Node.js 与 MQTT：构建下一代物联网应用

在今天的数字化时代，物联网应用正迅速成为前沿技术。而在这方面，Node.js 和 MQTT 的组合无疑为开发者提供了一种高效、灵活的方式来构建应用。在这篇文章中，我们将详细探讨如何在 Node.js 中利用 MQTT 来开发物联网应用。

1. 理解 Node.js 和 MQTT

Node.js 不仅仅是一种服务端的 JavaScript 运行环境，它更是开发高性能、实时应用的绝佳选择。MQTT 则为我们提供了一个轻量、高效的消息通讯协议，特别适用于网络带宽有限或不稳定的环境中。

2. MQTT.js：构建 Node.js 中的 MQTT 应用

MQTT.js 是 Node.js 中最流行的 MQTT 客户端库，它为开发者提供了一个简单易用的 API 来开发 MQTT 客户端应用。

3. 快速入门：Node.js MQTT 客户端

首先，确保你的系统已经安装了 Node.js v14.14.0 或更高版本，接下来，我们将通过几个简单的步骤来搭建你的第一个 Node.js MQTT 客户端。

本项目使用 Node.js v14.14.0 进行开发和测试，读者可用如下命令确认 Node.js 的版本

node --version

v14.14.0

使用 npm 安装 MQTT.js 客户端库

# 新建项目
npm init -y

# 安装依赖
npm install mqtt --save

完成后我们在当前目录下新建一个 index.js 文件作为项目的入口文件，在该文件中来实现 MQTT 连接测试的完整逻辑。

Node.js MQTT 使用

连接 MQTT 服务器

本文将使用 EMQX 提供的 免费公共 MQTT 服务器，该服务基于 EMQX 的 MQTT 物联网云平台 创建。服务器接入信息如下：

  • Broker: broker.emqx.io（国内可以使用 broker-cn.emqx.io）
  • TCP Port: 1883
  • SSL/TLS Port: 8883

引入 MQTT.js 客户端库

注意：在 Node.js 环境中，导入依赖模块请使用 commonjs 规范

const mqtt = require('mqtt')

设置 MQTT Broker 的连接参数

设置 MQTT Broker 连接地址，端口以及 topic，这里我们使用 JavaScript 中的生成随机数的函数来生成客户端 ID。

const host = 'broker.emqx.io'
const port = '1883'
const clientId = `mqtt_${Math.random().toString(16).slice(3)}`

编写 MQTT 连接函数

我们使用刚才设置的连接参数来进行连接，连接的 URL 通过上面定义的 host、port 端口来进行拼接。然后调用 mqtt 模块内置的 connect 函数，连接成功后返回一个 Client 实例。

const connectUrl = `mqtt://${host}:${port}`

const client = mqtt.connect(connectUrl, {
  clientId,
  clean: true,
  connectTimeout: 4000,
  username: 'emqx',
  password: 'public',
  reconnectPeriod: 1000,
})

订阅主题

使用返回的 Client 实例的 on 方法来监听连接成功状态，并在连接成功后的回调函数中订阅 topic。此时我们连接成功后调用 Client 实例的 subscribe 方法订阅 /nodejs/mqtt 主题。

const topic = '/nodejs/mqtt'
client.on('connect', () => {
  console.log('Connected')
  client.subscribe([topic], () => {
    console.log(`Subscribe to topic '${topic}'`)
  })
})

订阅主题成功后，我们再使用 on 方法来监听接收消息的方法，当接受到消息时，我们可以在该方法的回调函数中获取到 topic 和 message 消息。

注意：回调函数中的 message 是 Buffer 类型，需要使用 toString 方法将其转化为字符串

client.on('message', (topic, payload) => {
  console.log('Received Message:', topic, payload.toString())
})

消息发布

完成上述的订阅主题和消息监听后，我们再来编写一个发布消息的方法。

注意：消息发布需要在 MQTT 连接成功以后，因此这里我们写到 Connect 成功的回调函数里

client.on('connect', () => {
  client.publish(topic, 'nodejs mqtt test', { qos: 0, retain: false }, (error) => {
    if (error) {
      console.error(error)
    }
  })
})

完整代码

服务器连接、主题订阅、消息发布与接收的代码。

const mqtt = require('mqtt')

const host = 'broker.emqx.io'
const port = '1883'
const clientId = `mqtt_${Math.random().toString(16).slice(3)}`

const connectUrl = `mqtt://${host}:${port}`
const client = mqtt.connect(connectUrl, {
  clientId,
  clean: true,
  connectTimeout: 4000,
  username: 'emqx',
  password: 'public',
  reconnectPeriod: 1000,
})

const topic = '/nodejs/mqtt'
client.on('connect', () => {
  console.log('Connected')
  client.subscribe([topic], () => {
    console.log(`Subscribe to topic '${topic}'`)
  })
  client.publish(topic, 'nodejs mqtt test', { qos: 0, retain: false }, (error) => {
    if (error) {
      console.error(error)
    }
  })
})
client.on('message', (topic, payload) => {
  console.log('Received Message:', topic, payload.toString())
})

项目完整代码请见：https://github.com/emqx/MQTT-Client-Examples/tree/master/mqtt-client-Node.js

测试

我们在 package.json 文件中的脚本字段中添加一行启动脚本。

"scripts": {
  "start": "node index.js"
}

然后就可以简单使用 npm start 来运行项目。

npm start

运行后我们可以看到控制的输出信息如下：

Node.js 与 MQTT：构建下一代物联网应用-MQTT中文站

4. 安全性考虑

当涉及到物联网应用时，安全性是首要考虑的问题。确保使用 TLS/SSL 加密来保障你的数据安全。

5. 扩展阅读：更多 Node.js 与 MQTT 的强大特性

除了基本功能外，Node.js 和 MQTT 还有许多强大的特性等待你去发掘，如 QoS、消息保留、遗嘱消息等。

6. 结语

随着物联网应用的持续发展，Node.js 结合 MQTT 为开发者提供了一个强大、灵活且高效的工具来满足日益增长的需求。而你，作为一名开发者，现在已经掌握了使用这两个工具构建下一代物联网应用的知识。不要等待，开始你的 MQTT 之旅吧！

本文旨在为读者提供实际的价值，帮助开发者快速、高效地开发物联网应用。感谢你的阅读，期待你的反馈和建议。

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