如何开展大规模 MQTT 性能测试，稳定承载亿级设备同时在线？

从智能家居到工业互联网，从车联网到城市级感知网络， 物联网正让万物“对话”重塑生活。每天有数亿台设备和应用程序正在通过物联网系统发送和接收数据。面对海量设备及其产生的高速数据流，如何做好以 MQTT 为代表的物联网协议性能测试显得尤为重要。今天，我们来聊聊科学开展大规模 MQTT 性能测试的实践与方法。

01 MQTT 的工作原理

MQTT 是一种基于 TCP/IP 协议的即时通讯协议，采用发布-订阅模式。发布者发送消息，订阅者接收他们感兴趣的消息，代理服务器则负责将消息从发布者传递给订阅者。发布者和订阅者都是 MQTT 客户端，它们只能与 MQTT 代理服务器通信。

图：物联网传感器的 MQTT 发布和订阅模型图：物联网传感器的 MQTT 发布和订阅模型

MQTT 发布/订阅模式的特点

区别于传统的客户端-服务器模式，使用 MQTT 协议来传输数据，只需要建立一次TCP连接，然后就可以通过 MQTT 协议来传输数据，不需要每次都重新建立连接和发送头部信息，因此可以大大减少网络带宽的占用和连接的不稳定性。同时，MQTT 协议支持不同的QoS等级，可以确保数据的可靠传输，即使网络连接不稳定，也可以保证数据不会丢失。

02 MQTT 性能测试的重要性

大多数性能测试工具都是为HTTP API和传统Web流量设计的，而MQTT作为一种有状态、事件驱动的协议，其行为则有所不同：

• 必须跨数千个客户端处理持久连接
• 基于主题的消息分发增加了架构的复杂性
• 服务质量等级、保留消息和遗嘱消息引入了影响性能的变量

因此，大规模测试 MQTT 系统不仅仅关乎稳健性，还关乎可靠性、成本效益，以及避免在高风险环境中出现生产故障，忽视 MQTT 性能测试也可能导致企业过度配置基础设施。

03 常见的 MQTT 协议测试场景

i 并发连接上限

在高并发场景下，MQTT 的长连接机制需要占用并消耗 MQTT Broker 的一定资源，需要通过性能测试，验证现网环境在有限资源下能够承受的连接上限。

ii 消息吞吐量测试

测试在不同发布/订阅模式下（扇入/扇出场景）消息传输的性能，从而展示 QoS 级别和有效负载大小等因素对生产环境系统性能的实际影响

iii MQTT Broker 选型测试

物联网行业存在诸多的Broker，如Mosquitto、EMQX、HiveMQ等等，通过选型测试，可以帮助企业全面评估技术支持能力

04 如何开展规模化的 MQTT 性能测试？

测试方法

测试一：连接数上限测试

• 目标：探测 Broker 集群的最大稳定连接数
• 方法：逐步增加模拟设备连接数，直至无法建立新连接或大量已有连接异常断开
• 压测参数：根据业务需求模拟用户数，摸高模式，爬坡时间2分钟
• 指标要求：连接成功率 ≥ 99.9%，连接建立后保持稳定，无异常断开

测试二：消息吞吐量测试

• 目标：测量不同 QoS 模式下的消息吞吐量和延迟
• 方法：分别配置QoS 0、QoS 1、QoS 2 三种模式，使用有效载荷大小为 1KB 的消息进行一对一通信，逐步提高消息发布速率来增加工作负载，并在每种工作负载下运行 5 分钟
• 压测参数：梯度增压模式，起始百分比20%，单次增幅10%
• 指标要求：请求失败率<=0.1%, CPU负载低于80%，上下行带宽不超过网络带宽的80%

测试三：峰值流量稳定性测试

• 目标：测量业务峰值（如智慧城市交通早晚高峰、智能家居规律性交互等）场景的系统稳定性
• 方法：分别验证QoS 0、QoS 1、QoS 2 三种模式，通过浪涌压力模型，模拟真实业务场景瞬时峰值TPS
• 压测参数 ：浪涌模式，起始百分比10%，起始保压时长30秒，峰值百分比100%，峰值保压时长60秒
• 指标要求：CPU负载低于80%，上下行带宽不超过网络带宽的80%

MQTT 性能测试关键指标

05 测试工具推荐

区别于多数传统性能测试工具仅以 HTTP 为核心场景，优测全链路压力测试平台针对 MQTT 协议深度定制，相比常见的通用压测工具，优测在 MQTT 场景的独特优势体现在：

真正的“千万级并发”能力

通过弹性编排的压力机集群，支持同时维持千万级长连接与复杂QoS组合

测试数据准备极简

一键上传设备ID、鉴权凭据等信息即可作为测试数据直接使用，省去手工构造数据与脚本拼接的时间，缩短准备周期到分钟级。

深度可视化的报告

区别于普通工具简单罗列指标，优测压测报告提供深度的可视化分析与洞察，错误原因聚类排序及检索，性能基线及报告对比，直观展示性能瓶颈。

性能监控指标“一屏贯通”

无需另行搭Prometheus等监控栈，优测平台采集压力机与被测集群的CPU、内存、网络等系统负载数据，并与压测指标时间对齐，一个平台完成压测与观测。

弹性与成本友好

按需横向扩展压力机，跨云多地域发压，精细化控制连接密度与消息大小，优化带宽与资源成本。

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