MQTT协议笔记之 连接和心跳(NO.2)
1. 前言
本篇会把连接(CONNECT)、心跳(PINGREQ/PINGRESP)、确认(CONNACK)、断开连接(DISCONNECT)和在一起.
2. CONNECT
像前面所说，MQTT有关字符串部分采用的修改版的UTF-8编码，CONNECT可变头部中协议名称、消息体都是采用修改版的UTF-8编码。前面可变头部讲的内容不多，下面是一个较为完整的CONNECT消息结构：
下面是一个 connect comand 包
2.1 可变头部
协议名称和协议版本都是固定的
2.1.1 连接标志(Connect Flags)
一个字节表示，除了第1位是保留未使用，其它7位都具有不同含义。业务上很重要，对消息总体流程影响很大，需要牢记
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Clean Session
0，表示：在客户端断线的过程中，如果有终端向其订阅的topic推送消息，MQTT服务端需要为该离线客户端（初次连接时connect command 的 QoS为1或QoS为2时）保存这些消息，若其重新连接时，需将这些消息推送（若客户端长时间不连接，需要设置一个过期值），重新连接时，服务端会回复该客户端对应的session，客户端不用再次订阅。
1，断线后服务器即清理相关信息，client端重新连接上来之后，需要再次订阅
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Will Flag
定义了客户端（没有主动发送DISCONNECT消息）出现网络异常导致连接中断的情况下，服务器需要做的一些措施。
简而言之，就是客户端预先定义好，在自己异常断开的情况下，所留下的最后遗愿（Last Will），也称之为遗嘱（Testament）。 这个遗嘱就是一个由客户端预先定义好的topic和对应消息，附加在CONNECT的可变头部中，在客户端连接出现异常的情况下，由服务器主动向该topic发布此消息。
只有在Will Flag位为1时，Will Qos和Will Retain才会被读取，此时消息体payload中要出现Will Topic和Will Message具体内容，否则，Will QoS和Will Retain值会被忽略掉
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Will Qos
占两个二进制位，和PUBLISH消息固定头部的QoS level含义一样。这里先掠过，到PUBLISH消息再回过头来看看，会更明白些。
若标识了Will Flag值为1，那么Will QoS就会生效，否则会被忽略掉
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Will RETAIN
如果设置Will Flag，Will Retain标志就是有效的，否则它将被忽略。
当客户端意外断开，服务器发布其Will Message之后，服务器是否应该继续保存。这个属性和PUBLISH固定头部的RETAIN标志含义一样，这里先掠过。
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User name 和 password Flag
用于授权，两者要么为0要么为1，否则都是无效。都为0，表示客户端可自由连接/订阅，都为1，表示连接/订阅需要授权
2.1.2 心跳时间(Keep Alive timer)
以秒为单位，定义服务器端从客户端接收消息的最大时间间隔。一般应用服务会在业务层次检测客户端网络是否连接，不是TCP/IP协议层面的心跳机制(比如开启SOCKET的SO_KEEPALIVE选项)。 一般来讲，在一个心跳间隔内，客户端发送一个PINGREQ消息到服务器，服务器返回PINGRESP消息，完成一次心跳交互，继而等待下一轮。若客户端在一个心跳时长内没有收到心跳反馈(PINGRES)，会关闭掉TCP/IP端口连接。服务端在1.5个心跳周期内未收到PINGREQ，就断开连接。
16位两个字节，可看做一个无符号的short类型值。最大值，2^16-1 = 65535秒 = 18小时。最小值可以为0，表示客户端不断开。一般设为几分钟，比如微信心跳周期为300秒。
2.2 Payload/消息体
消息体定义的消息顺序（如上表所示），约定俗成，不得更改，否则将可能引起混乱。
若Will Flag值为0，那么在payload中，Client Identifer后面就不会存在Will Topic和Will Message内容。
若User Name和Password都为0，意味着Payload/消息体中，找不到User Name和password的值，就算有，也是无效。标志决定着是否读取与否。
2.2.1 Will Message编码
Will Message在CONNECT Payload/息体中，使用UTF-8编码。假设内容为“abcd”，大概如下：
有一点需要记住，PUBLISH的Payload/消息体中以二进制编码保存。
某刻客户端异常关闭触发服务器会PUBLISH此消息。那么服务器会直接把byte3-byte6之间字符取出，保存为二进制，附加到PUBLISH消息体中，大概存储如下：
另外，MQTT 3.1协议对Will message的说明很容易引起误解，3.1.1草案已经得到修正
相关说明：
http://mqtt.org/wiki/doku.php/willmessageutf8_support
https://tools.oasis-open.org/issues/browse/MQTT-2
2.3 连接异常中断通知机制
CONNECT消息一旦设置在可变头部设置了Will flag标记，那就启用了Last-Will-And-Testament特性，此特性很赞。一旦客户端出现异常中断，便会触发服务器发布Will Message消息到Will Topic主题上去，通知Will Topic订阅者，对方因异常退出。
3. CONNACK
接收到CONNECT消息之后，服务器应该返回一个CONNACK消息作为响应：
- 若客户端绕过CONNECT消息直接发送其它类型消息，服务器应关闭此非法连接 若客户端发送CONNECT之后未收到CONNACT，需要关闭当前连接，然后重新连接
- 相同Client ID客户端已连接到服务器，先前客户端必须断开连接后，服务器才能完成新的客户端CONNECT连接 客户端发送无效非法CONNECT消息，服务器需要关闭
一个完整的CONNACK消息大致如下：
可变头部第一个字节为保留，无甚用处。第二个字节为连接握手返回码：
只有0-5目前被使用到，其他值有待日后使用。一般返回值为0x00，表示连接建立。非法的请求，需要返回相应的数值。从上面看出，一个CONNACT，用四个字节表示。一个正常的CONNACT消息实际内容可能如下： 0x20 0x02 0x00 0x00。若是在私有协议中，两个字节就足够了。
4. PINGREQ
很多时候，客户端和服务器端在没有消息传递时，会一直保持着连接。虽然不能依靠TCP心跳机制（比如SO_KEEPALIVE选项），业务层面定义心跳机制，会让连接状态检测、控制更为直观。
pingreq包(心跳)由客户端发送到服务器端，证明自己还在一直连接着呢。两个字节，固定值
客户端会在一个心跳周期内发送一条PINGREQ消息到服务器端
心跳频率在 CONNECT 可变头部 “Keep Alive timer” 中定义时间，单位为秒，无符号16位short表示
5. PINGRESP
服务器收到PINGREQ请求之后，会立即响应一个两个字节固定格式的PINGRESP消息
一般，服务器在1.5倍的心跳周期内接收不到客户端发送的PINGREQ，可考虑关闭客户端的连接描述符。此时的关闭连接的行为和接收到客户端发送DISCONNECT消息的处理行为一致，但对客户端的订阅不会产生影响（不会清除客户端订阅数据），这个需要牢记。
若客户端发送PINGREQ之后的一个心跳周期内接收不到PINGRESP消息，可考虑关闭TCP/IP套接字连接
6. DISCONNECT
客户端主动发送到服务器端，表明即将关闭TCP/IP连接。此时要求服务器要完整、干净的进行断开处理，不能仅仅类似于关闭连接描述符类似草草处理之。 需要两个字节，值固定：
服务器要根据先前此客户端在发送CONNECT消息可变头部Connect flag中的“Clean session flag”所设置值进行处理，再次复习一下：
1. 值为0，服务器必须在客户端断开之后继续存储/保持客户端的订阅状态。这些状态包括：
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- 存储订阅的消息QoS1和QoS2消息
- 正在发送消息期间连接丢失导致发送失败的消息
- 以便当客户端重新连接时以上消息可以被重新传递
2. 值为1，服务器需要立刻清理连接状态数据
有一点需要牢记，服务器在接收到客户端发送的DISCONNECT消息之后，需要主动关闭TCP/IP连接
转自：http://www.blogjava.net/yongboy/archive/2014/02/09/409630.html
ASCII码参考资料：
http://blog.chinaunix.net/uid-23802873-id-3307585.html
http://wenwen.sogou.com/z/q407070881.htm
