引言
随着物联网(IoT)设备的广泛部署，MQTT（Message Queuing Telemetry Transport）作为一种轻量级的消息协议，因其高效、低带宽占用和易于实现等优点，成为了IoT设备间通信的首选。在MQTT中，主题(Topic)是消息传递的关键概念之一，它定义了消息发布者与订阅者之间的通道。今天我们就来深入探讨一下MQTT中的主题以及如何利用通配符来优化消息过滤。
一、什么是 MQTT 主题
- 在MQTT中，主题是一种层次结构的字符串，用于确定消息的路由路径。每个主题由一个或多个用斜杠(/)分隔的主题级别组成，例如home/livingroom/temperature。发布者将消息发送到特定主题，而订阅者则可以订阅感兴趣的主题以接收消息。主题是区分大小写的，并且不包含空格或其他特殊字符。
主题设计的最佳实践
- 简洁明了：尽量保持主题简洁，避免过长。
- 逻辑清晰：使用有逻辑意义的主题层级帮助识别信息类型或来源。
- 灵活可扩展：考虑未来可能的扩展性，设计足够通用的主题结构。
通配符介绍
为了提高消息订阅的灵活性，MQTT提供了两种类型的通配符：单层通配符(+)和多层通配符(#).
单层通配符(+): 可以用来替换主题中的某一级别。例如，订阅
home/+/temperature将会匹配home/livingroom/temperature和home/kitchen/temperature，但不会匹配home/livingroom/kitchen/temperature。多层通配符(#)： 位于主题过滤器的末尾，可以匹配剩余的所有层级。比如，订阅
home/#将会匹配home/livingroom/temperature、home/kitchen/temperature甚至home/livingroom/kitchen/temperature。以 $ 开头的主题： 有些MQTT Broker的系统主题就是以
$SYS/开头的注意：通配符只能用于订阅，不能用于发布消息的主题。
使用通配符的实际应用案例
1、智能家居
假设我们正在构建一个智能家居系统，其中需要监控不同房间的温度、湿度等环境数据。通过合理使用通配符，我们可以轻松地设置一些通用的订阅规则：
- 订阅
home/+/temperature来获取家中所有房间的温度信息。 - 或者使用
home/livingroom/#来收集客厅内所有类型的数据。
- 订阅
这种方式不仅简化了代码，还提高了系统的灵活性和可维护性。
2、充电桩
充电桩的上行主题格式为 ocpp/cp/${cid}/notify/${action}，下行主题格式为 ocpp/cp/${cid}/reply/${action}。
ocpp/cp/cp001/notify/bootNotification
充电桩上线时向该主题发布上线请求。ocpp/cp/cp001/notify/startTransaction
向该主题发布充电请求。ocpp/cp/cp001/reply/bootNotification
充电桩上线前需订阅该主题接收上线应答。ocpp/cp/cp001/reply/startTransaction
充电桩发起充电请求前需订阅该主题接收充电请求应答。
3、即时消息
chat/user/${user_id}/inbox一对一聊天：用户上线后订阅该收件箱主题 ，将能接收到好友发送给自己的消息。给好友回复消息时，只需要将该主题的
user_id换为好友的的 id 即可。chat/group/${group_id}/inbox群聊：用户加群成功后，可订阅该主题获取对应群组的消息，回复群聊时直接给该主题发布消息即可。
req/user/${user_id}/add添加好友：可向该主题发布添加好友的申请（
user_id为对方的 id）。
接收好友请求：用户可订阅该主题（user_id为自己的 id）接收其他用户发起的好友请求。resp/user/${user_id}/add接收好友请求的回复：用户添加好友前，需订阅该主题接收请求结果（
user_id为自己的 id）。
回复好友申请：用户向该主题发送消息表明是否同意好友申请（user_id为对方的 id）。user/${user_id}/state
用户在线状态：用户可以订阅该主题获取好友的在线状态。
二、MQTT 主题常见问题及解答
1、主题的层级及长度有什么限制吗？
- 答：对于主题的总长度（包括所有层级和斜杠），不同的MQTT代理可能有不同的限制。一些常见的MQTT代理如Mosquitto默认允许的最大主题长度为65535字节。因此，在使用时最好查阅所使用的MQTT代理的相关文档以了解其具体限制。
2、MQTT主题是否区分大小写？
- 答：是的，MQTT主题是区分大小写的。例如，Home/Light和home/light被视为两个不同的主题。
3、MQTT主题的最大长度是多少？
- 答：对于主题的总长度（包括所有层级和斜杠），不同的MQTT代理可能有不同的限制。一些常见的MQTT代理如Mosquitto默认允许的最大主题长度为65535字节。因此，在使用时最好查阅所使用的MQTT代理的相关文档以了解其具体限制
4、通配符可以在发布消息时使用吗？
- 答：不可以，通配符只能用于订阅消息，不能用于发布消息的主题。这意味着你不能向一个包含通配符的主题发布消息。
5、通配符订阅会不会影响性能？
答： 使用通配符订阅确实会增加代理的匹配复杂度，尤其是在大规模连接或高频率消息发布的环境中。虽然现代MQTT Broker优化较好，但在性能敏感场景下仍需谨慎使用。
实际应用案例： 某智慧城市项目中，10万个路灯节点上报状态至各自独立主题如
city/street/light/00001/status。如果监控中心使用通配符订阅city/street/light/#来获取所有灯的状态，可能会造成较大的资源消耗。解决方案：
- 对于高频采集的数据，建议使用特定主题分组聚合；
- 或使用边缘计算节点先做本地汇总，再统一上传；
- 对于低频或非关键数据，才考虑通配符订阅。
6、重叠订阅了普通主题和通配符主题时如何接收消息?
- 答：假如客户端同时订阅了 # 和 test 主题，当向 test 主题发送消息时，是否会收到两条重复消息？这取决于 MQTT broker 的实现，例如 EMQX 会为每个匹配的订阅发送消息。但是用户可以使用 MQTT 5.0 中的订阅标识符来区分消息来源，然后在客户端中根据订阅标识符来处理这类重复的消息。
7、常见的 MQTT 主题使用建议有哪些？
- 不建议使用
#订阅所有主题； - 不建议主题以
/开头或结尾，例如/chat或chat/； - 不建议在主题里添加空格及非 ASCII 特殊字符；
- 同一主题层级内建议使用下划线
_或横杆-连接单词（或者使用驼峰命名）； - 尽量使用较少的主题层级；
- 当使用通配符时，将唯一值的主题层（例如设备号）越靠近第一层越好。例如，
device/00000001/command/#比device/command/00000001/#更好。
8、如何有效地使用单层（+）和多层（#）通配符？
- 答：单层通配符（+）用来匹配单一层级的主题，而多层通配符（#）则必须位于主题过滤器的末尾，用来匹配多个层级的主题。合理使用这些通配符可以帮助更灵活地订阅感兴趣的消息，比如home/+/temperature会匹配任何房间的温度信息，而home/#则会匹配家中的所有信息。
9、如果订阅了一个不存在的主题会发生什么？
- 答：如果你订阅了一个当前没有任何发布者发送消息的主题，那么你将不会收到任何消息，直到有消息被发布到该主题。MQTT代理不会因为你订阅了未使用的主题而返回错误或警告。
10、能否通过主题实现远程控制设备？
答： 当然可以。MQTT支持双向通信，可以通过为主题设计控制指令通道来实现远程控制。
实际应用案例： 智能家居中，灯光控制器订阅如下主题：
1 | home/light/livingroom/control |
用户通过APP向该主题发送控制指令（如开/关、亮度调整等），设备接收到消息后执行对应操作。
示例消息内容：
1 | { |
类似地，还可以为风扇、窗帘、空调等设备设计类似的控制主题结构。
11. 如何防止主题被误用或滥用?
- 答： 可以通过权限管理（ACL）和命名规范来限制谁可以发布或订阅哪些主题。
- 实际应用案例： 在工业物联网平台中，每个工厂车间有各自的命名空间，如：
1 | factory/plantA/line1/data |
系统通过MQTT Broker配置访问控制列表（ACL），确保Plant A的操作人员只能访问plantA相关主题，避免越权访问。
同时，对命令类主题（如 /control）设置更高权限，防止未经授权的设备发起控制操作。
12、如何用主题实现设备状态反馈？
- 答： 可以为每台设备定义一个“状态”主题，用于反馈其运行状态或错误信息。
- 实际应用案例： 在物流车队管理系统中，每辆车都有一个状态主题，例如：
1 | vehicle/bus001/status |
车载终端定时发布位置、速度、油量、故障码等信息，监控中心订阅这些主题以实时掌握车辆状况。
如果某辆车出现故障，可通过专用主题如：
1 | vehicle/bus001/alert |
发送警报通知，以便快速响应。
三、结语
- 理解和正确使用MQTT的主题与通配符对于开发高效的物联网应用至关重要。它们使得我们可以更智能地管理和筛选来自大量设备的信息流，从而为用户提供更加个性化的服务体验。希望本文能帮助你更好地掌握这些概念，并在实际项目中加以运用。
