前言
MQTT 3.1協(xié)議在弱網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下（比如2G/3G等）表現(xiàn)不夠好，因此才有了反思。
弱網(wǎng)環(huán)境下表現(xiàn)
手機等終端在弱網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下丟包情況會非常明顯，連接MQTT Server成功率很低。相比單純的請求-相應(yīng)模型的HTTP，其成功率會比MQTT訂閱成功高很多。
手機終端在每次TCP斷開或斷網(wǎng)后，會即刻發(fā)起TCP重連，連接成功，會重復以前步驟依次發(fā)送連接命令（CONNECT），訂閱命令（SUBSCRIBLE），表明上看，這些過程沒有任何問題，但問題就在于從終端成功建立到服務(wù)器的連接，到發(fā)送訂閱命令，在弱網(wǎng)情況下，這個過程將會變得很昂貴：
從TCP建立開始的三次握手到完整的訂閱命令發(fā)送完畢，考慮到TCP堆棧的每次接收數(shù)據(jù)方響應(yīng)ACK，這中間終端和服務(wù)器端至少產(chǎn)生了10次數(shù)據(jù)交互。
在網(wǎng)絡(luò)變化頻繁或者不太穩(wěn)定的2G/3G網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，這種過程顯得有些冗長和不適應(yīng)，同時會加重已經(jīng)不堪的弱網(wǎng)絡(luò)負載的負擔。
弱網(wǎng)下，在任何一個階段的執(zhí)行過程中，都有可能產(chǎn)生突發(fā)性的網(wǎng)絡(luò)中斷的問題：
-
無法成功建立TCP鏈接，或死在三次握手期間，或數(shù)據(jù)包丟失在握手之后，或客戶端連接超時過小
-
建立連接后，發(fā)送CONNECT命令后，或沒接收到TCP ACK確認包，或客戶端等待延時太小，導致訂閱命令交互失敗
-
發(fā)送SUBSCRIBLE命令后，但服務(wù)器端沒收到，或因為丟包，或網(wǎng)絡(luò)已斷開，導致發(fā)送SUBSCRIBLE命令失敗
-
成功發(fā)送SUBSCRIBLE命令后，或移動網(wǎng)絡(luò)斷開了（有些運營商針對認為HTTP的請求有超時判斷），或等待超時，導致訂閱失敗
TCP是無感知的虛擬連接，中間斷開兩端不會立刻得到通知，否則就用不著心跳保活機制了。
舉一個例子，線上的服務(wù)器根據(jù)日志分析，只接收到連接命令（CONNECT）但沒有后續(xù)的訂閱命令（SUBSCRIBLE）的情況，每天有上百萬級別的數(shù)量。
總之，針對低速率弱網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，MQTT表現(xiàn)不怎么好。
改進點
業(yè)務(wù)改進點：
- 客戶端的連接超時、等待超時設(shè)大一點，兩秒太短，可設(shè)置長一些，比如10秒
- 服務(wù)器端支持在接收到用戶發(fā)送CONNECT命令后，瞬間發(fā)送一些live data/hot data（早已緩存的數(shù)據(jù)），類似于HTTP請求-相應(yīng)模型，目的嘛，一些熱數(shù)據(jù)發(fā)送給終端要趁早，越快越好（所謂出名要趁早嘛）；這個需要客戶端、服務(wù)器端同時支持
協(xié)議改進點：
- CONNECT命令可變頭部包含"MQisdp"太多余了，學院派風格嘛
- 允許在連接命令中負載（payload）中攜帶訂閱Topic字符串
- 允許在連接命令中表示上次連接訂閱的Topic發(fā)生變化否，攜帶訂閱業(yè)務(wù)，雖冗余，但實用。 eg：訂閱的Topic沒有發(fā)生變化，TOPICCHANGE:0；退訂，UNSUBSCRIBE:TOPICONE；SUBSCRIBE：TOPIC_TWO
- PUBLISH、PUBACK等支持的 Message Identifier 才16位，太短，實際業(yè)務(wù)無法做到全局唯一。引入mid和業(yè)務(wù)id的映射對應(yīng)關(guān)系？那是狀態(tài)，需要維護，代價還是蠻高的。業(yè)界流行看法，無狀態(tài)化的架構(gòu)才是便于橫向、豎向、縱向、四方向的擴展，呵呵。最好方式就是修改使之支持字符串形式，否則維護代價高！
- 心跳命令PINGREQ/PINGREQ可以做到一個字節(jié)傳輸，節(jié)省一個字節(jié)，有些強迫癥的感覺嘛
- 低速率網(wǎng)絡(luò)需要做一些兼容和調(diào)整
有些建議看似冗余，批量或打包處理總比單個處理更高效一些、更節(jié)省資源，弱網(wǎng)絡(luò)環(huán)境要求交互要盡可能的少，數(shù)據(jù)嘛要的是瞬間抵達，越快越好。
嚴格的分層和業(yè)務(wù)解耦，會導致性能問題。好比當前Linux內(nèi)核的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)堆棧分層很清晰，每一層都各司其職，但和直接略過內(nèi)核態(tài)直接運行在用戶態(tài)(User Space)的Packet I/O相比，處理性能不是在一個檔次上，比如Netmap 、DPDK等。
MQTT-SN
針對沒有TCP/IP等網(wǎng)絡(luò)堆棧支持的終端環(huán)境，MQTT愛莫能助了。
在一些類似于傳感器電子元件中，資源十分受限，計算能力不足，嵌入TCP/IP網(wǎng)絡(luò)堆棧不現(xiàn)實，比較好的方式基于IEEE 802.15.4用于低速無線個人域網(wǎng)(LR-WPAN)的物理層和媒體接入控制層規(guī)范之上發(fā)送UDP數(shù)據(jù)包，每一個數(shù)據(jù)包最大128個字節(jié)。
MQTT-SN（MQTT For Sensor Networks）協(xié)議就是為了非常受限類似傳感器而設(shè)的，協(xié)議流程架構(gòu)比較有趣：
更多協(xié)議細節(jié)，有待進一步閱讀。
TCP不是最適合的移動網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議
先來算一下網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)。
以太網(wǎng)幀頭至少18個字節(jié)，IP頭固定20個字節(jié)，TCP頭20個字節(jié)（UDP頭部8個字節(jié)），再加上電信寬帶計費的PPPoE的8個字節(jié)：
- TCP數(shù)據(jù)包頭部信息至少占有66個字節(jié)
- UDP數(shù)據(jù)報頭部信息至少占有54個字節(jié)
UDP可以比TCP節(jié)省12個字節(jié)。
MQTT-SN協(xié)議選擇使用UDP，可以看出其在節(jié)省資源方面的努力。
再看看弱網(wǎng)環(huán)境。
- 在網(wǎng)絡(luò)可達情況下，UDP可以在TCP建立第一次握手期間就已經(jīng)把數(shù)據(jù)送達目的地
- 完成三次握手期間，UDP客戶端和UDP服務(wù)器在數(shù)據(jù)層面可以完成一次完整的交互（PING-PONG）
在網(wǎng)絡(luò)不好的情況下，UDP的時效性會好于TCP，TCP長連接中間交換過多、使之建立完整交互的過程成功率就很低。此種情況UDP的低延遲和實時性呈現(xiàn)的結(jié)果會表現(xiàn)的很突出。
TCP或HTTP理論上是可靠連接，但是在網(wǎng)絡(luò)不好的時候，也不是那么可靠。客戶端一般提交HTTP請求之后，沒有確認是否提交成功，在弱網(wǎng)環(huán)境下會產(chǎn)生丟包，服務(wù)器端嘛收不到。另TCP網(wǎng)絡(luò)堆棧會存在數(shù)據(jù)包重發(fā)機制 + 應(yīng)用層重發(fā)請求，可能會導致內(nèi)核處理多次數(shù)據(jù)包的重發(fā)（還有擁塞窗口會收縮，發(fā)包速度減慢），可能會加重弱網(wǎng)絡(luò)的負載。
和TCP相比，UDP的無連接，代表了它快速，資源消耗小，突出表現(xiàn)就是延遲較小。至于數(shù)據(jù)包丟失沒有重傳，上層的業(yè)務(wù)層面應(yīng)用協(xié)議/機制可以確保丟失的數(shù)據(jù)包重發(fā)或補發(fā)等，并且會更透明，安全的控性權(quán)。而TCP的包重發(fā)，上層應(yīng)用沒有控制權(quán)限。
連接協(xié)議方面：
- TCP面向連接會產(chǎn)生狀態(tài)管理和維護，成本不小，比如經(jīng)常看到的客戶端reset異常等。一次完整的請求周期必須固定在一臺服務(wù)器上
- UDP無連接的特性。每次請求的數(shù)據(jù)包可以隨機分配到不同的機器上進行處理，可以做到完全無狀態(tài)化橫向擴展
總之，要實時性特診，或者快速抵達終端的特性，不妨考慮一下UDP。不過呢，很多時候UDP和TCP大家會混合著使用，會互相彌補其不足。
小結(jié)
若MQTT協(xié)議不能夠滿足業(yè)務(wù)需求，或許可考慮選擇定制，或簡化流程，或使用UDP重新實現(xiàn)，或者使用TCP／HTTP作為補充等，不一而足。
想想，還真有點小激動呢！ ------ 《萬萬沒想到》王大錘