Payload Format Indicator 和 Content Type 介绍与示例 ｜ MQTT 5.0 特性详解

在本文中，我们将聚焦于 MQTT 5.0 的 Payload Format Indicator 和 Content Type 这两个属性，探讨它们如何使我们对消息的解析变得更加透明和高效。

什么是 Payload Format Indicator?

Payload Format Indicator 是 MQTT 5.0 引入的一个全新属性，用来指示 MQTT 报文中有效载荷的格式。但 CONNECT、SUBSCRIBE 与 UNSUBSCRIBE 报文中有效载荷的格式都是固定不变的，所以实际上只有 PUBLISH 报文和 CONNECT 报文中的遗嘱消息需要声明其有效载荷的格式。

如果 Payload Format Indicator 的值为 0 或者没有指定这个属性，表示当前有效载荷是未指定的字节流；而如果这个属性的值为 1，则表示当前有效载荷是 UTF-8 编码的字符数据。

这允许接收者在无需解析具体内容的前提下检查有效载荷的格式，例如服务端可以检查有效载荷是否是一个有效的 UTF-8 字符串，避免将格式不正确的应用消息分发给订阅者。不过考虑到这个操作对服务端带来的负担和实际能够取得的收益，这通常是一个可选的行为。

什么是 Content Type?

Content Type 也是 MQTT 5.0 引入的一个全新属性，与 Payload Format Indicator 类似，它同样仅存在于 PUBLISH 报文和 CONNECT 报文的遗嘱消息中。

Content Type 的值是一个 UTF-8 编码的字符串，用来描述应用消息的内容，这可以帮助接收端了解如何解析应用消息的有效载荷。例如，消息的内容是一个 JSON 对象，那么 Content Type 可以被设置为 "json"。

这个字符串的具体内容完全由发送端和接收端决定，在消息的整个传输过程中，服务端不会使用这个属性来验证消息内容的格式是否正确，它只负责将这个属性原封不动地转发给订阅者。

所以只要接收端能够理解，你甚至可以用 “cocktail” 来描述 JSON 类型。但为了避免造成不必要的困扰，通常我们更推荐使用已知的 MIME 类型来描述消息内容，例如 application/json、application/xml 等等。

Content Type 在需要支持多种数据类型的场景中非常有用。比如当我们在聊天软件中向对方发送图片，图片可能有 png，gif，jpeg 等多种格式，如何向对端指示我们发送的二进制数据所对应的图片格式？

在 5.0 之前，我们可能会选择在主题中包含图片格式，比如 to/userA/image/png。但显然，随着支持的图片格式的增加，系统中的主题也会泛滥成灾。而在 5.0 中，我们只需要将 Content Type 属性设置为 image/png 即可。

Payload Format Indicator 与 Content Type 必须一起使用吗？

Payload Format Indicator 和 Content Type 是否需要同时使用，主要取决于我们的应用场景。

对于订阅端来说，他可以根据 Content Type 属性的值来判断消息的内容应该是 UTF-8 字符串还是二进制数据，所以 Payload Format Indicator 属性的意义不大。

不过对于服务端来说，他并不了解 Content Type 的值的含义，所以如果我们希望服务端检查消息的有效载荷是否符合 UTF-8 编码规范，就必须借助 Payload Format Indicator 属性。

演示

1. 在 Web 浏览器上访问 MQTTX Web。

2. 创建一个名为 pub 的客户端连接用于发布消息，并且连接到免费的 公共 MQTT 服务器：

   

3. 以相同的方法创建一个名为 sub 的客户端连接并使用 Client ID 作为前缀订阅主题 mqttx_89e3d55e/test：

   

4. 然后回到 pub 客户端，点击消息栏的 Meta 按钮，将 Payload Format Indicator 设置为 true，Content Type 设置为 application/json 向主题 mqttx_89e3d55e/test 发布一条 JSON 格式的消息，然后修改为 application/x-www-form-urlencoded 再向同一主题发布一条 form 表单格式的消息：

   

   

5. 消息中的 Content Type 将原封不动地转发给订阅端，因此订阅端可以根据 Content Type 的值得知应该如何解析 Payload 中的内容：

   

6. 回到发布端，将 Payload Format Indicator 设置为 false，并将 Payload 的编码格式改为 Hex，然后输入 FF 作为 Payload 内容并发送，0xFF 是一个典型的非 UTF-8 字符：

   

7. 虽然显示为乱码，但订阅端确实接收到了我们刚刚发送的 Payload 为 0xFF 的消息，这是因为出于性能考虑，EMQX 目前并未检查 Payload 格式：

   

在终端界面，我们还可以使用命令行工具 MQTTX CLI 来完成以上操作，我们可以使用以下命令订阅主题：

mqttx sub -h 'broker.emqx.io' -p 1883 -t 'random-string/demo' --output-mode clean

然后使用以下命令在发布消息时设置 Payload Format Indicator 和 Content Type 属性：

mqttx pub -h 'broker.emqx.io' -p 1883 -t 'random-string/demo' \
--payload-format-indicator \
--content-type 'application/json' \
-m '{"msg": "hello"}'

以上就是 MQTT 5.0 中 Payload Format Indicator 和 Content Type 属性的使用方法，你还可以在 这里 获取它们的 Python 示例代码。