App Inventor 2 UrsPahoMqttClient 拓展 - 物联网轻量级MQTT协议

• MQTT（Message Queuing Telemetry Transport：消息队列遥测传输）
• 客户端连接参数
  • 连接信息
  • 身份标识
  • 认证信息
  • 连接控制
• 连接到服务器
  • 连接建立和终止方法
  • 连接状态
  • 连接状态变更事件
  • 建立连接时出错
• 订阅主题并接收消息
  • 订阅主题
  • 取消订阅
  • 接收消息
• 发布消息
• 二进制数据
• 二进制数据（字节数组）
  • PublishByteArray
  • SubscribeByteArray
  • PublishedByteArrayReceived
• 其他方法
  • IsNull
  • ToDictionary / FromDictionary
• 错误处理
• MQTT服务质量（QoS）：3个等级
• 保留消息（RetainFlag）

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《App Inventor 2 MQTT拓展入门（保姆级教程）》

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MQTT（Message Queuing Telemetry Transport：消息队列遥测传输）

MQTT 发明于 1999 年，为物联网设计的轻量级协议，基于TCP协议实现。

• MQTT 协议文档：https://mqtt.org/

• 虽然 App Inventor 有现成的 MQTT 扩展，但它们需要额外的 JavaScript 或外部配置文件。此处介绍的 MQTT 客户端组件完全独立工作，不需要任何外部元素。它完全支持 MQTT 协议版本 3.1.1（除了这一点例外：订阅和取消订阅只能指定单个主题，而不能是列表。App Inventor 无法很好地处理此类列表）。

• 此版本的 MQTT 客户端基于 Eclipse Paho Java 客户端。它与以前的版本不兼容，但允许使用 SSL/TLS 连接以满足更高的安全要求。

• 在 MQTT 客户端连接到 MQTT 服务器之前，必须先设置连接参数，然后使用 Connect 方法创建与服务器的连接。ConnectionStateChanged 事件报告连接状态的任何变化。工作完成后，可以使用 Disconnect 方法断开与服务器的连接。

• 使用 Publish 方法的不同变体，将消息发送到服务器。Subscribe 方法可用于确定客户端想要接收哪些主题消息的推送。可以使用 Unsubscribe 方法取消对主题的订阅。通过 PublishedReceived 事件报告收到有关订阅主题的消息。该组件还提供错误处理方法。

客户端连接参数

要连接到MQTT消息服务器，组件需要设置连接选项，“界面设计”或“程序设计”视图均可进行设置。

连接信息

Broker - MQTT消息服务器

服务器的主机名或 IP 地址。

Port - 端口

连接的端口号。默认值为 1883。

Protocol - 协议

协议类型：允许的值为TCP、SSL和TLS，其他值将被忽略。

身份标识

ClientID - 客户端ID

可选：唯一客户端标识。如果未指定任何值，则内部会分配一个随机值 (GUID)。同时连接到同一消息服务器的所有客户端，客户端ID必须是唯一的。

认证信息

UserName - 用户名

可选：用于身份验证的用户名。

UserPasword - 用户密码

可选：用于身份验证的用户密码。

SSL/TLS：服务器身份验证

使用 受信任的证书文件 和 信任库文件 属性设置服务器身份验证（使用 SSL/TLS 协议）。

TrustedCertFile - 受信任的证书文件

可选：受信任的证书文件的名称。

TruststoreFile - 信任库文件

可选：信任库文件的名称。

TruststorePassword - 信任库的密码

可选：打开信任库的密码。

SSL/TLS：客户端身份验证

使用 客户端证书文件 和 密钥库文件 属性设置客户端身份验证（使用 SSL/TLS 协议）。

密钥库可以采用 PKCS#12 格式（文件扩展名“p12”或“pfx”）或标准格式。

通过证书文件进行身份验证

ClientCertFile - 客户端证书文件

可选：客户端证书文件的名称。

ClientKeyFile - 私钥文件

可选：私钥文件的名称。如果通过证书文件进行身份验证，则为必填项。

ClientKeyPassword - 私钥文件密码

可选：打开私钥文件的密码。

ClientPemFormatted - 是否PEM格式

可选：证书和私钥是否是 PEM 格式。

通过密钥库进行身份验证

ClientKeystoreFile - 密钥库文件

可选：密钥库文件的名称。密钥库可以采用 PKCS#12 格式（文件扩展名为“p12”或“pfx”）或标准格式。

ClientKeystorePassword - 密钥库的密码

打开密钥库的密码。

连接控制

ConnectionTimeout - 连接超时时间

设置连接超时时间（单位：秒），定义客户端等待与 MQTT 服务器建立网络连接的最大时间间隔。默认超时为 30 秒。值为 0 表示禁用超时处理，这意味着客户端将一直等待，直至网络连接成功或失败。

TimeToWait - 等待时间

设置控制权返回给调用App之前等待操作完成的最长等待时间（单位：秒）。在以下情况下将返回控制权：

• 操作完成
• 或超时
• 或客户端断开/关闭

默认值为 -1，表示操作不会超时。如果发生超时，操作将继续在后台运行，直到完成。超时用于在操作过程中进行阻塞。

MaxInflight - 最大排队数量

最大排队数量指定我们可以在未收到确认的情况下发送的消息数量。默认值为 10。在高流量环境中，请增加此值。

KeepAlive - 保持活动时间

定义发送或接收消息之间的最大时间间隔（单位：秒）。它使客户端能够检测服务器是否不再可用，而无需等待 TCP/IP 超时。

客户端将确保在每个保持活动期间至少有一条消息通过网络传输，如果在该时间段内没有与数据相关的消息，客户端将发送一个非常小的“ping”消息，服务器将确认该消息。

值为 0 会禁用客户端中的保持活动处理。默认值为 60 秒。

连接到服务器

使用 Connect 方法建立与消息服务器的连接，并使用 Disconnect 方法终止与服务器的连接。外部事件也会影响与服务器的连接，例如与网络的连接/丢失。

可以通过 ConnectionState 属性获取当前的连接状态。如果连接状态发生变化，则会触发 ConnectionStateChanged 事件。

连接建立和终止方法

Connect 方法有两种变体，不带后缀 (Connect) 和带“Last Will” (ConnectWithLastWill)。

	建立连接，不做其他操作。 boolean CleanSession 表示是否链接到先前中止的会话。
	建立连接，当连接建立成功后将发送一次消息。 boolean CleanSession 表示是否链接到先前中止的会话。WillTopic、WillQoS、WillRetain 和 WillMessage 与 Publish 方法中描述的相同（请参阅发送消息）。

终止连接是通过 Disconnect 方法完成的，该方法无参数。

注意：只有当连接不定期中断时，使用“Last Will”存储的信息才会生效。如果连接是通过 Disconnect 终止的，则将丢弃“Last Will”。在这里，客户端负责在调用 Disconnect 之前发送适当的消息。

连接状态

可以随时通过 ConnectionState 属性查询当前连接状态。

可能的状态有：

常量属性：

为了简化状态查询，已经实现了 IsConnected 和 IsDisconnected 属性：

下面的状态图解释了连接建立和终止的过程：

• MQTT 客户端以 Disconnected (0) 状态启动。调用 Connect 方法时，客户端进入 Connecting (1) 状态。尝试与 MQTT 服务器建立 TCP 连接，并向服务器发送 CONNECT 类型的 MQTT 消息。如果此操作未成功（错误）或服务器未收到 CONNACK 类型的消息，客户端将进入 ConnectionAborted (4) 状态。

• 收到 CONNACK 类型的消息时，将验证服务器是否接受来自客户端的连接请求。如果未接受（CONNACK 错误），则网络连接终止，客户端进入 ConnectionAborted (4) 状态。如果服务器接受连接（CONNACK ok），客户端将进入 Connected (2) 状态。

• 调用 Disconnect 方法时，断开连接开始。客户端进入 Diconnecting (3) 状态。首先，向服务器发送 DISCONNECT 消息。如果成功，客户端将进入 Diconnected (0) 状态。如果发生错误（Error），状态将变为ConnectionAborted（4）。

• 如果在操作过程中发生错误（ReceiverTreadError），则网络连接断开，状态将变为ConnectionAborted（4）。

连接状态变更事件

如果连接状态发生变化，则会触发ConnectionStateChanged事件。

• NewState：状态的数值（0..4，见上文）

• StateString：状态的名称（“Disconnected”等）

建立连接时出错

• 在尝试建立连接之前，首先会检查客户端的状态是否允许这样做（状态 = Disconnected 或 ConnectionAborted）。如果不允许，则中止尝试并触发 ErrorOccurred 事件，代码为 32300（“无效状态”）。

• 如果状态允许，则客户端将更改为 Connecting 状态。现在，所有其他错误都会导致触发 ConnectionStateChanged 事件，状态为 ConnectionAborted。有关更多详细信息，请参阅错误处理部分。

订阅主题并接收消息

订阅主题

订阅主题是通过订阅方法完成的。

• Topic 文本：要订阅的主题。允许使用通配符。
• QoS 数字：接收这些消息所需的服务质量。

取消订阅

• Topic 文本：要取消的订阅。允许使用通配符。

接收消息

收到消息时会触发此事件。

• Topic 文本：此消息的主题。
• Payload 文本：二进制格式的消息内容（见下文）
• Message 文本：字符串形式的消息。
• RetainFlag 布尔：表示这是否是保留消息。
• DupFlag 布尔：表示是否是重复传递。

MQTT 消息的消息内容是字节字段。这些字节字段以通过 Payload 参数编码的字符串形式提供。编码过程在二进制数据部分中描述。但是，大多数消息都是“UTF-8”格式的文本。因此，尝试将字节字段转换为文本。如果成功，则文本在参数 Message 下可用。否则，Message 包含一个空字符串。

发布消息

发布消息有三种方法。

	默认发布方式 Topic: 消息主题。 Message: 消息字符串。 RetainFlag: 消息是否为保留消息。 QoS: 发布消息的服务质量。
	简单发布 Topic: 消息主题。 Message: 消息字符串。 RetainFlag: 在内部设置为 false，QoS 为 0。
	发布二进制消息 Topic: 消息主题。 BinaryMessage: 编码为字符串的二进制值。 RetainFlag: 消息是否为保留消息。 QoS: 发布消息的服务质量。

二进制数据

App Inventor 没有字节字段。字节字段很少需要。在此组件中，二进制数据通过字符串进行编码。这是一串由逗号 (‘,’) 或分号 (‘;’) 分隔的编码字节。

每个字节可以编码为“0xff”或“0xFF”或“0Xff”或“0XFF”或“#ff”或“#FF”（十六进制输入）或“255”（十进制输入）或“0377”（八进制输入）。

您可以根据需要混合使用：“0xFF;255,#ff”有效。

您可以在数字前后插入空格：“0xFF ; 255, #ff”也有效。

尾随逗号或分号将被忽略：“0xFF;255,#ff”和“0xFF;255,#ff;”是相同的。

接收数据后，接收到的数据包被转换为以分号分隔的十进制数字字符串，例如“123；33；0；44”。在 AI2 应用程序中，您可以使用 String.Split 获取字节列表。

对于转换，我使用以下算法： 1) 用分号替换所有逗号 2) 用分号拆分字符串 3) 删除前导和尾随空格 4) 使用 Integer.decode () 转换为整数 5) 检查值是否小于 0 或大于 255。

二进制数据（字节数组）

对于另一个项目，需要发送和接收 byte[] 类型（字节数组）的字段。App Inventor 无法直接处理字节数组，但它们可以作为扩展之间的通用 Object 类型变量进行交换。对于我的 WebCam 项目，可以通过 MQTT 拍摄和发送 JPEG 图像。Android Camera API 将 JPEG 数据作为字节数组提供。PublishByteArray、SubscribeByteArray 和 PublishedByteArrayReceived 块可用于处理字节数组。

PublishByteArray

此块对应于 PublishEx 方法。这里不是 Message 参数，而是 ByteArray 参数。这里连接了另一个扩展的输出，它提供了一个字节数组。App Inventor 中的标准块无法创建字节数组。

SubscribeByteArray

此块对应于订阅方法。所有与指定主题匹配的接收消息都被解释为字节数组并转发到PublishedByteArrayReceived事件。Topic参数允许使用通配符。选择主题和订阅时，必须注意传入消息的排序是否正确。MQTT客户端按字节数组订阅的顺序检查是否已在传输的主题下订阅字节数组。一旦命中，就会调用PublishedByteArrayReceived。仅当此处未命中时才会触发PublishedReceived。

匹配算法基于：https://github.com/iosphere/mosquitto，来源：lib/util_mosq.c，方法：mosquitto_topic_matches_sub。

PublishedByteArrayReceived

当收到的消息的主题（参见SubscribeByteArray）检测到已收到字节数组时，将触发此事件。ByteArray 变量可以传递给可以处理字节数组的扩展。App Inventor 标准块无法直接使用。

其他方法

IsNull

使用此功能您可以测试指针是否指向某个对象。

ToDictionary / FromDictionary

这些函数使管理连接数据变得更加容易。ToDictionary 使用以下键创建一个包含对象所有属性的 Dictionary：Broker、Port、ConnectionTimeout、TimeToWait、KeepAlive、ClientID、UserName、UserPassword、Protocol、MaxInflight、TrustedCertFile、TruststoreFile、TruststorePassword、ClientCertFile、ClientKeyFile、ClientKeyPassword、ClientPemFormatted、ClientKeystoreFile、ClientKeystorePassword。

FromDictionary 允许将来自 Dictionary 的数据加载到 MQTT 客户端对象的属性中。上面指定的所有键必须始终在 Dictionary 中可用。

错误处理

以下属性可用于处理错误情况：

• LastAction：最后执行的操作的名称，例如“Connect”

• LastErrorCode：最后错误的错误代码（见下文）。

• LastErrorMessage：错误的文本描述，例如“Unacceptable protocol version”

• LastExceptionCause：触发错误的异常的文本。

重要提示：提到的属性仅包含可能的错误事件的指示。许多操作是异步执行的。对于这些，错误跟踪并不总是可能的。1..32203 是 Paho-Clients 的故障编号。

MQTT服务质量（QoS）：3个等级

1. QoS0：最低质量等级，最多发送一次消息，在消息发出后，接收者不会发送应答，发送者也不会重发消息，消息可能送达一次、也可能根本没送达。常用于不重要的消息传递，允许消息丢失。
2. QoS1：中等质量等级，最少发送一次消息，消息至少需要送达一次，也可能送达多次，需要接收者返回应答。
3. QoS2：高等质量等级，消息丢失和重复都是不被允许的，要保证此质量等级会有额外的开销，一般用于安全性、可靠性要求高的场景，比如支付。

保留消息（RetainFlag）

• 保留消息定义：如果PUBLISH消息的RETAIN标记位被设置为1，则称该消息为“保留消息”。

• Broker对保留消息的处理：Broker会存储每个Topic的最后一条保留消息及其Qos，当订阅该Topic的客户端上线后，Broker需要将该消息投递给它。

• 保留消息作用：可以让新订阅的客户端得到发布方的最新的状态值，而不必要等待发送。

• 保留消息的删除：

  • 方式1：发送空消息体的保留消息；
  • 方式2：发送最新的保留消息覆盖之前的（推荐）；