gRPC Kotlin + MQTT Brokerでリアルタイムデーター配信

2021年5月24日

はじめまして、サーバー開発の J です。

新規プロジェクトの開発を担当しています。様々な技術を検討している段階ですが、チャット、キャラクターの移動情報…リアルタイム情報のデーター配信を gRPC Kotlin、MQTT（Message Queuing Telemetry Transport）Broker を組み合わせて実装してみました。その内容を紹介いたします。

概要

MQTT は TCP/IP による軽量なデーター配信プロトコルです。軽量、柔軟性、メッセージ品質調整… 様々なメリットがあり、複雑なロジックを組まず Pub/Sub 型データー配信ができるプロトコルです。

Pub/Sub 型データー配信は、ある topic （話題) にメッセージを publish （発行)、subscribe（講読）ができて、subscribe している多数のクライアントにデーターを配信することができます。

例えば、図のように MQTT Client A がある topic、topic/room/aaa に ”hello!” というメッセージをpublish すると、topic/room/aaa を subscribe していたクライアントは MQTT Broker を通して ”hello!” のメッセージを受信することになります。

ルーム（topic）、参加者（subscribe）、移動・チャット（publish）の例

構成

検討段階ではシンプルですが、今回試してみたサーバー構成です。

MQTT Broker

Pub/Sub 型データー配信にはメッセージブローカーが必要です。

MQTT Broker のサービス、アプリケーションは多くあります。

また、AWS IoT Core、Google Cloud IoT Core、Active MQ、Mosca などのライブラリを使ってアプリケーションサーバーに組み込むこともできます。
今回は Mosquittoを利用して実装しました。

Mosquitto（ https://mosquitto.org/ ）

gRPC Kotlin + Server Side MQTT Client

クライアントからリクエストの認証、ユーザー状態管理、ビジネスロジックの処理を行い MQTT Broker に publish, subscribe する役割です。アプリケーションサーバーは Kotlin gRPC で実装しています。
MQTT Broker にデーター配信する部分は spring-integration-mqtt を組み合わせで実装しました。

spring-integration-mqtt（ https://spring.pleiades.io/spring-integration/reference/html/mqtt.html ）

リアルタイム情報を配信する流れ

主なリアルタイムデーター配信する流れは下記のようになっています。

クライアントのアクションが発生してその情報を gRPC にリクエストする
（ルームに参加、チャットメッセージ送信、キャラクターの移動）
アプリケーションサーバーはリクエストをもらって認証処理、DB 処理を行う
gRPC レスポンスはリクエストによってルームの状態、subscribe する topic 情報などを返す
またアプリケーションサーバーでリクエストによって同じルームに接続しているクライアントにデーター配信が必要だと判断した場合は MQTT Broker に配信データーを publish する
topicをsubscribeしているクライアントはMQTT Broker経由でリアルタイム情報を受信して処理する

※ アプリケーションサーバーで MQTT Broker を subscribe している部分があります。上記の流れには書いてありませんが、MQTT とクライアントの接続が切れた時にルームの退室処理で利用しています。