目录

1 概述2 MQTT Broker概述2.1 MQTT协议简介2.2 开源MQTT Broker的重要性3 主流开源MQTT Broker比较3.1 EMQX3.2 Mosquitto3.3 NanoMQ3.4 其他开源MQTTBroker4 性能与功能对比4.1 连接能力与吞吐量4.2 协议支持与扩展性4.3 安全性与认证机制4.4 集群与高可用性5 选择指南5.1 应用场景考虑5.2 资源需求评估5.3 社区活跃度与支持6 部署与最佳实践6.1 快速启动指南6.2 性能优化建议

概述

在物联网(IoT)与消息传递领域，MQTT协议因其轻量级、低带宽占用及高稳定性而备受青睐。作为MQTT协议的核心组件之一，Broker的选择对系统的整体性能与可靠性至关重要。本文将深度剖析三款主流开源MQTT Broker——EMQX、Mosquitto与NanoMQ，从功能、性能、扩展性及社区支持等方面进行对比。

MQTT Broker概述

MQTT协议简介

MQTT (Message Queuing Telemetry Transport) 是一种 轻量级、基于发布-订阅模式的消息传输协议 ，专为资源受限的设备和低带宽、高延迟或不稳定的网络环境设计。它采用 异步通信模型和发布/订阅模式 ，支持大规模设备连接和实时数据传输，在物联网、智能家居等领域广泛应用。

MQTT的核心特点是 轻量级、简单、开放和易于实现 ，使其能在各种受限环境中发挥重要作用，如机器与机器(M2M)通信和物联网(IoT)。这种协议特别适合于需要在低功耗设备和不可靠网络中进行可靠数据传输的场景。

开源MQTT Broker的重要性

在物联网和实时通信领域，开源MQTT Broker扮演着至关重要的角色。它们不仅推动了MQTT技术的创新和发展，还显著提升了协议的功能、可扩展性和互操作性。开源MQTT Broker的灵活性和定制性使得开发者能够根据特定需求进行修改和优化，从而更好地适应多样化的物联网应用场景。这种开放性促进了技术创新和最佳实践的分享，加速了整个行业的发展进程。

主流开源MQTT Broker比较

EMQX

EMQX是一款 高性能、可扩展的开源MQTT Broker ，专为满足大规模物联网和实时数据处理需求而设计。作为业界领先的MQTT消息服务平台，EMQX以其出色的性能和丰富的功能在企业级应用中广受青睐。

性能与可扩展性

EMQX的突出优势在于其 卓越的性能和可扩展性 。它能够支持 千万级设备连接 ，并实现 每秒百万条消息的吞吐量 ，这一强大能力使其成为处理海量物联网数据的理想选择。EMQX采用 Erlang/OTP平台开发 ，充分体现了该技术栈在并发处理和分布式系统方面的优势。其独特的 分布式架构 允许通过简单地增加节点来横向扩展系统容量，满足不断增长的业务需求。

企业级功能

除了基础的MQTT功能外，EMQX还提供了丰富的 企业级高级功能 ：

数据集成 ：支持与40多种外部数据系统进行无缝对接，大大增强了其在复杂企业环境中的适应性。

可视化Flow设计器 ：允许用户通过直观的拖拽操作快速创建、测试和部署数据集成流程，大幅降低了开发和维护的复杂度。

集群连接 ：实现跨区域的无缝消息路由，显著增强了全球业务的高可用性和灾难恢复能力。

消息转换 ：支持对Topic、QoS、Payload等多个字段进行灵活转换，甚至集成了Schema编解码功能，极大提升了消息处理的灵活性和效率。

适用场景

EMQX的这些特性使其特别适合应用于 大型物联网平台、工业自动化、车联网 等对性能和可靠性要求较高的场景。例如，在智能交通系统中，EMQX可以实现实时路况监测、车辆位置追踪和预测性维护等功能，为城市交通管理提供强有力的支持。

通过这些先进的功能和优秀的性能，EMQX成功地将开源MQTT Broker推向了企业级应用的新高度，为物联网和实时数据处理领域带来了革命性的变革。

Mosquitto

Mosquitto是一款 轻量级、高效的开源MQTT Broker ，以其简约设计和低资源消耗而著称。作为Eclipse基金会旗下的项目，Mosquitto采用 单线程守护进程架构 ，巧妙运用epoll机制来处理大量并发连接。这种设计赋予了它在资源受限环境下出色的表现，特别适合部署在嵌入式设备或低规格服务器上。

Mosquitto的主要特点包括：

广泛的应用场景 ：从简单的家庭自动化系统到复杂的工业物联网平台，都能见到Mosquitto的身影。它在 低功耗传感器网络 中尤为突出，能够有效支持大量设备的可靠连接和数据传输。

轻量级设计 ：Mosquitto的资源占用极低，通常只需几十MB的内存就能运行，这对资源受限的环境尤为重要。

简单易用 ：安装和配置过程十分便捷，即使是MQTT新手也能快速上手。

然而，Mosquitto的单线程架构也带来了一些限制：

扩展性不足 ：单节点支持的并发连接数通常不超过10万，这对于大规模物联网部署可能不够。

不支持集群 ：缺乏内置的集群功能意味着难以通过简单方式实现负载均衡和故障切换。

企业级功能欠缺 ：如缺乏高级安全机制和数据持久化选项。

尽管如此，Mosquitto凭借其轻量级特性和广泛的应用场景，仍然是许多物联网项目和嵌入式设备的首选MQTT Broker。对于那些注重资源效率和简单性的开发者来说，Mosquitto无疑是一个极具吸引力的选择。

NanoMQ

NanoMQ是一款专为边缘计算场景设计的轻量级、高性能MQTT消息代理。作为EMQ公司的开源项目，NanoMQ于2020年发布，旨在解决物联网和工业物联网(IIoT)领域的边缘计算需求。

NanoMQ的核心设计理念体现在以下几个方面：

轻量化和高性能 ：采用纯C语言实现，基于NNG(network-next-generation)网络库构建。NNG是一个高性能、异步I/O的网络通信库，为NanoMQ提供了坚实的基础。这种设计使得NanoMQ能够在资源受限的边缘设备上高效运行，同时保持出色的性能。

异步I/O和多线程Actor模型 ：NanoMQ利用NNG的异步I/O特性，结合多线程Actor模型，实现了高效的并发处理能力。这种设计使得NanoMQ能够充分利用现代多核处理器的性能，特别是在处理大量并发连接和高吞吐量消息时表现出色。

高度可移植性 ：NanoMQ仅依赖于POSIX标准API，这使得它可以在几乎所有支持POSIX的平台上运行，包括x86_64、ARM、MIPS和RISC-V等多种CPU架构。这种广泛的兼容性极大地提高了NanoMQ在不同边缘计算环境中的适应性。

完整的MQTT协议支持 ：NanoMQ完全支持MQTT 3.1.1和MQTT 5.0协议，确保了与现有MQTT生态系统的兼容性。值得一提的是，NanoMQ还率先引入了MQTT over QUIC的支持，进一步提高了在网络不稳定环境下的消息传输效率和可靠性。

边缘计算优化功能 ：为了更好地适应边缘计算的需求，NanoMQ提供了一些专门针对边缘场景的功能：

消息持久化 ：在网络中断时保存关键业务数据，待网络恢复后自动上传。

MQTT桥接 ：支持将边缘设备产生的消息桥接到多个云平台，实现云边协同。

多协议支持 ：除MQTT外，还支持ZeroMQ、nanomsg、NNG和WebSocket等多种协议，增加了在复杂边缘环境中的适应性。

这些特性使得NanoMQ特别适合部署在资源受限的边缘设备上，如工业现场的网关、智能家居控制器或车载系统等。通过在这些设备上部署NanoMQ，可以实现高效的数据采集、本地预处理和云边协同，从而提高整个物联网系统的性能和可靠性。

其他开源MQTTBroker

在介绍了EMQX、Mosquitto和NanoMQ之后，我们来看看其他值得关注的开源MQTT Broker：

VerneMQ ：一款采用Erlang/OTP开发的高性能、分布式MQTT Broker。它支持 LevelDB进行消息持久化 ，并采用了基于Plumtree库的集群架构。虽然理论上具有良好的可扩展性，但在实践中仍面临一些挑战，如 网络分裂和数据一致性问题 。

HiveMQCommunityEdition ：作为HiveMQ的免费版本，它保留了许多企业级功能，如 完整的MQTT5.0协议支持 和 强大的安全性设置 。HiveMQCE的一个独特之处在于其 模块化设计 ，允许用户根据需要选择性地启用或禁用特定功能，从而优化资源使用。

这些额外的选项为开发者提供了更多样化的选择，可以根据项目的具体需求来挑选最适合的MQTT Broker。

性能与功能对比

连接能力与吞吐量

在MQTT Broker的性能比较中，连接能力和消息吞吐量是两个关键指标。EMQX和NanoMQ在这两方面展现出卓越的性能，尤其在大规模物联网部署中表现突出。

EMQX

EMQX在连接能力和吞吐量方面表现优异。通过大规模分布式测试，EMQX成功实现了 单集群1亿并发连接 和 每秒100万消息吞吐 的惊人成绩。这一成就得益于EMQX 5.0版本引入的新型Mria数据库和改进的数据复制逻辑，显著提升了系统的水平扩展能力。

EMQX的性能优势源于其独特的架构设计：

Mria数据库 ：采用网状+星型拓扑结构，提高数据复制效率。

Core节点 ：负责事务处理和数据存储。

Replicant节点 ：被动复制数据，提高读操作效率。

这种设计不仅提高了系统的整体性能，还增强了其在大规模部署中的稳定性。

NanoMQ

相比之下，NanoMQ虽然定位为边缘计算场景的轻量级Broker，但在性能方面同样表现出色。在一项基准测试中，NanoMQ展现了令人印象深刻的性能：

在单节点部署的情况下，NanoMQ实现了250,000条消息/秒的吞吐量，平均延迟仅为14.07毫秒。

考虑到NanoMQ的轻量级特性，这一性能表现尤为可观。

值得注意的是，NanoMQ的性能优势部分归因于其采用的 异步I/O和多线程Actor模型 设计。这种设计充分利用了现代多核处理器的并行处理能力，使得NanoMQ能够在资源受限的边缘设备上实现高效的并发处理。

性能对比

通过对比EMQX和NanoMQ的性能数据，我们可以得出以下结论：

性能指标EMQXNanoMQ最大并发连接数1亿N/A最高消息吞吐量100万条/秒25万条/秒平均延迟N/A14.07毫秒

这些数据清楚地表明，EMQX更适合处理大规模物联网部署，而NanoMQ则在边缘计算场景中表现出色，尤其是在对延迟敏感的应用中。

协议支持与扩展性

在MQTT Broker的协议支持和扩展性方面，EMQX和NanoMQ展现出了各自的优势和特色。这两款Broker不仅在MQTT协议版本支持上表现出色，还在其他协议兼容性和插件扩展能力方面提供了丰富选项，以满足不同场景下的多样化需求。

MQTT协议版本支持

EMQX和NanoMQ都提供了全面的MQTT协议支持：

BrokerMQTT版本支持EMQX3.1.1和5.0NanoMQ3.1.1和5.0

MQTT 5.0的引入带来了多项重要改进，包括：

共享订阅 ：显著提升负载均衡和容错能力

主题别名 ：减少消息头部大小，提高传输效率

消息属性 ：增强消息的灵活性和可扩展性

这些新增特性为MQTT在物联网和实时通信领域的应用开辟了更广阔的空间。

其他协议支持

除了MQTT，EMQX和NanoMQ还支持多种其他协议，以满足不同场景的需求：

EMQX ：支持CoAP、HTTP(S)、WebSocket等协议，提供丰富的数据接入和转发选项。

NanoMQ ：支持ZeroMQ、nanomsg、NNG和WebSocket等协议，特别适合边缘计算环境。

值得注意的是，NanoMQ率先引入了 MQTT over QUIC 的支持。QUIC是一种面向UDP的低延迟传输协议，它的引入有望显著提高在网络条件不稳定环境下的消息传输效率和可靠性。这一创新特别适合于移动设备或卫星通信等场景，为MQTT在更广泛领域的应用铺平道路。

扩展性

在插件扩展能力方面，EMQX和NanoMQ采取了不同的策略：

EMQX ：采用模块化设计，提供丰富的插件生态系统。用户可以通过插件市场获取各种功能模块，如：

数据持久化 ：支持多种数据库系统

安全认证 ：提供多种认证方式

消息路由 ：实现复杂的消息流转规则

NanoMQ ：虽然体积较小，但也提供了灵活的扩展机制。用户可以通过编写自定义插件来扩展功能，如：

添加新的协议适配器

实现特定的业务逻辑处理

这种设计使得NanoMQ能够在保持轻量级的同时，满足特定场景下的定制化需求。

安全性与认证机制

在MQTT Broker的安全性方面，EMQX和NanoMQ都提供了强大的机制来保护通信和数据。这些机制主要包括 TLS/SSL加密 和 访问控制列表(ACL) ，确保只有授权的设备和用户能够访问特定的主题和执行特定的操作。

TLS/SSL加密

EMQX和NanoMQ都支持 TLS/SSL加密 ，这是保护MQTT通信安全的重要手段。通过使用加密套件，如TLS_ECDHE_RSA_WITH_AES_256_GCM_SHA384，这些Broker能够确保数据在传输过程中的机密性和完整性。此外，它们还支持 双向认证 （mTLS），进一步增强了安全性。在mTLS模式下，客户端和服务器都需要提供数字证书，这有效防止了中间人攻击。

访问控制列表(ACL)

在访问控制方面，EMQX和NanoMQ都实现了 基于主题的ACL 。这种机制允许管理员精确控制哪些客户端可以访问哪些主题。ACL规则通常包含三个要素：

客户端标识符 ：唯一标识MQTT客户端的字符串。

主题模式 ：定义客户端可以访问的主题范围。

操作权限 ：指定客户端在特定主题上允许执行的操作类型。

例如，一条典型的ACL规则可能是：

allow client sensor001 to publish to sensors/temperature

这条规则允许标识符为”sensor001″的客户端在”sensors/temperature”主题上发布消息。

EMQX和NanoMQ还支持使用 通配符 来定义更灵活的ACL规则。常见的通配符包括”+”（匹配单个层级）和”#”（匹配任意多个层级）。这使得管理员能够创建适用于多个主题的通用规则，简化了配置过程。

值得注意的是，EMQX在其企业版中还提供了更高级的安全特性，如 动态ACL 和 细粒度的权限控制 。这些特性允许根据客户端的属性、地理位置等因素动态生成ACL规则，进一步增强了系统的安全性和灵活性。例如，可以根据客户端的IP地址或设备类型来限制其访问权限，这在大型物联网部署中尤为重要。

集群与高可用性

在MQTT Broker的高可用性和分布式部署方面，EMQX和NanoMQ展现了各自的优势和特点。这两款Broker都在集群管理和故障恢复方面提供了强大的支持，但它们的具体实现方式有所不同。

EMQX

EMQX在集群部署方面表现突出。它采用了 分布式集群架构 ，能够实现 自动发现和加入集群 的功能。这种设计大大简化了大规模部署的过程，使得系统能够根据需要动态扩展。EMQX的集群功能还包括：

脑裂自动愈合 ：当网络分区导致集群分裂时，系统能够自动检测并重新同步各个节点的状态，最终达到一致的状态。

分布式共享订阅 ：这项功能显著提升了系统的负载均衡和容错能力。

NanoMQ

相比之下，NanoMQ虽然主要定位于边缘计算场景，但在高可用性方面也做出了精心设计。它通过 消息持久化 功能来增强系统的可靠性。即使在网络中断的情况下，NanoMQ也能保存关键业务数据，并在网络恢复后自动上传。这种设计特别适合于网络条件不稳定或可能存在频繁中断的边缘环境。

值得注意的是，EMQX和NanoMQ在故障恢复机制上采取了不同的策略：

EMQX ：采用基于Erlang/OTP平台的 热升级 功能，允许在不停机的情况下进行软件升级和配置变更。这意味着系统可以在保持服务连续性的同时，及时修复bug或更新功能。

NanoMQ ：虽然没有明确提及类似的热升级机制，但它的小巧设计和轻量级架构使得重启操作更为快捷，减少了因维护而导致的服务中断时间。

通过这些特性，EMQX和NanoMQ分别在大规模分布式部署和边缘计算场景中提供了可靠的高可用性解决方案，满足了不同应用场景的需求。

选择指南

应用场景考虑

在选择MQTT Broker时，需要根据具体的应用场景和需求来进行权衡。不同的Broker有着各自的优劣势，适用于不同的环境和用途。以下是根据不同应用场景的推荐：

边缘计算场景

NanoMQ是专门为边缘计算场景设计的轻量级MQTT Broker。它具有以下优势：

资源占用低 ：特别适合资源受限的边缘设备

高性能 ：单节点可实现250,000条消息/秒的吞吐量，平均延迟仅为14.07毫秒

高度可移植性 ：支持多种CPU架构（x86_64、ARM、MIPS、RISC-V）

MQTT over QUIC ：提高在网络不稳定环境下的消息传输效率和可靠性

NanoMQ的这些特性使其特别适合部署在工业现场的网关、智能家居控制器或车载系统等边缘设备上。

大规模物联网部署

EMQX是更佳的选择。EMQX的优势包括：

高并发连接能力 ：单集群支持1亿并发连接

高吞吐量 ：每秒可处理百万级MQTT消息

分布式架构 ：支持水平扩展，满足不断增长的业务需求

企业级功能 ：提供数据集成、可视化Flow设计器等高级功能

EMQX的这些特性使其特别适合处理大规模物联网数据，如智慧城市、工业物联网等场景。

嵌入式设备

Mosquitto是更好的选择。Mosquitto的特点包括：

轻量级 ：资源占用极低，通常只需几十MB的内存就能运行

简单易用 ：安装和配置过程简单，适合资源受限的环境

广泛的应用场景 ：从简单的家庭自动化系统到复杂的工业物联网平台都能应用

Mosquitto的这些特性使其特别适合部署在资源受限的嵌入式设备上，如低功耗传感器网络。

通过综合考虑这些因素，您可以根据您的具体需求选择最适合的MQTT Broker，以确保您的物联网应用能够高效、可靠地运行。

资源需求评估

在选择MQTT Broker时，资源需求评估是一个关键因素。不同Broker对硬件和系统资源的要求差异较大，直接影响其在特定环境下的适用性。本节将重点分析EMQX、Mosquitto和NanoMQ这三种主流开源MQTT Broker的资源需求，帮助读者根据自身实际情况做出明智选择。

EMQX

EMQX作为一款高性能、可扩展的MQTT Broker，其资源需求相对较高。具体而言：

资源类型需求描述CPU较高，特别是处理大量并发连接和高吞吐量消息时内存可能需要GB级别的RAM，取决于连接数和消息量存储至少10GB磁盘空间，用于安装和数据存储网络高带宽和低延迟，以支持大规模消息传输

EMQX的资源需求与其强大的性能密切相关。例如，为了支持 千万级设备连接 和 每秒百万条消息的吞吐量 ，系统需要足够的CPU和内存资源来处理大量的并发连接和消息。此外，EMQX的分布式架构虽然提高了系统的可扩展性，但也增加了网络通信的开销，因此对网络基础设施的要求较高。

Mosquitto

相比之下，Mosquitto的资源需求要低得多。作为一个轻量级的MQTTBroker，Mosquitto在资源利用方面表现出色：

资源类型需求描述CPU极低，适合资源受限环境内存通常只需几十MB就能运行存储几十MB足以安装和运行网络低带宽要求，适合不稳定网络环境

Mosquitto的低资源需求使其成为 嵌入式设备和资源受限环境 的理想选择。例如，在一个由数百个低功耗传感器组成的网络中，Mosquitto可以轻松运行在一台小型单板计算机上，无需额外的硬件投资。

NanoMQ

NanoMQ在资源需求方面介于EMQX和Mosquitto之间。作为一款专为边缘计算设计的Broker，NanoMQ在资源利用效率上有其独特优势：

资源类型需求描述CPU中等，适合边缘设备内存MB级别，比EMQX低但高于Mosquitto存储几十MB即可，支持消息持久化网络适中，支持MQTT over QUIC

NanoMQ的资源需求特点反映了其在边缘计算场景中的定位。它能够在资源受限的边缘设备上高效运行，同时保持较好的性能。例如，在一个工业物联网应用中，NanoMQ可以部署在工厂车间的网关设备上，负责收集和转发来自各类传感器和控制器的数据，而无需额外的高性能服务器支持。

通过对比这三种MQTT Broker的资源需求，我们可以看出它们在不同应用场景中的适用性：

EMQX ：适合大型物联网平台和企业级应用

Mosquitto ：适合嵌入式设备和资源受限环境

NanoMQ ：适合边缘计算场景

选择合适的Broker不仅可以优化系统的性能和成本，还能为未来的扩展留下空间。在评估资源需求时，还需考虑系统的长期发展和潜在的性能瓶颈，以确保所选Broker能够满足未来的需求变化。

社区活跃度与支持

在选择MQTT Broker时，社区支持和活跃度是关键考量因素。EMQX在这方面表现突出，拥有超过10K的GitHub星数，更新频繁，文档完善，为企业级用户提供全面支持。Mosquitto虽星数较少，但作为Eclipse基金会项目，享有良好声誉和稳定贡献。NanoMQ作为新兴项目，正迅速获得关注，其社区规模和资源虽不及前两者，但发展势头强劲。选择时应考虑项目成熟度、社区响应速度和长期维护承诺，以确保持续的技术支持和未来发展潜力。

部署与最佳实践

快速启动指南

在部署MQTT Broker时，不同平台和环境需要采取相应的安装和配置方法。以下是几种主流Broker的快速启动指南：

EMQX ：

Linux一键安装：curl https://repos.emqx.io/install_emqx.sh | sudo bash

启动服务：sudo systemctl start emqx

Mosquitto ：

Debian/Ubuntu：sudo apt-get install mosquitto

Red Hat/CentOS：sudo yum install mosquitto

NanoMQ ：

下载二进制文件

解压后运行：./nanomq start

这些基本步骤可以帮助用户快速部署MQTT Broker，为进一步的配置和应用奠定基础。具体配置细节可能因平台和版本而异，建议参考官方文档获取最准确的指导。

性能优化建议

在部署MQTT Broker后，性能优化是确保系统高效运行的关键步骤。针对不同Broker，可采取以下针对性措施：

EMQX ：

优化Mnesia数据库 ：调整表大小和分区数量，提高查询效率。

启用缓存机制 ：减少数据库访问次数，提升响应速度。

Mosquitto ：

调整epoll参数 ：根据系统负载调整事件监听数量。

优化topic树结构 ：合理设计topic层次，减少内存占用。

NanoMQ ：

利用NNG网络库 ：充分发挥异步I/O优势，提高并发处理能力。

合理设置actor模型 ：平衡任务分配，避免资源竞争。

这些针对性优化措施可显著提升各Broker的性能，满足不同场景下的需求。在实施优化时，建议先进行小规模测试，再逐步推广至生产环境，以确保效果并及时发现问题。