MQTT 持久会话 vs. Clean Session内幕一网打尽
1 前言
- 不稳定的网络
- 有限的硬件资源
物联网应用两大难题，MQTT 客户端与服务器的连接可能随时因网络波动及资源限制而异常断开。为解决网络连接断开对通信造成的影响，MQTT 协议提供持久会话功能。
MQTT 客户端在发起到服务器的连接时，可设置是否创建一个持久会话。持久会话会保存一些重要数据，以使会话能在多个网络连接中继续。
2 作用
- 避免因网络中断导致需要反复订阅带来的额外开销
- 避免错过离线期间的消息
- 确保 QoS 1 和 QoS 2 的消息质量保证不被网络中断影响
3 持久会话需存储哪些数据？
通过上文我们知道持久会话需要存储一些重要的数据，以使会话能被恢复。这些数据有的存储在客户端，有的则存储在服务端。
客户端中存储的会话数据：
- 已发送给服务端，但是还没有完成确认的 QoS 1 与 QoS 2 消息
- 从服务端收到的，但是还没有完成确认的 QoS 2 消息
服务端中存储的会话数据：
- 会话是否存在，即使会话状态其余部分为空。
- 已发送给客户端，但是还没有完成确认的 QoS 1 与 QoS 2 消息。
- 等待传输给客户端的 QoS 0 消息（可选），QoS 1 与 QoS 2 消息。
- 从客户端收到的，但是还没有完成确认的 QoS 2 消息，遗嘱消息和遗嘱延时间隔。
4 MQTT Clean Session
控制会话状态生命周期的标志位：
true表示创建一个新的会话，在客户端断开连接时，会话将自动销毁false表示创建一个持久会话，在客户端断开连接后会话仍然保持，直到会话超时注销
持久会话能被恢复的前提是客户端使用固定 Client ID 再连，如 Client ID 动态，连接成功后将会创建一个新的持久会话。
如下Dashboard，图中连接虽然是断开状态，但因是持久会话，仍能被查看到，且可在 Dashboard 中手动清除该会话：
EMQX 也支持在 Dashboard 设置 Session 相关参数。
MQTT 3.1.1 没规定持久会话何时过期，仅从协议层理解，这持久会话应永久存在。但实际场景不现实，因为它非常占服务端资源，所以服务端实际向用户提供一个全局配置来限制会话过期时间。如设置会话过期时间 5 min，最大消息数为 1000 条，且不保存 QoS 0 消息。
5 使用
打开 MQTTX 后如下所示，点击 New Connection 按钮创建一个 [MQTT 连接]。
创建名为 MQTT_V3 的连接，Clean Session 为关闭状态（即为 false），MQTT 版本选择 3.1.1，然后点击右上角的 Connect 按钮。
连接成功后订阅 clean_session_false 主题，且 QoS 设置为 1。
订阅成功后，点击右上角的断开连接按钮。然后，创建一个名为 MQTT_V3_Publish 的连接，MQTT 版本同样设置为 3.1.1，连接成功后向 clean_session_false 主题发布两条 QoS 1 消息。
然后选中 MQTT_V3 连接，点击连接按钮连接至服务器，将会成功接收到两条离线期间的消息。
6 MQTT 5.0 中的会话改进
MQTT 5.0 中将 Clean Session 拆成:
-
Clean Start
指定连接时是创建一个全新的会话还是尝试复用一个已存在的会话
-
Session Expiry Interval
指定网络连接断开后会话的过期时间
Clean Start 为 true 时表示必须丢弃任何已存在的会话，并创建一个全新的会话；为 false 时表示必须使用与 Client ID 关联的会话来恢复与客户端的通信（除非会话不存在）。
Session Expiry Interval 解决了 MQTT 3.1.1 中持久会话永久存在造成的服务器资源浪费问题。设置为 0 或未设置，表示断开连接时会话即到期；设置为大于 0 的数值，则表示会话在网络连接关闭后会保持多少秒；设置为 0xFFFFFFFF 表示会话永远不会过期。
7 FAQ
当会话结束后，保留消息还存在么？
[MQTT 保留消息]不是会话状态的一部分，它们不会在会话结束时被删除。
客户端如何知道当前会话是被恢复的会话？
MQTT 协议从 v3.1.1 开始，就为 CONNACK 报文设计了 Session Present 字段。当服务器返回的该字段值为 1 时，表示当前连接将会复用服务器保存的会话。客户端可通过该字段值决定在连接成功后是否需要重新订阅。
使用持久会话的建议
- 不能使用动态 Client ID，需要保证客户端每次连接的 Client ID 都是固定的。
- 根据服务器性能、网络状况、客户端类型等合理评估会话过期时间。设置过长会占用更多的服务端资源，设置过短会导致未重连成功会话就失效。
- 当客户端确定不再需要会话时，可使用 Clean Session 为 true 进行重连，重连成功后再断开连接。如果是 MQTT 5.0 则可在断开连接时直接设置 Session Expiry Interval 为 0，表示连接断开后会话即失效。
8 总结
至此完成对 MQTT 持久会话的介绍，并通过桌面客户端演示了 Clean Session 的使用。读者可参考本文借助 MQTT 持久会话实现离线消息的接收及降低订阅开销。
作者简介：魔都国企技术专家，多家大厂后台研发和架构经验，负责复杂度极高业务系统的模块化、服务化、平台化研发工作。具有丰富带团队经验，深厚人才识别和培养的积累。
参考：
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