采用MQTT协议实现Android APP与阿里云平台的毗连

前言

信赖APP＋单片机是很多同砚毕设大概课设的模式，上学期做课设的时候用到了MQTT协议毗连阿里云平台实现数据的通讯，也是根据网上大佬的经验做的，中间也踩了很多坑。本文将先容Android APP 通过MQTT协议与阿里云云平台毗连的内容，希望对各人能有所资助。

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一、MQTT原理

MQTT（Message Queuing Telemetry Transport，消息队列遥测传输协议），是一种基于发布/订阅（publish/subscribe）模式的“轻量级”通讯协议MQTT最大长处在于，用少少的代码和有限的带宽，为毗连长途装备提供及时可靠的消息服务。作为一种低开销、低带宽占用的即时通讯协议，使其在物联网、小型装备、移动应用等方面有较广泛的应用。
MQTT使用的发布/订阅消息模式，它提供了一对多的消息分发机制，从而实现与应用程序的解耦。
这是一种消息通报模式，消息不是直接从发送器发送到吸收器（即点对点），而是由MQTT Broker分发的。

在计划中，阿里云服务器作为一个消息中转站，即
下位机→MQTT Broker→云平台（流转）→MQTT Broker →上位机
二、创建APP

提示：以下非零基础可以跳过
1.创建APP项目，选择Empty Activity

2.设置UI
创建完后会有一个空白的Activity，找到res/layout目录下的的activity_main.xml文件，在这里编写UI。
这里我的UI界面仅供参考，因为项目尚有其他功能，这里只讲述MQTT的毗连，不需要的BUTTON控件可以自行删除。

1. <?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
2. <LinearLayout xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
3.     xmlns:app="http://schemas.android.com/apk/res-auto"
4.     xmlns:tools="http://schemas.android.com/tools"
5.     android:layout_width="match_parent"
6.     android:layout_height="match_parent"
7.     android:orientation="vertical">
9.     <LinearLayout
10.         android:layout_width="match_parent"
11.         android:layout_height="match_parent"
12.         android:background="#078307"
13.         android:orientation="vertical">
14.         <RelativeLayout
15.             android:layout_width="match_parent"
16.             android:layout_height="78dp"
17.             android:layout_marginTop="30dp"
18.             android:background="@color/green">
20.             <TextView
21.                 android:layout_width="match_parent"
22.                 android:layout_height="wrap_content"
23.                 android:layout_centerInParent="true"
24.                 android:layout_marginTop="10dp"
25.                 android:gravity="center"
26.                 android:text="基于人脸识别的小区门禁系统"
27.                 android:textColor="@color/white"
28.                 android:textSize="24sp" />
29.         </RelativeLayout>
31.         <LinearLayout
32.             android:layout_width="match_parent"
33.             android:layout_height="match_parent"
34.             android:background="#FAF6F6"
35.             android:orientation="vertical">
37.             <LinearLayout
38.                 android:layout_width="match_parent"
39.                 android:layout_height="wrap_content"
40.                 android:layout_marginTop="20dp"
41.                 android:gravity="center">
43.                 <ImageView
44.                     android:id="@+id/m_im_1"
45.                     android:layout_width="match_parent"
46.                     android:layout_height="200dp"
47.                     android:layout_marginLeft="10dp"
48.                     android:layout_marginRight="10dp"
49.                     android:scaleType="fitXY"
50.                     android:src="@drawable/img" />
51.             </LinearLayout>
54.             <LinearLayout
55.                 android:layout_width="match_parent"
56.                 android:layout_height="300dp"
57.                 android:layout_marginTop="30dp"
58.                 android:orientation="vertical">
60.                 <RelativeLayout
61.                     android:layout_width="match_parent"
63.                     android:layout_height="wrap_content"
64.                     android:orientation="horizontal">
66.                     <TextView
67.                         android:layout_width="325dp"
68.                         android:layout_height="60dp"
69.                         android:layout_centerInParent="true"
70.                         android:layout_marginBottom="20dp"
71.                         android:background="@drawable/login_shape"
72.                         android:gravity="center"
73.                         android:text="请选择验证方式"
74.                         android:textColor="@color/white"
75.                         android:textSize="30dp" />
76.                 </RelativeLayout>
78.                 <LinearLayout
79.                     android:layout_width="match_parent"
80.                     android:layout_height="220dp"
81.                     android:gravity="center"
82.                     android:orientation="vertical">
84.                     <Button
85.                         android:id="@+id/Rfid"
86.                         android:layout_width="150dp"
87.                         android:layout_height="40dp"
88.                         android:background="@drawable/button_selector"
89.                         android:text="RFID刷卡验证"
90.                         android:textColor="@color/white" />
92.                     <Button
93.                         android:id="@+id/face_recognition"
94.                         android:layout_width="150dp"
95.                         android:layout_height="40dp"
96.                         android:layout_marginTop="15dp"
97.                         android:background="@drawable/button_selector"
98.                         android:text="人脸验证"
99.                         android:textColor="@color/white" />
101.                     <Button
102.                         android:id="@+id/password_check"
103.                         android:layout_width="150dp"
104.                         android:layout_height="40dp"
105.                         android:layout_marginTop="15dp"
106.                         android:background="@drawable/button_selector"
107.                         android:text="密码验证"
108.                         android:textColor="@color/white" />
109.                     <Button
110.                         android:id="@+id/exit"
111.                         android:layout_width="150dp"
112.                         android:layout_height="40dp"
113.                         android:layout_marginTop="15dp"
114.                         android:background="@drawable/button_selector"
115.                         android:text="退出"
116.                         android:textColor="@color/white" />
117.                 </LinearLayout>
120.             </LinearLayout>
122.             <LinearLayout
123.                 android:layout_width="match_parent"
124.                 android:layout_height="wrap_content"
125.                 android:padding="25dp">
127.                 <TextView
128.                     android:layout_width="wrap_content"
129.                     android:layout_height="wrap_content"
130.                     android:text="MQTT连接状态："
131.                     android:textColor="@color/black"
132.                     android:textSize="16sp" />
134.                 <TextView
135.                     android:id="@+id/m_mqtt"
136.                     android:layout_width="wrap_content"
137.                     android:layout_height="wrap_content"
138.                     android:text=" "
139.                     android:textColor="@color/black"
140.                     android:textSize="16sp" />
141.             </LinearLayout>
144.         </LinearLayout>
147.     </LinearLayout>
149. </LinearLayout>

复制代码

3.添加mqtt包的依赖
在项目标build.gradle 中添加一行implementation 'org.eclipse.pahorg.eclipse.paho.client.mqttv3:1.2.0'
如下图

4.联网权限配置
在AndroidManifest.xml文件中添加`

1. <uses-permission android:name="android.permission.INTERNET" />
2. <!--允许程序获取网络状态-->
3. <uses-permission android:name="android.permission.ACCESS_NETWORK_STATE" /> `

复制代码

到这里Android项目就创建完成啦
三、创建阿里云产品

登录阿里云平台后，根据指示找到物联网平台

进入后创建产品，有一个30天免费试用的产品，建议把支付宝的自动续费关闭。进入后就可以开始创建产品，详细产品的参数设置已经记不清了，当时的产品也已经被接纳了，可以参考一下别的博客。

产品创建完成后需要创建装备，这里需要创建一个上位机和下位机，这里下位机用的是树莓派。

装备创建完成后在装备信息中会给出MQTT的毗连参数，需要我们在Android APP和树莓派代码中进行配置。

在这里装备就创建好了，但是还没完成，还需要配置解析器。
这里需要用到的是云产品流转。
这里在云产品流转功能中创建了两个解析器，绑定命据源和数据目标，并编写解析器的脚本。数据源和数据目标根据解析器ID确定，解析器脚本即读取转发的数据。注意，解析器只能识别JSON格式数据和二进制，这里推荐使用JSON格式。
示例脚本如下：

1. var data = payload("json");
2. writeIotTopic(1004,"/ionmnFFCKzs/shumeipai/user/get",data);

复制代码

通过payload函数，获取装备上报的消息内容，并按照JSON格式转换。
然后将消息发送给树莓派吸收的Topic。
通过日志服务可以监控到消息转发的过程，如下图所示：

这里消息质量使用的是Qos1，至少保证传一次。
数据流如下：

四、编写代码

如今到了编写代码部分，如果你的功能较多，需要跳转页面，建议把MQTT挂在后台，防止切屏的时候MQTT毗连断开，从而导致数据丢包。
起首是配置MQTT的参数配置，根据上文中MQTT配置信息复制粘贴过去。
添加代码全面飘红？不要慌，因为你还没有完成构建，很多类还没导入，逐个alt+enter导入即可。

1.     private Handler handler;
2.     private SqliteDBHelper mHelper;
3.     private MqttClient client;
4.     private final String host = "";
5.     private final String userName = "";
6.     private final String passWord = "";
7.     private final String ClientId = "";
8.     private final String mqtt_sub_topic = "";//订阅话题
9.     private final String mqtt_pub_topic = "";//发布话题
10.     private MqttConnectOptions mqttConnectOptions;

复制代码

1. protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
2.         super.onCreate(savedInstanceState);
3.         Objects.requireNonNull(getSupportActionBar()).hide();//这种方式默认式亮色主题
4.         setContentView(R.layout.activity_main_desk);
5.         TextView m_mqtt = findViewById(R.id.m_mqtt);//获取控件，不需要的控件自行删除
6.         Button Rfid = findViewById(R.id.Rfid);
7.         Button face_recognition = findViewById(R.id.face_recognition);
8.         Button password_check = findViewById(R.id.password_check);
9.         Button exit = findViewById(R.id.exit);
10.         Mqtt_init();
11.         startReconnect();
12.         handler = new Handler(Looper.myLooper()) {//用于处理
13.             @SuppressLint("SetTextI18n")
14.             public void handleMessage(Message msg) {
15.                 super.handleMessage(msg);
16.                 switch (msg.what) {
17.                     case 1: //开机校验更新回传
18.                         break;
19.                     case 2:  // 反馈回传
20.                         break;
21.                     case 3:  //MQTT 收到消息回传
22.                         System.out.println(msg.obj.toString());   // 显示MQTT数据
23.                         break;
24.                     case 31:   //连接成功
25.                         m_mqtt.setText("连接成功");//连接成功后按钮变为可点击状态
26.                         Rfid.setOnClickListener(MainDeskActivity.this);
27.                         face_recognition.setOnClickListener(MainDeskActivity.this);
28.                         password_check.setOnClickListener(MainDeskActivity.this);
29.                         exit.setOnClickListener(MainDeskActivity.this);
31.                         try {
32.                             client.subscribe(mqtt_sub_topic, 1);//订阅
33.                         } catch (MqttException e) {
34.                             e.printStackTrace();
35.                         }
36.                         break;
37.                     case 30:  //连接失败
38.                         Toast.makeText(MainDeskActivity.this, "连接失败", Toast.LENGTH_SHORT).show();
39.                         m_mqtt.setText("连接失败");
40.                         break;
42.                     default:
43.                         break;
44.                 }
45.             }
46.         };
47.     }

复制代码

Mqtt_init函数
需要注意的一点是如果你的MQTT毗连断开后就无法重连上，建议将会话心跳设置长一点

1. private void Mqtt_init() {
2.         try {
3.             client = new MqttClient(host, ClientId, new MemoryPersistence());
4.             //MQTT的连接设置
5.             mqttConnectOptions = new MqttConnectOptions();
6.             mqttConnectOptions.setCleanSession(false);
7.             mqttConnectOptions.setUserName(userName);
8.             mqttConnectOptions.setPassword(passWord.toCharArray());
9.             mqttConnectOptions.setConnectionTimeout(10);
10.             
11.             // 设置会话心跳时间 单位为秒 服务器会每隔1.5*30秒的时间向客户端发送个消息判断客户端是否在线，但这个方法并没有重连的机制
12.             //由于自身网络延时很难确定，建议设大一点，防止断开连接后无法重连
13.             mqttConnectOptions.setKeepAliveInterval(30);
14.             //设置回调
15.             client.setCallback(new MqttCallback() {
16.                 @Override
17.                 public void connectionLost(Throwable cause) {
18.                     //连接丢失后，一般在这里面进行重连
19.                     System.out.println("connectionLost----------");
20.                     startReconnect();
21.                 }
23.                 @Override
24.                 public void deliveryComplete(IMqttDeliveryToken token) {
25.                     //publish后会执行到这里
26.                     System.out.println("deliveryComplete---------"
27.                             + token.isComplete());
28.                 }
30.                 @Override
31.                 public void messageArrived(String topicName, MqttMessage message)
32.                         throws Exception {
33.                     //subscribe后得到的消息会执行到这里面
34.                     System.out.println("messageArrived----------");
35.                 }
36.             });
37.         } catch (Exception e) {
38.             e.printStackTrace();
39.         }
41.     }

复制代码

1. MQTT连接函数

复制代码

1.     // MQTT连接函数
2.     private void Mqtt_connect() {        new Thread(new Runnable() {            @Override            public void run() {                try {                    if (!client.isConnected())  //如果还未毗连                    {                        client.connect(mqttConnectOptions);                        Message msg = new Message();                        msg.what = 31;                        handler.sendMessage(msg);                    }                } catch (Exception e) {                    e.printStackTrace();                    e.getMessage();                    Message msg = new Message();                    msg.what = 30;                    handler.sendMessage(msg);                }            }        }).start();    }

复制代码

MQTT重连函数

1. // MQTT重新连接函数
2.     private void startReconnect() {
3.         ScheduledExecutorService scheduler = Executors.newSingleThreadScheduledExecutor();
4.         scheduler.scheduleAtFixedRate(new Runnable() {
5.             @Override
6.             public void run() {
7.                 if (!client.isConnected()) {
8.                     Mqtt_connect();
9.                 }
10.             }
11.         }0, 1000, 10 * 1000, TimeUnit.MILLISECONDS);
12.     }

复制代码

1. MQTT发布订阅

复制代码

1.     // 订阅函数    (下发任务/命令)
2.     private void publish_message_plus(String topic, String message2) {
3.         if (client == null || !client.isConnected()) {
4.             return;
5.         }
6.         MqttMessage message = new MqttMessage();
7.         message.setPayload(message2.getBytes());
8.         message.setQos(1);//设置消息质量
9.         //MQTT一共有三种消息质量
10.         //Qos0:会发生消息的丢失或重复
11.         //Qos1:至少送达一次
12.         //Qos2：保证只送达到目标端一次，网络开销最高
13.         try {
14.             client.publish(topic, message);
15.         } catch (MqttException e) {
16.             e.printStackTrace();
17.         }
18.     }

复制代码

附上JSON数据的处置惩罚，其中message是MessageArrived中收到的数据，将message转为jsonObject对象后通过键获取值。
这里只用到了简朴的处置惩罚。假设收到的数据是"{\"flag\":\"02\"}\n"

1. JSONObject jsonObject = new JSONObject(message.toString());
2. int flag = jsonObject.getString("flag");

复制代码

五、完成测试

以上准备工作完成后就可以进行测试了，这里可以采用MQTT.fx软件来模拟下位机来发送信息，官网下载最新版http://mqttfx.org，由于只有三个月的免费试用，我的已经做不了演示了，详细操作可以自行网络搜索。联调乐成后就可以对下位机进行配置了。
MQTT毗连乐成后如下图所示：

可以根据自己功能的需要添加点击事件以及消息处置惩罚的逻辑，有问题欢迎私信。
总结

本文重要讲述了利用MQTT协议实现Android app与阿里云平台的毗连，流程并不难，新手会因为不认识而踩一些坑。在调试过程中，建议利用MQTT.fx分别对上位机和下位机调试，便于排盘问题。消息吸收失败可以在云平台上和MQTT.fx的日志里追踪消息。难点需要掌握Handler的回传机制，便于进行逻辑的编写。第一次开源，编写不易，如果帮到你的话可以点个赞吗。
参考资料
   https://blog.csdn.net/x97666/article/details/125172129

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