.NET6环境下实现MQTT通信及详细代码演示
作者：WeskyNet
前言： MQTT广泛应用于工业物联网、智能家居、各类智能制造或各类自动化场景等。MQTT是一个基于客户端-服务器的消息发布/订阅传输协议，在很多受限的环境下，比如说机器与机器通信、机器与物联网通信等。好了，科普的废话不多说，下面直接通过.NET环境来实现一套MQTT通信demo，实现服务端与客户端的双边消息发布与订阅的功能和演示。
开发环境：
VS2022 + .NET 6 + Webapi / 控制台
1、新建一个webapi项目，用来后面做测试使用
2、新建一个继承自IHostedService的服务，用于随着webapi程序的启动而自动执行。（最终代码在文末）
3、引入 MQTTNet 包，该项目提供了.net环境下的MQTT通信协议支持，这款框架很优秀，此处直接引用它来进行使用。
4、在上面的MqttHostService类里面，开始方法里面新增初始化MQTT服务端的一些功能，例如 IP、端口号、事件等等。
5、mqtt服务端支持的一系列功能很多，大佬们可以自行去尝试一些新发现，此处只使用若干个简单功能。
6、添加客户端连接事件、连接关闭事件
7、由于事件要用的可能有点多，此处就不一一例举了，可以直接看以下的代码，以及有关注释来理解。
8、事件触发时候，打印输出
9、输出之前，记录一个当前事件名称标记一下，用于可以更加清楚看出是哪个事件输出的。
10、对MqttHostService类进行注册，用于程序启动时候跟随启动。
11、上面貌似设计的不是很友好，所以把mqtt服务实例单独弄出来，写入到单独的类里面做成属性，供方便调用。
12、把先前的一些东西改一下，换成使用上面步骤的属性来直接调用使用。
13、运行一下，看看是否可以成功，显示服务已启动，说明服务启动时OK的了.
14、新增一个控制台程序 MqttClient，用于模拟客户端。
15、创建客户端启动以及有关配置信息和有关事件，如图。具体使用可以看代码注释，就不过多解释了。
16、在program类里面，调用客户端启动方法，用于测试使用。
17、上面客户端对应的三个事件的实现如图，同时进行有关信息的打印输出。
18、启动服务端，然后启动客户端，可以看到服务端有一个连接失败的消息，这个是因为上面配置的客户端用户名是admin，密码是1234567，而服务端配置的规则是，用户名是admin 密码是123456
19、密码改回正常匹配项以后，再重新运行试试看，可以看到客户端与服务端连接上了。
20、如果关闭客户端，也可以看到服务端会进入客户端关闭事件内。
21、把上面主题订阅的内容写到连接成功以后的事件里面，不然客户端连接期间，可能就执行了主题订阅，会存在订阅失败的情况。改为写入到连接成功以后的事件里面，可以保证主题订阅肯定是在客户端连接成功以后才执行的。
22、接下来测试服务端消息推送，在MqttService服务里面，新增一个方法，用来执行mqtt服务端发布主题消息使用。有关配置信息和消息格式，如图所示。
23、新增一个API控制器，用来测试使用。API参数直接拿来进行消息的推送使用。
24、运行服务端和客户端，并访问刚刚新增的api接口，手动随意输入一条消息，可以看到客户端订阅的主题消息已经被实时接收到了。
25、接下来对客户端新增一个消息推送的方法，用来测试客户端消息发布的功能。有关消息格式和调用，如图所示，以及注释部分的说明。
26、客户端program类里面，客户端连接以后，通过手动回车，来执行客户端发布消息。
27、再次启动服务端和客户端
28、然后客户端内按一下回车，执行消息发布功能。可以看到，服务端成功接收到了客户端发过来的主题消息。
29、接下来测试客户端与客户端之间的消息发布与订阅，为了模拟多客户端效果，把上面客户端已经编译好的文件拷贝一份出来。
30、然后本地的代码进行一些修改，用来当做第二个客户端程序。所以客户端id也进行变更为 testclient02
31、对客户端订阅的主题，也改成 topic_02
32、启动服务端，以及拷贝出来的客户端1，和上面修改了部分代码的客户端2，保证都已经连接上服务端。
33、调用服务端的api接口，由于服务端发布的消息是发布给topic_01的，所以只有客户端1可以接收到消息。
34、客户端1执行回车，用于发布一段消息给主题 topic_02，可以看到客户端01发布的消息，同时被服务端和客户端02接收到了。因为服务端是总指挥，所以客户端发布的消息都会经过服务端，从而服务端都可以接收到连接的客户端发布的所有消息。
35、测试数据保持，下面先对客户端1进行断开，然后再重新连接客户端1，可以看到客户端1直接接收到了它订阅的主题的上一次最新的消息内容，这个就是消息里面，Retain属性设为True的结果，用于让服务端记忆该主题消息使用的。如果设为false，就没有这个效果了，大佬们也可以自己尝试。
36、最终的服务端代码：
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); // 设置 服务端 端口号
optionsBuilder.WithConnectionBacklog(1000); // 最大连接数
MqttServerOptions options = optionsBuilder.Build();
MqttService._mqttServer = new MqttFactory().CreateMqttServer(options);
MqttService._mqttServer.ClientConnectedAsync += _mqttServer_ClientConnectedAsync; //客户端连接事件
MqttService._mqttServer.ClientDisconnectedAsync += _mqttServer_ClientDisconnectedAsync; // 客户端关闭事件
MqttService._mqttServer.ApplicationMessageNotConsumedAsync += _mqttServer_ApplicationMessageNotConsumedAsync; // 消息接收事件
MqttService._mqttServer.ClientSubscribedTopicAsync += _mqttServer_ClientSubscribedTopicAsync; // 客户端订阅主题事件
MqttService._mqttServer.ClientUnsubscribedTopicAsync += _mqttServer_ClientUnsubscribedTopicAsync; // 客户端取消订阅事件
MqttService._mqttServer.StartedAsync += _mqttServer_StartedAsync; // 启动后事件
MqttService._mqttServer.StoppedAsync += _mqttServer_StoppedAsync; // 关闭后事件
MqttService._mqttServer.InterceptingPublishAsync += _mqttServer_InterceptingPublishAsync; // 消息接收事件
MqttService._mqttServer.ValidatingConnectionAsync += _mqttServer_ValidatingConnectionAsync; // 用户名和密码验证有关
MqttService._mqttServer.StartAsync();
return Task.CompletedTask;
}
/// <summary>
/// 客户端订阅主题事件
/// </summary>
/// <param name="arg"></param>
/// <returns></returns>
private Task _mqttServer_ClientSubscribedTopicAsync(ClientSubscribedTopicEventArgs arg)
{
Console.WriteLine($"ClientSubscribedTopicAsync：客户端ID=【{arg.ClientId}】订阅的主题=【{arg.TopicFilter}】 ");
return Task.CompletedTask;
}
/// <summary>
/// 关闭后事件
/// </summary>
/// <param name="arg"></param>
/// <returns></returns>
private Task _mqttServer_StoppedAsync(EventArgs arg)
{
Console.WriteLine($"StoppedAsync：MQTT服务已关闭……");
return Task.CompletedTask;
}
/// <summary>
/// 用户名和密码验证有关
/// </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($"ValidatingConnectionAsync：客户端ID=【{arg.ClientId}】用户名或密码验证错误 ");
}
return Task.CompletedTask;
}
/// <summary>
/// 消息接收事件
/// </summary>
/// <param name="arg"></param>
/// <returns></returns>
private Task _mqttServer_InterceptingPublishAsync(InterceptingPublishEventArgs arg)
{
if (string.Equals(arg.ClientId, ServerClientId))
{
return Task.CompletedTask;
}
Console.WriteLine($"InterceptingPublishAsync：客户端ID=【{arg.ClientId}】 Topic主题=【{arg.ApplicationMessage.Topic}】 消息=【{Encoding.UTF8.GetString(arg.ApplicationMessage.Payload)}】 qos等级=【{arg.ApplicationMessage.QualityOfServiceLevel}】");
return Task.CompletedTask;
}
/// <summary>
/// 启动后事件
/// </summary>
/// <param name="arg"></param>
/// <returns></returns>
private Task _mqttServer_StartedAsync(EventArgs arg)
{
Console.WriteLine($"StartedAsync：MQTT服务已启动……");
return Task.CompletedTask;
}
/// <summary>
/// 客户端取消订阅事件
/// </summary>
/// <param name="arg"></param>
/// <returns></returns>
private Task _mqttServer_ClientUnsubscribedTopicAsync(ClientUnsubscribedTopicEventArgs arg)
{
Console.WriteLine($"ClientUnsubscribedTopicAsync：客户端ID=【{arg.ClientId}】已取消订阅的主题=【{arg.TopicFilter}】 ");
return Task.CompletedTask;
}
private Task _mqttServer_ApplicationMessageNotConsumedAsync(ApplicationMessageNotConsumedEventArgs arg)
{
Console.WriteLine($"ApplicationMessageNotConsumedAsync：发送端ID=【{arg.SenderId}】 Topic主题=【{arg.ApplicationMessage.Topic}】 消息=【{Encoding.UTF8.GetString(arg.ApplicationMessage.Payload)}】 qos等级=【{arg.ApplicationMessage.QualityOfServiceLevel}】");
return Task.CompletedTask;
}
/// <summary>
/// 客户端断开时候触发
/// </summary>
/// <param name="arg"></param>
/// <returns></returns>
/// <exception cref="NotImplementedException"></exception>
private Task _mqttServer_ClientDisconnectedAsync(ClientDisconnectedEventArgs arg)
{
Console.WriteLine($"ClientDisconnectedAsync：客户端ID=【{arg.ClientId}】已断开, 地址=【{arg.Endpoint}】 ");
return Task.CompletedTask;
}
/// <summary>
/// 客户端连接时候触发
/// </summary>
/// <param name="arg"></param>
/// <returns></returns>
private Task _mqttServer_ClientConnectedAsync(ClientConnectedEventArgs arg)
{
Console.WriteLine($"ClientConnectedAsync：客户端ID=【{arg.ClientId}】已连接, 用户名=【{arg.UserName}】地址=【{arg.Endpoint}】 ");
return Task.CompletedTask;
}
public Task StopAsync(CancellationToken cancellationToken)
{
return Task.CompletedTask;
}
}MqttService：
public class MqttService
{
public static MqttServer _mqttServer { get; set; }
public static void PublishData(string data)
{
var message = new MqttApplicationMessage
{
Topic = "topic_01",
Payload = Encoding.Default.GetBytes(data),
QualityOfServiceLevel = MqttQualityOfServiceLevel.AtLeastOnce,
Retain = true // 服务端是否保留消息。true为保留，如果有新的订阅者连接，就会立马收到该消息。
};
_mqttServer.InjectApplicationMessage(new InjectedMqttApplicationMessage(message) // 发送消息给有订阅 topic_01的客户端
{
SenderClientId = "Server_01"
}).GetAwaiter().GetResult();
}
}37、最终的客户端代码：
MqttClientService：
public class MqttClientService
{
public static IMqttClient _mqttClient;
public void MqttClientStart()
{
var optionsBuilder = new MqttClientOptionsBuilder()
.WithTcpServer("127.0.0.1", 10086) // 要访问的mqtt服务端的 ip 和 端口号
.WithCredentials("admin", "123456") // 要访问的mqtt服务端的用户名和密码
.WithClientId("testclient02") // 设置客户端id
.WithCleanSession()
.WithTls(new MqttClientOptionsBuilderTlsParameters
{
UseTls = false // 是否使用 tls加密
});
var clientOptions = optionsBuilder.Build();
_mqttClient = new MqttFactory().CreateMqttClient();
_mqttClient.ConnectedAsync += _mqttClient_ConnectedAsync; // 客户端连接成功事件
_mqttClient.DisconnectedAsync += _mqttClient_DisconnectedAsync; // 客户端连接关闭事件
_mqttClient.ApplicationMessageReceivedAsync += _mqttClient_ApplicationMessageReceivedAsync; // 收到消息事件
_mqttClient.ConnectAsync(clientOptions);
}
/// <summary>
/// 客户端连接关闭事件
/// </summary>
/// <param name="arg"></param>
/// <returns></returns>
private Task _mqttClient_DisconnectedAsync(MqttClientDisconnectedEventArgs arg)
{
Console.WriteLine($"客户端已断开与服务端的连接……");
return Task.CompletedTask;
}
/// <summary>
/// 客户端连接成功事件
/// </summary>
/// <param name="arg"></param>
/// <returns></returns>
private Task _mqttClient_ConnectedAsync(MqttClientConnectedEventArgs arg)
{
Console.WriteLine($"客户端已连接服务端……");
// 订阅消息主题
// MqttQualityOfServiceLevel: （QoS）: 0 最多一次，接收者不确认收到消息，并且消息不被发送者存储和重新发送提供与底层 TCP 协议相同的保证。
// 1: 保证一条消息至少有一次会传递给接收方。发送方存储消息，直到它从接收方收到确认收到消息的数据包。一条消息可以多次发送或传递。
// 2: 保证每条消息仅由预期的收件人接收一次。级别2是最安全和最慢的服务质量级别，保证由发送方和接收方之间的至少两个请求/响应（四次握手）。
_mqttClient.SubscribeAsync("topic_02", MqttQualityOfServiceLevel.AtLeastOnce);
return Task.CompletedTask;
}
/// <summary>
/// 收到消息事件
/// </summary>
/// <param name="arg"></param>
/// <returns></returns>
private Task _mqttClient_ApplicationMessageReceivedAsync(MqttApplicationMessageReceivedEventArgs arg)
{
Console.WriteLine($"ApplicationMessageReceivedAsync：客户端ID=【{arg.ClientId}】接收到消息。 Topic主题=【{arg.ApplicationMessage.Topic}】 消息=【{Encoding.UTF8.GetString(arg.ApplicationMessage.Payload)}】 qos等级=【{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 // 服务端是否保留消息。true为保留，如果有新的订阅者连接，就会立马收到该消息。
};
_mqttClient.PublishAsync(message);
}
}38、后记：MQTT以上演示已经完毕，可以看到它的一些特性，跟websocket很接近，但是又比websocket通信更加灵活。其实，实际上MQTT的客户端在现实生产环境场景下，并不需要咱们开发者进行开发，很多硬件设备都支持提供MQTT协议的通信客户端，所以只需要自己搭建一个服务端，就可以实现实时监控各种设备推送过来的各种信号数据。同时客户端支持发布消息给其他客户端，所以就实现了设备与设备之间的一对一信号通信的效果了。如果需要下发信号给硬件设备，MQTT服务端也可以直接下发给某个指定设备来进行实现即可。上面案例只提供入门方案，如果有感兴趣的大佬，可以自己去拓展一下，来达到更好的效果。
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