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

EMQX Team
2023-9-27
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。

MQTT Payload Format Indicator

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/jsonapplication/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。

MQTT Content Type

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

    MQTTX 创建客户端

  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

    MQTTX 创建名为 sub 的客户端

  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:

    MQTTX Publish 消息

    MQTTX Payload Format Indicator

  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:

    MQTTX 消息接收

  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:

    MQTTX Payload Format Indicator

  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:

    MQTTX 接收消息

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。

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