最强梳理！MQTT和HTTP协议的区别是什么?

MQTT(Message Queuing Telemetry Transport，消息队列遥测传输)和HTTP(HyperText Transfer Protocol，超文本传输协议)是两种常用的网络通信协议，它们在设计和应用上有一些显著的区别。

MQTT是一种轻量级的、基于发布/订阅模式的消息传输协议，专为低带宽、不可靠网络环境下的物联网设备设计。它由IBM和Arcom(现为Eurotech)于1999年共同开发，并于2013年成为OASIS(结构化信息标准促进组织)的标准。MQTT协议的核心设计理念是简洁高效，以最小的资源消耗实现设备间的可靠通信。

MQTT协议：

设计目标：MQTT是一种轻量级的、基于发布/订阅模式的消息传输协议，专为物联网(IoT)和远程通信设计。

通信模式：MQTT使用发布/订阅模型，消息发布者将消息发送到特定的主题，订阅者根据主题接收消息。

数据传输：支持双向通信，但更侧重于服务器向客户端的消息推送。

网络效率：MQTT设计了多层消息质量等级，以适应不同的网络环境，非常适合不稳定的网络。

带宽消耗：由于其精简的消息格式和心跳机制，MQTT对带宽的消耗非常低。

HTTP协议：

设计目标：HTTP是一种用于传输超文本的应用层协议，主要用于分布式、协作式、超媒体信息系统。

通信模式：HTTP使用请求/响应模型，客户端发送请求到服务器，服务器响应请求并返回数据。

数据传输：通常是基于客户端的请求进行数据传输，服务器被动响应。

网络效率：HTTP通常不考虑网络的不稳定性，它假设网络是可靠的。

带宽消耗：HTTP请求和响应通常包含更多的元数据，因此对带宽的消耗相对较高。

应用场景：

MQTT应用场景：

物联网设备：如智能家居、工业自动化、车辆监控等，设备通过MQTT协议发送传感器数据。

消息推送服务：如即时通讯应用的消息推送，使用MQTT协议实现实时通信。

远程监控系统：如远程医疗监控、环境监测等。

HTTP应用场景：

网页浏览：用户通过浏览器访问网站，使用HTTP协议获取网页内容。

API调用：服务器和客户端之间的数据交换，如社交媒体、在线支付等。

文件传输：如FTP客户端通过HTTP协议上传和下载文件。

MQTT协议和HTTP协议是两种广泛应用于不同领域的通讯协议。尽管它们都是基于TCP/IP协议栈的应用层协议，但在设计目的、应用场景、消息传递机制以及性能表现等方面存在显著差异。本文将深入探讨MQTT协议和HTTP协议之间的区别，以帮助读者更好地理解并选择适合其应用需求的协议。

一、协议设计及应用场景HTTP(HyperText Transfer Protocol，超文本传输协议)是为Web浏览设计的请求-响应协议。它支持丰富的功能，如内容协商、缓存、重定向等，非常适合于传统的Internet应用，如网页浏览、文件下载等。HTTP协议在头部信息、请求方法、状态码、URL等方面拥有极为丰富的特性，这些特性支撑起了现代互联网中的Web服务。

相比之下，MQTT(Message Queuing Telemetry Transport，消息队列遥测传输协议)是一种轻量级的、基于发布/订阅模式的通讯协议，它专为那些对网络、带宽以及电池供电有限的设备设计。MQTT协议简单、开放、易于实现，这些特点使它适用于各种受限环境，如机器与机器(M2M)通信和物联网(IoT)等。MQTT协议广泛应用于移动通信、智能家居、工业自动化等领域，通过卫星链路通信传感器、偶尔拨号的医疗设备、智能家居中的小型化设备等，MQTT协议都展现出了其强大的适用性。

二、消息传递机制HTTP协议采用直接请求和响应模式，一次HTTP通信需要一个完整的请求/响应周期。在这种模式下，发送者和接收者需要同时在线以交换信息。这种机制在提供Web服务时表现良好，但当用于大量设备同时上线和发送信息时，将导致延时和带宽问题。

MQTT协议则采用发布/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。在MQTT协议中，消息不是直接从发送器发送到接收器(即点对点)，而是由MQTT服务器(或称为MQTT Broker)分发的。这意味着发送者和接收者不需要同时在线以交换信息，这是一个巨大的优势。此外，MQTT还支持离线消息和遗嘱消息功能，进一步增强了其消息传递的灵活性和可靠性。

三、数据传输效率及开销HTTP协议的首部(header)比较大，而且每次发送数据都要发送一个数据包来连接/断开TCP，因此发送的数据越多，数据总通信量也就越大。此外，HTTP协议在处理大量设备同时上线和发送信息时，会导致延时和带宽问题。

MQTT协议则通过最小化数据包的大小来提高数据传输效率。MQTT协议具有非常短的消息头，并且最小的包消息大小为2个字节。由于MQTT协议使用二进制数据格式，并且支持三种消息传输质量等级(至多一次、至少一次和确保一次交付)，它能够在网络条件受限的环境中表现出色。此外，MQTT协议还能在维持TCP连接的同时进行下一次数据的收发，从而进一步抑制数据总通信量。

四、服务质量及可靠性HTTP协议在传输数据时并不总是提供高传输保证。尽管HTTP/2和HTTP/3等新版本在性能上有所提升，但HTTP协议仍然面临着无状态特性引发的安全挑战，如跨站请求伪造(CSRF)或跨站脚本(XSS)攻击等。

MQTT协议则通过三种不同的服务质量等级来满足不同可靠性的需求。QoS 0级别会发生消息丢失或重复，消息发布依赖于底层TCP/IP网络;QoS 1级别承诺消息将至少传送一次给订阅者;QoS 2级别则保证消息仅传送到目的地一次。这些级别在发布时使用，确保了信息的准确传递。此外，MQTT协议还支持SSL/TLS加密传输和用户名密码认证等安全机制，进一步增强了其数据传输的安全性。

Q1: MQTT和HTTP之间有哪些主要的设计差异?

A1: MQTT是一个轻量级的发布-订阅协议，专为低带宽和不稳定网络环境设计。而HTTP是一个请求-响应协议，主要用于Web服务和浏览器间的交互。MQTT支持长连接，而HTTP通常是短连接。

Q2: MQTT是如何实现低带宽消耗的?

A2: MQTT的数据包头部非常小，大大减少了数据传输的开销。此外，它使用了发布-订阅模型，只有当数据发生变化时才会发送，而不是定期轮询。

Q3: 为什么说HTTP的头部开销大?

A3: HTTP的头部包含了许多元信息，如状态码、内容类型、Cookie和其他元数据。这些信息在每次请求和响应中都会被发送，尤其是在使用Cookies和其他会话信息时，其头部信息可能会相对较大。

Q4: 在什么场景下推荐使用MQTT而不是HTTP?

A4: 当网络环境不稳定、带宽有限或需要实时通信时，如物联网设备(智能家居、车辆通信)和移动应用，推荐使用MQTT。而对于需要丰富内容和多媒体支持的传统Web应用，HTTP可能更为合适。

总结：

MQTT和HTTP各有优势，选择哪种协议取决于你的具体需求。MQTT适合需要低带宽、高可靠性和实时消息传输的场景，而HTTP适合基于请求/响应模式的交互式通信，如网页浏览和API调用。在实际应用中，这两种协议往往可以互补使用，共同构建复杂的网络应用。