// <param name="arg"></param>
/// <returns></returns>
private Task _mqttClient_ConnectedAsync(MqttClientConnectedEventArgs arg)
{
Console.WriteLine($"客戶端已連接服務端……");
// 訂閱消息主題
// MqttQualityOfServiceLevel: （QoS）: 0 最多一次，接收者不確認收到消息，並且消息不被發送者存儲和重新發送提供與底層 TCP 協議相同的保證。
// 1: 保證一條消息至少有一次會傳遞給接收方。發送方存儲消息，直到它從接收方收到確認收到消息的數據包。一條消息可以多次發送或傳遞。
// 2: 保證每條消息僅由預期的收件人接收一次。級別2是最安全和最慢的服務品質級別，保證由發送方和接收方之間的至少兩個請求/響應（四次握手）。
_mqttClient.SubscribeAsync("topic_02", MqttQualityOfServiceLevel.AtLeastOnce);
return Task.CompletedTask;
}
/// <summary>
/// 收到消息事件
/// </summary>
/// <param name="arg"></param>
/// <returns></returns>
private Task _mqttClient_ApplicationMessageReceivedAsync(MqttApplicationMessageReceivedEventArgs arg)
{
Console.WriteLine($"ApplicationMessageReceivedAsync：客戶端ID=【{arg.ClientId}】接收到消息。 Topic主題=【{arg.ApplicationMessage.Topic}】 消息=【{Encoding.UTF8.GetString(arg.ApplicationMessage.Payload)}】 qos等級=【{arg.ApplicationMessage.QualityOfServiceLevel}】");
return Task.CompletedTask;
}
public void Publish(string data)
{
var message = new MqttApplicationMessage
{
Topic = "topic_02",
Payload = Encoding.Default.GetBytes(data),
QualityOfServiceLevel = MqttQualityOfServiceLevel.AtLeastOnce,
Retain = true // 服務端是否保留消息。true為保留，如果有新的訂閱者連接，就會立馬收到該消息。
};
_mqttClient.PublishAsync(message);
}
}
38、後記：MQTT以上演示已經完畢，可以看到它的一些特性，跟websocket很接近，但是又比websocket通訊更加靈活。其實，實際上MQTT的客戶端在現實生產環境場景下，並不需要咱們開發者進行開發，很多硬體設備都支援提供MQTT協議的通訊客戶端，所以只需要自己搭建一個服務端，就可以實現實時監控各種設備推送過來的各種訊號數據。同時客戶端支援發布消息給其他客戶端，所以就實現了設備與設備之間的一對一訊號通訊的效果了。如果需要下發訊號給硬體設備，MQTT服務端也可以直接下發給某個指定設備來進行實現即可。上面案例只提供入門方案，如果有感興趣的大佬，可以自己去拓展一下，來達到更好的效果。
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