MQTT(Message Queuing Telemetry Transport，消息隊(duì)列遙測傳輸)和HTTP(HyperText Transfer Protocol，超文本傳輸協(xié)議)是兩種常用的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，它們在設(shè)計(jì)和應(yīng)用上有一些顯著的區(qū)別。

MQTT是一種輕量級(jí)的、基于發(fā)布/訂閱模式的消息傳輸協(xié)議，專為低帶寬、不可靠網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備設(shè)計(jì)。它由IBM和Arcom(現(xiàn)為Eurotech)于1999年共同開發(fā)，并于2013年成為OASIS(結(jié)構(gòu)化信息標(biāo)準(zhǔn)促進(jìn)組織)的標(biāo)準(zhǔn)。MQTT協(xié)議的核心設(shè)計(jì)理念是簡潔高效，以最小的資源消耗實(shí)現(xiàn)設(shè)備間的可靠通信。

MQTT協(xié)議：

設(shè)計(jì)目標(biāo)：MQTT是一種輕量級(jí)的、基于發(fā)布/訂閱模式的消息傳輸協(xié)議，專為物聯(lián)網(wǎng)(IoT)和遠(yuǎn)程通信設(shè)計(jì)。

通信模式：MQTT使用發(fā)布/訂閱模型，消息發(fā)布者將消息發(fā)送到特定的主題，訂閱者根據(jù)主題接收消息。

數(shù)據(jù)傳輸：支持雙向通信，但更側(cè)重于服務(wù)器向客戶端的消息推送。

網(wǎng)絡(luò)效率：MQTT設(shè)計(jì)了多層消息質(zhì)量等級(jí)，以適應(yīng)不同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，非常適合不穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)。

帶寬消耗：由于其精簡的消息格式和心跳機(jī)制，MQTT對帶寬的消耗非常低。

HTTP協(xié)議：

設(shè)計(jì)目標(biāo)：HTTP是一種用于傳輸超文本的應(yīng)用層協(xié)議，主要用于分布式、協(xié)作式、超媒體信息系統(tǒng)。

通信模式：HTTP使用請求/響應(yīng)模型，客戶端發(fā)送請求到服務(wù)器，服務(wù)器響應(yīng)請求并返回?cái)?shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)傳輸：通常是基于客戶端的請求進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，服務(wù)器被動(dòng)響應(yīng)。

網(wǎng)絡(luò)效率：HTTP通常不考慮網(wǎng)絡(luò)的不穩(wěn)定性，它假設(shè)網(wǎng)絡(luò)是可靠的。

帶寬消耗：HTTP請求和響應(yīng)通常包含更多的元數(shù)據(jù)，因此對帶寬的消耗相對較高。

應(yīng)用場景：

MQTT應(yīng)用場景：

物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備：如智能家居、工業(yè)自動(dòng)化、車輛監(jiān)控等，設(shè)備通過MQTT協(xié)議發(fā)送傳感器數(shù)據(jù)。

消息推送服務(wù)：如即時(shí)通訊應(yīng)用的消息推送，使用MQTT協(xié)議實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)通信。

遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)：如遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)測等。

HTTP應(yīng)用場景：

網(wǎng)頁瀏覽：用戶通過瀏覽器訪問網(wǎng)站，使用HTTP協(xié)議獲取網(wǎng)頁內(nèi)容。

API調(diào)用：服務(wù)器和客戶端之間的數(shù)據(jù)交換，如社交媒體、在線支付等。

文件傳輸：如FTP客戶端通過HTTP協(xié)議上傳和下載文件。

MQTT協(xié)議和HTTP協(xié)議是兩種廣泛應(yīng)用于不同領(lǐng)域的通訊協(xié)議。盡管它們都是基于TCP/IP協(xié)議棧的應(yīng)用層協(xié)議，但在設(shè)計(jì)目的、應(yīng)用場景、消息傳遞機(jī)制以及性能表現(xiàn)等方面存在顯著差異。本文將深入探討MQTT協(xié)議和HTTP協(xié)議之間的區(qū)別，以幫助讀者更好地理解并選擇適合其應(yīng)用需求的協(xié)議。

一、協(xié)議設(shè)計(jì)及應(yīng)用場景HTTP(HyperText Transfer Protocol，超文本傳輸協(xié)議)是為Web瀏覽設(shè)計(jì)的請求-響應(yīng)協(xié)議。它支持豐富的功能，如內(nèi)容協(xié)商、緩存、重定向等，非常適合于傳統(tǒng)的Internet應(yīng)用，如網(wǎng)頁瀏覽、文件下載等。HTTP協(xié)議在頭部信息、請求方法、狀態(tài)碼、URL等方面擁有極為豐富的特性，這些特性支撐起了現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)中的Web服務(wù)。

相比之下，MQTT(Message Queuing Telemetry Transport，消息隊(duì)列遙測傳輸協(xié)議)是一種輕量級(jí)的、基于發(fā)布/訂閱模式的通訊協(xié)議，它專為那些對網(wǎng)絡(luò)、帶寬以及電池供電有限的設(shè)備設(shè)計(jì)。MQTT協(xié)議簡單、開放、易于實(shí)現(xiàn)，這些特點(diǎn)使它適用于各種受限環(huán)境，如機(jī)器與機(jī)器(M2M)通信和物聯(lián)網(wǎng)(IoT)等。MQTT協(xié)議廣泛應(yīng)用于移動(dòng)通信、智能家居、工業(yè)自動(dòng)化等領(lǐng)域，通過衛(wèi)星鏈路通信傳感器、偶爾撥號(hào)的醫(yī)療設(shè)備、智能家居中的小型化設(shè)備等，MQTT協(xié)議都展現(xiàn)出了其強(qiáng)大的適用性。

二、消息傳遞機(jī)制HTTP協(xié)議采用直接請求和響應(yīng)模式，一次HTTP通信需要一個(gè)完整的請求/響應(yīng)周期。在這種模式下，發(fā)送者和接收者需要同時(shí)在線以交換信息。這種機(jī)制在提供Web服務(wù)時(shí)表現(xiàn)良好，但當(dāng)用于大量設(shè)備同時(shí)上線和發(fā)送信息時(shí)，將導(dǎo)致延時(shí)和帶寬問題。

MQTT協(xié)議則采用發(fā)布/訂閱消息模式，它提供了一對多的消息分發(fā)機(jī)制，從而實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用程序的解耦。在MQTT協(xié)議中，消息不是直接從發(fā)送器發(fā)送到接收器(即點(diǎn)對點(diǎn))，而是由MQTT服務(wù)器(或稱為MQTT Broker)分發(fā)的。這意味著發(fā)送者和接收者不需要同時(shí)在線以交換信息，這是一個(gè)巨大的優(yōu)勢。此外，MQTT還支持離線消息和遺囑消息功能，進(jìn)一步增強(qiáng)了其消息傳遞的靈活性和可靠性。

三、數(shù)據(jù)傳輸效率及開銷HTTP協(xié)議的首部(header)比較大，而且每次發(fā)送數(shù)據(jù)都要發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)包來連接/斷開TCP，因此發(fā)送的數(shù)據(jù)越多，數(shù)據(jù)總通信量也就越大。此外，HTTP協(xié)議在處理大量設(shè)備同時(shí)上線和發(fā)送信息時(shí)，會(huì)導(dǎo)致延時(shí)和帶寬問題。

MQTT協(xié)議則通過最小化數(shù)據(jù)包的大小來提高數(shù)據(jù)傳輸效率。MQTT協(xié)議具有非常短的消息頭，并且最小的包消息大小為2個(gè)字節(jié)。由于MQTT協(xié)議使用二進(jìn)制數(shù)據(jù)格式，并且支持三種消息傳輸質(zhì)量等級(jí)(至多一次、至少一次和確保一次交付)，它能夠在網(wǎng)絡(luò)條件受限的環(huán)境中表現(xiàn)出色。此外，MQTT協(xié)議還能在維持TCP連接的同時(shí)進(jìn)行下一次數(shù)據(jù)的收發(fā)，從而進(jìn)一步抑制數(shù)據(jù)總通信量。

四、服務(wù)質(zhì)量及可靠性HTTP協(xié)議在傳輸數(shù)據(jù)時(shí)并不總是提供高傳輸保證。盡管HTTP/2和HTTP/3等新版本在性能上有所提升，但HTTP協(xié)議仍然面臨著無狀態(tài)特性引發(fā)的安全挑戰(zhàn)，如跨站請求偽造(CSRF)或跨站腳本(XSS)攻擊等。

MQTT協(xié)議則通過三種不同的服務(wù)質(zhì)量等級(jí)來滿足不同可靠性的需求。QoS 0級(jí)別會(huì)發(fā)生消息丟失或重復(fù)，消息發(fā)布依賴于底層TCP/IP網(wǎng)絡(luò);QoS 1級(jí)別承諾消息將至少傳送一次給訂閱者;QoS 2級(jí)別則保證消息僅傳送到目的地一次。這些級(jí)別在發(fā)布時(shí)使用，確保了信息的準(zhǔn)確傳遞。此外，MQTT協(xié)議還支持SSL/TLS加密傳輸和用戶名密碼認(rèn)證等安全機(jī)制，進(jìn)一步增強(qiáng)了其數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩浴?

Q1: MQTT和HTTP之間有哪些主要的設(shè)計(jì)差異?

A1: MQTT是一個(gè)輕量級(jí)的發(fā)布-訂閱協(xié)議，專為低帶寬和不穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)環(huán)境設(shè)計(jì)。而HTTP是一個(gè)請求-響應(yīng)協(xié)議，主要用于Web服務(wù)和瀏覽器間的交互。MQTT支持長連接，而HTTP通常是短連接。

Q2: MQTT是如何實(shí)現(xiàn)低帶寬消耗的?

A2: MQTT的數(shù)據(jù)包頭部非常小，大大減少了數(shù)據(jù)傳輸?shù)拈_銷。此外，它使用了發(fā)布-訂閱模型，只有當(dāng)數(shù)據(jù)發(fā)生變化時(shí)才會(huì)發(fā)送，而不是定期輪詢。

Q3: 為什么說HTTP的頭部開銷大?

A3: HTTP的頭部包含了許多元信息，如狀態(tài)碼、內(nèi)容類型、Cookie和其他元數(shù)據(jù)。這些信息在每次請求和響應(yīng)中都會(huì)被發(fā)送，尤其是在使用Cookies和其他會(huì)話信息時(shí)，其頭部信息可能會(huì)相對較大。

Q4: 在什么場景下推薦使用MQTT而不是HTTP?

A4: 當(dāng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境不穩(wěn)定、帶寬有限或需要實(shí)時(shí)通信時(shí)，如物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備(智能家居、車輛通信)和移動(dòng)應(yīng)用，推薦使用MQTT。而對于需要豐富內(nèi)容和多媒體支持的傳統(tǒng)Web應(yīng)用，HTTP可能更為合適。

總結(jié)：

MQTT和HTTP各有優(yōu)勢，選擇哪種協(xié)議取決于你的具體需求。MQTT適合需要低帶寬、高可靠性和實(shí)時(shí)消息傳輸?shù)膱鼍?，而HTTP適合基于請求/響應(yīng)模式的交互式通信，如網(wǎng)頁瀏覽和API調(diào)用。在實(shí)際應(yīng)用中，這兩種協(xié)議往往可以互補(bǔ)使用，共同構(gòu)建復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。