MQTT（Message Queuing Telemetry Transport）是一種輕量級的消息傳輸協議，它被設計用于低帶寬和不穩定網絡環境下的物聯網設備通信。Rust是一種安全、并發和高效的編程語言，它在系統編程和網絡編程方面有著很好的表現。在本教程中，我們將介紹如何使用Rust語言和paho-mqtt模塊實現MQTT協議的應用。

前面寫過3篇介紹 rumqttc 的教程，本篇開始使用 paho-mqtt 模塊是c庫的封裝, 支持v5協議，qos 2等更復雜的特性。

環境準備

我們需要先安裝好相關的開發環境。在Cargo.toml中添加依賴：

paho-mqtt = "0.12.1"

連接MQTT服務器

在使用MQTT協議之前，我們需要先連接到MQTT服務器。以下是連接MQTT服務器的示例代碼：

extern crate paho_mqtt as mqtt;

fn main() {
    let host = "tcp://localhost:1883";
    let cli = mqtt::Client::new(host).unwrap();
    let conn_opts = mqtt::ConnectOptionsBuilder::new()
        .keep_alive_interval(std::time::Duration::from_secs(20))
        .clean_session(false)
        .finalize();
    let response = cli.connect(conn_opts).unwrap();
    println!("Connected to MQTT server: {:?}", response);
}

在上面的示例代碼中，我們首先創建了一個MQTT客戶端對象，并指定了MQTT服務器的地址。然后，我們創建了一個連接選項對象，并設置了心跳間隔和會話清除標志。最后，我們使用連接選項對象連接到MQTT服務器，并打印連接響應信息。

發布MQTT消息

在連接到MQTT服務器之后，我們可以使用MQTT客戶端對象來發布消息。以下是發布MQTT消息的示例代碼：

extern crate paho_mqtt as mqtt;

fn main() {
    let host = "tcp://localhost:1883";
    let cli = mqtt::Client::new(host).unwrap();
    let conn_opts = mqtt::ConnectOptionsBuilder::new()
        .keep_alive_interval(std::time::Duration::from_secs(20))
        .clean_session(false)
        .finalize();
    let response = cli.connect(conn_opts).unwrap();
    println!("Connected to MQTT server: {:?}", response);

    let topic = "test/topic";
    let payload = "Hello, MQTT!";
    let message = mqtt::MessageBuilder::new()
        .topic(topic)
        .payload(payload)
        .qos(mqtt::QOS_1)
        .finalize();
    let response = cli.publish(message).unwrap();
    println!("Published MQTT message: {:?}", response);
}

在上面的示例代碼中，我們首先連接到MQTT服務器，然后創建了一個MQTT消息對象，并設置了消息主題、消息負載和消息服務質量等級。最后，我們使用MQTT客戶端對象來發布消息，并打印發布響應信息。

訂閱MQTT主題

在使用MQTT協議之前，我們需要先訂閱MQTT主題。以下是訂閱MQTT主題的示例代碼：

extern crate paho_mqtt as mqtt;

fn main() {
    let host = "tcp://localhost:1883";
    let cli = mqtt::Client::new(host).unwrap();
    let conn_opts = mqtt::ConnectOptionsBuilder::new()
        .keep_alive_interval(std::time::Duration::from_secs(20))
        .clean_session(false)
        .finalize();
    let response = cli.connect(conn_opts).unwrap();
    println!("Connected to MQTT server: {:?}", response);

    let topic = "test/topic";
    let qos = mqtt::QOS_1;
    let response = cli.subscribe(topic, qos).unwrap();
    println!("Subscribed to MQTT topic: {:?}", response);
}

在上面的示例代碼中，我們首先連接到MQTT服務器，然后創建了一個MQTT訂閱對象，并設置了訂閱主題和服務質量等級。最后，我們使用MQTT客戶端對象來訂閱主題，并打印訂閱響應信息。

同時發布和訂閱MQTT消息

在使用MQTT協議時，我們通常需要同時發布和訂閱MQTT消息。以下是同時發布和訂閱MQTT消息的示例代碼：

extern crate paho_mqtt as mqtt;

fn main() {
    let host = "tcp://localhost:1883";
    let cli = mqtt::Client::new(host).unwrap();
    let conn_opts = mqtt::ConnectOptionsBuilder::new()
        .keep_alive_interval(std::time::Duration::from_secs(20))
        .clean_session(false)
        .finalize();
    let response = cli.connect(conn_opts).unwrap();
    println!("Connected to MQTT server: {:?}", response);

    let topic = "test/topic";
    let qos = mqtt::QOS_1;
    let response = cli.subscribe(topic, qos).unwrap();
    println!("Subscribed to MQTT topic: {:?}", response);

    let payload = "Hello, MQTT!";
    let message = mqtt::MessageBuilder::new()
        .topic(topic)
        .payload(payload)
        .qos(mqtt::QOS_1)
        .finalize();
    let response = cli.publish(message).unwrap();
    println!("Published MQTT message: {:?}", response);

    for message in cli.start_consuming() {
        println!("Received MQTT message: {:?}", message);
    }
}

在上面的示例代碼中，我們首先連接到MQTT服務器，然后創建了一個MQTT訂閱對象，并設置了訂閱主題和服務質量等級。接著，我們創建了一個MQTT消息對象，并使用MQTT客戶端對象來發布消息。最后，我們使用MQTT客戶端對象來接收消息，并打印接收到的消息。

斷開MQTT服務器連接

在使用MQTT協議之后，我們需要斷開與MQTT服務器的連接。以下是斷開MQTT服務器連接的示例代碼：

extern crate paho_mqtt as mqtt;

fn main() {
    let host = "tcp://localhost:1883";
    let cli = mqtt::Client::new(host).unwrap();
    let conn_opts = mqtt::ConnectOptionsBuilder::new()
        .keep_alive_interval(std::time::Duration::from_secs(20))
        .clean_session(false)
        .finalize();
    let response = cli.connect(conn_opts).unwrap();
    println!("Connected to MQTT server: {:?}", response);

    cli.disconnect(None).unwrap();
    println!("Disconnected from MQTT server.");
}

在上面的示例代碼中，我們首先連接到MQTT服務器，然后使用MQTT客戶端對象來斷開與MQTT服務器的連接，并打印斷開連接信息。

進階使用

在本節中，我們將介紹如何使用Rust語言和paho-mqtt模塊實現MQTT協議的進階應用。我們將提供2個示例，分別是：

1. 1. 使用SSL/TLS連接MQTT服務器
2. 2. 使用認證機制連接MQTT服務器

使用SSL/TLS連接MQTT服務器

在使用MQTT協議時，我們通常需要使用SSL/TLS協議來保證通信安全。以下是使用SSL/TLS連接MQTT服務器的示例代碼：

extern crate paho_mqtt as mqtt;
extern crate rustls;

use std::fs::File;
use std::io::BufReader;
use std::sync::Arc;

fn main() {
    let host = "ssl://localhost:8883";
    let cli = mqtt::Client::new(host).unwrap();

    let mut config = rustls::ClientConfig::new();
    let cert_file = &mut BufReader::new(File::open("cert.pem").unwrap());
    config.root_store.add_pem_file(cert_file).unwrap();
    let tls = Arc::new(rustls::ClientSession::new(&Arc::new(config), host));

    let conn_opts = mqtt::ConnectOptionsBuilder::new()
        .keep_alive_interval(std::time::Duration::from_secs(20))
        .ssl_options(mqtt::SslOptionsBuilder::new()
            .ssl_version(mqtt::SslVersion::TlsV1_2)
            .server_name_indication(host)
            .build(tls))
        .clean_session(false)
        .finalize();
    let response = cli.connect(conn_opts).unwrap();
    println!("Connected to MQTT server: {:?}", response);
}

在上面的示例代碼中，我們首先創建了一個MQTT客戶端對象，并指定了使用SSL/TLS協議連接MQTT服務器的地址。然后，我們創建了一個SSL/TLS配置對象，并從PEM文件中加載證書。接著，我們創建了一個SSL/TLS會話對象，并使用SSL/TLS配置對象和MQTT服務器地址來初始化會話對象。最后，我們創建了一個連接選項對象，并設置了心跳間隔、SSL/TLS選項和會話清除標志。我們使用連接選項對象連接到MQTT服務器，并打印連接響應信息。

使用認證機制連接MQTT服務器

在使用MQTT協議時，我們通常需要使用認證機制來保證通信安全。以下是使用認證機制連接MQTT服務器的示例代碼：

extern crate paho_mqtt as mqtt;

fn main() {
    let host = "tcp://localhost:1883";
    let cli = mqtt::Client::new(host).unwrap();

    let username = "user";
    let password = "password";
    let conn_opts = mqtt::ConnectOptionsBuilder::new()
        .keep_alive_interval(std::time::Duration::from_secs(20))
        .user_name(username)
        .password(password)
        .clean_session(false)
        .finalize();
    let response = cli.connect(conn_opts).unwrap();
    println!("Connected to MQTT server: {:?}", response);
}

在上面的示例代碼中，我們首先創建了一個MQTT客戶端對象，并指定了MQTT服務器的地址。然后，我們創建了一個連接選項對象，并設置了心跳間隔、用戶名、密碼和會話清除標志。我們使用連接選項對象連接到MQTT服務器，并打印連接響應信息。

總結

在本教程中，我們介紹了如何使用Rust語言和paho-mqtt模塊實現MQTT協議的應用。我們提供了幾個基礎應用的示例代碼，包括連接MQTT服務器、發布MQTT消息、訂閱MQTT主題、同時發布和訂閱MQTT消息和斷開MQTT服務器連接。