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使用 Electron 通过 MQTT.js 连接到部署 ​

本文主要介绍如何在 Electron 项目中使用 MQTT，完成一个简单的 MQTT 桌面客户端并实现客户端与 MQTT 服务器的连接、订阅、取消订阅、收发消息等功能。

前置准备 ​

获得 MQTT 服务器 ​

  • 使用 EMQX 提供的免费公共 MQTT 服务器（仅支持单向认证），该服务基于 EMQX 的全托管的 MQTT 消息云服务创建。服务器连接信息如下：

    • 连接地址: broker.emqx.io
    • TCP 端口: 1883
    • TCP SSL/TLS 端口：8883
    • WebSocket 端口: 8083
    • WebSocket TLS/SSL 端口: 8084

  • 您也可以自己创建 EMQX Cloud 部署，待部署状态为运行中，点击部署卡片进入概览页面便可获取相关连接信息。此外，您还需在部署的 认证鉴权 > 认证 页面中设置用户名和密码，用于后续的连接验证。

创建 Electron 应用 ​

Electron 是由 GitHub 开发的一个开源框架。它允许使用 Node.js（作为后端）和 Chromium（作为前端）完成桌面 GUI 应用程序的开发。Electron 现已被多个开源 Web 应用程序应用于跨平台的桌面端软件开发，著名项目包括 GitHub 的 Atom，微软的 Visual Studio Code，Slack 的桌面应用等。^1

一个基础的 Electron 包含三个文件：package.json（元数据）、main.js（代码）和 index.html（图形用户界面）。框架由 Electron 可执行文件（Windows 中为 electron.exe、macOS 中为 electron.app、Linux 中为 electron）提供。开发者可以自行添加标志、自定义图标、重命名或编辑 Electron 可执行文件。

新建项目的方式有很多种，以下简单列举几种：

  • 手动创建，在自建项目目录下执行以下操作

    shell
    cd your-project

npm init

npm i -D electron@latest

    并参考以下文档中的步骤进行项目搭建。

    地址：https://www.electronjs.org/docs/tutorial/first-app

  • 通过官方提供的 electron-quick-start 模版项目进行快速开发

    地址：https://github.com/electron/electron-quick-start

    shell
    # Clone this repository
  git clone https://github.com/electron/electron-quick-start
  # Go into the repository
  cd electron-quick-start
  # Install dependencies
  npm install
  # Run the app
  npm start

  • 通过 electron-react-bolierplate 的模板项目进行快速开发构建，该模版可使用 React.js 进行开发

    地址：https://github.com/electron-react-boilerplate/electron-react-boilerplate

    shell
    git clone --depth 1 --single-branch https://github.com/electron-react-boilerplate/electron-react-boilerplate.git your-project-name
cd your-project-name
yarn

  • 通过 electron-vue 进行项目的快速开发构建，将配合使用 vue-cli 工具进行项目初始化，该方法可使用 Vue.js 进行开发

    地址：https://github.com/SimulatedGREG/electron-vue

    shell
    # Install vue-cli and scaffold boilerplate
npm install -g vue-cli
vue init simulatedgreg/electron-vue my-project

# Install dependencies and run your app
cd my-project
yarn # or npm install
yarn run dev # or npm run dev

本文为方便快速搭建示例项目，将使用官方提供的 electron quick start 项目模板进行项目初始化构建。

安装依赖 ​

通过命令行安装

shell
npm install mqtt --save

安装依赖完成后，如需打开控制台进行调试，需要在 main.js 文件中修改代码，将 win.webContents.openDevTools() 取消注释。

javascript
// Open the DevTools.
mainWindow.webContents.openDevTools()

如此时未使用前端构建工具对前端页面进行打包构建的话，无法直接在 renderer.js 中加载到本地已经安装的 MQTT.js 模块。除使用构建工具方法外，还提供另外三种解决方法：

  1. 可以在 webPreferences 中设置 nodeIntegration 为 true，当有此属性时, webview 中将具有 Node 集成, 并且可以使用像 require 和 process 这样的 node APIs 去访问低层系统资源。 Node 集成默认是禁用的。

    javascript
    const mainWindow = new BrowserWindow({
  width: 800,
  height: 600,
  webPreferences: {
    nodeIntegration: true,
    preload: path.join(__dirname, 'preload.js'),
  },
})

  2. 可以在 preload.js 中进行引入 MQTT.js 模块操作。当没有 node integration 时，这个脚本仍然有能力去访问所有的 Node APIs, 但是当这个脚本执行执行完成之后，通过 Node 注入的全局对象（global objects）将会被删除。

  3. 可以在 main 主进程中引入 MQTT.js 并进行连接操作，使用 Electron 的 IPC 机制来实现不同的进程间相互通信。在 Electron 中，主进程使用 ipcMain，渲染进程使用 ipcRenderer 模块，通过开发人员定义的“通道”传递消息来进行通信。 这些通道是 任意 （您可以随意命名它们）和 双向 （您可以在两个模块中使用相同的通道名称）的。欲了解用法示例，请查看进程间通信（IPC）教程。

连接 ​

为更直观表达，示例的关键连接代码将在 renderer.js 文件中编写，考虑到安全问题，将使用上文中如何引入 MQTT.js 里的方法 2，在 preload.js 文件中通过 Node.js API 的 require 方法加载已安装的 MQTT 模块，并挂载到全局的 window 对象中。

注意： 自 Electron 12 以来，默认开启了上下文隔离（contextIsolation），虽然预加载脚本与其附着的渲染器共享同一个全局的 window 对象，但是并不能从中直接附加任何变动到 window 上。

因此我们需要先在 webPreferences 中设置 contextIsolation: false 来关闭：

js
const mainWindow = new BrowserWindow({
    width: 800,
    height: 600,
    webPreferences: {
      preload: path.join(__dirname, 'preload.js'),
      contextIsolation: false; // Version 12.0.0 above are enabled by default
    }
  })

这样在 renderer.js 中，便可以直接访问已加载的模块：

  • 引入 MQTT 模块
javascript
// preload.js
const mqtt = require('mqtt')
window.mqtt = mqtt

通过 TCP 端口连接 ​

通过以下代码设置客户端 ID、用户名及密码，客户端 ID 应具有唯一性。

js
const clientId = "emqx_vue3_" + Math.random().toString(16).substring(2, 8);
const username = "emqx_test";
const password = "emqx_test";

通过以下代码建立客户端与 MQTT Broker 的连接。

js
const client = mqtt.connect("mqtt://broker.emqx.io:1883", {
  clientId,
  username,
  password,
  // ...other options
});

通过 TCP TLS/SSL 端口连接 ​

启用 TLS/SSL 加密时，连接参数选项与通过 TCP 端口建立连接一致，您只需注意将协议改为 mqtts，且匹配正确的端口号即可。

通过以下代码建立客户端与 MQTT Broker 的连接。

js
const client = mqtt.connect("mqtts://broker.emqx.io:8883", {
  clientId,
  username,
  password,
  // ...other options
});

通过 WebSocket 端口连接 ​

MQTT-WebSocket 统一使用 /path 作为连接路径，连接时需指明，而 EMQX Broker 使用的路径为 /mqtt。

因此使用 WebScoket 连接时，除了需要修改端口号以及切换协议为 ws 之外，您还需要加上 /mqtt 路径。

通过以下代码建立客户端与 MQTT Broker 的连接。

js
const client = mqtt.connect("ws://broker.emqx.io:8083/mqtt", {
  clientId,
  username,
  password,
  // ...other options
});

通过 WebSocket TLS/SSL 端口连接 ​

启用 TLS/SSL 加密时，连接参数选项与通过 WebSocket 端口建立连接一致，您只需注意将协议改为 wss，且匹配正确的端口号即可。

通过以下代码建立客户端与 MQTT Broker 的连接。

js
const client = mqtt.connect("wss://broker.emqx.io:8084/mqtt", {
  clientId,
  username,
  password,
  // ...other options
});

订阅和发布 ​

订阅主题 ​

设置将要订阅的主题及对应 QoS 等级（可选），并调用 MQTT.js subscribe 方法进行订阅操作。

https://github.com/mqttjs/MQTT.js#mqttclientsubscribetopictopic-arraytopic-object-options-callback

javascript
function onSub() {
  if (client.connected) {
    const { topic, qos } = subscriber
    client.subscribe(
      topic.value,
      { qos: parseInt(qos.value, 10) },
      (error, res) => {
        if (error) {
          console.error('Subscribe error: ', error)
        } else {
          console.log('Subscribed: ', res)
        }
      }
    )
  }
}

取消订阅 ​

取消订阅的时候，需要传递不再需要订阅的主题和对应的 QoS（可选）。

https://github.com/mqttjs/MQTT.js#mqttclientunsubscribetopictopic-array-options-callback

javascript
function onUnsub() {
  if (client.connected) {
    const { topic } = subscriber
    client.unsubscribe(topic.value, (error) => {
      if (error) {
        console.error('Unsubscribe error: ', error)
      } else {
        console.log('Unsubscribed: ', topic.value)
      }
    })
  }
}

消息发布 ​

发布消息时需要告知 MQTT Broker 对应的主题及消息内容。

https://github.com/mqttjs/MQTT.js#mqttclientpublishtopic-message-options-callback

javascript
function onSend() {
  if (client.connected) {
    const { topic, qos, payload } = publisher
    client.publish(topic.value, payload.value, {
      qos: parseInt(qos.value, 10),
      retain: false,
    })
  }
}

接收消息 ​

javascript
// 在 onConnect 函数中
client.on('message', (topic, message) => {
  const msg = document.createElement('div')
  msg.className = 'message-body'
  msg.setAttribute('class', 'message-body')
  msg.innerText = `${message.toString()}\nOn topic: ${topic}`
  document.getElementById('article').appendChild(msg)
})

断开连接 ​

客户端主动断开连接

https://github.com/mqttjs/MQTT.js#mqttclientendforce-options-callback

javascript
function onDisconnect() {
  if (client.connected) {
    client.end()
    client.on('close', () => {
      connectBtn.innerText = 'Connect'
      console.log(options.clientId + ' disconnected')
    })
  }
}

测试验证 ​

此时我们配合一款同样使用 Electron 编写的 MQTT 5.0 客户端工具 - MQTTX 进行消息的收发测试。

使用 MQTTX 向客户端发送一条消息时，可以看到能正常接收到消息：

electronmessage.png

使用自己编写的客户端向 MQTTX 发送一条消息，此时可以看到 MQTTX 也能正常接收到消息：

mqttx.png

更多内容 ​

至此， 我们就完成了使用 Electron 创建一个简单的 MQTT 桌面客户端的过程，并模拟了客户端与 MQTT 服务器进行订阅、收发消息、取消订阅以及断开连接的场景。可以在 MQTT-Client-Electron 页面下载完整的示例源码，同时也欢迎前往 MQTT Client 示例页面探索更多其他语言的 Demo 示例。

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