Суточный журнал: массив объектов и цена вложенности

Журнал наблюдений за теплицей я неделю вёл в блокноте: час — строка, температура, свет. Когда дошли руки до платы, та же таблица перекочевала в JSON по образцу пакета с массивом readings — такой скелет мы собирали в уроке про пакет для сервера. Проблема всплыла через сутки работы: на Uno документ начинал задыхаться, хотя строка пакета выглядела скромной — полкилобайта с хвостом. Разгадка сидела в форме записей: каждая строка журнала стала объектом, и каждый объект притащил в пул свои слоты — одни лишь ключи повторились двадцать четыре раза по три штуки.

Механику сборки мы уже проходили: плоские поля — присваиваниями в уроке про создание JSON, вложенные группы — в уроке про вложенную сериализацию. Новое здесь — цена: сколько байтов пула стоит этаж вложенности и почему массив объектов на сутки упирается в потолок Uno, при том что его строка на вид безобидна.

План такой: скелет суточного журнала из объектов; сборка кольца на двадцать четыре записи на настоящей плате; арифметика слотов на пальцах; симулятор с окном, которое растёт ручкой, — и таблица решений, когда вложенность оправдана, а когда дешевле плоские массивы.

Журнал выглядит так: в корне один ключ rows, под ним массив, а в массиве — записи-объекты {"h":13,"t":24.6,"lux":51}. h — час от начала суток, t и lux — показания. Форма дружелюбна к принимающей стороне: сервер читает запись целиком, поля не связаны позицией, новая колонка добавляется без переезда всего протокола. Плоский вариант — два массива t и lux рядом — короче на проводе, но связность теряется: пятая температура и пятое освещение держатся только на общем индексе, и после первой же дыры в потоке вы будете гадать, что именно пропустило кольцо.

В шестой версии библиотеки массив создаёт createNestedArray, запись-объект — createNestedObject на массиве; в седьмой та же работа пишется короче: doc["rows"].to<JsonArray>() и rows.add<JsonObject>(). Один уровень мы уже строили, здесь добавляется глубина: объект лежит не в корне, а внутри массива, и каждый его член платит слотами в общем пуле. Сколько именно — считаем сразу после кода.

Кольцо — тот же приём, что в уроке про график из ста точек: свежие записи пишутся поверх старых, head шагает по модулю, zapol помнит, сколько записей набралось. До первых суток пакет честно короткий — везёт только то, что успело скопиться. Ключевая строка — doc.clear() перед сборкой: без него в v6 копятся прошлые составы, и пакет растёт сам по себе. Такт держит millis без delay, и константа часа обязана быть длинной: 3600000 не влезает в int, суффикс UL тут страховка от сюрпризов арифметики с millis.

Пачка печатается целиком и сразу: serializeJson в Serial, следом счётчик measureJson. Для суток почасово строка выходит около полукилобайта — при 9600 бод это полсекунды канала раз в час, вполне терпимо. Но строка — не память: следом считаем пул, и там цифры жёстче в несколько раз.

Пул документа живёт слотами: на 32-битных платах слот стоит порядка шестнадцати байт, на восьмибитных AVR — примерно вдвое меньше. Элемент массива занимает один слот. Член объекта — два: слот на ключ и слот на значение, даже когда ключ-литерал хранится ссылкой и своей строки в пуле не держит. Строковые значения добавляют сверху свою длину с терминатором, числа сидят прямо в слоте. Та же бухгалтерия лежит в основе урока про расчёт ёмкости — здесь доводим её до вложенности.

Считаем наш журнал на AVR. Массив из двадцати четырёх элементов — двадцать четыре слота. Каждая запись — три члена по два слота, шесть на запись; на сутки — сто сорок четыре. Плюс ключ rows в корне — два слота. Итого около ста семидесяти слотов, на AVR это порядка тысячи трёхсот байтов пула. Плоская пара массивов — сорок восемь слотов на элементы плюс пара ключей: около четырёхсот. Разница примерно втрое, и платит её ключ: двенадцать повторов трёх коротких слов на каждый час суток.

Провод дорожает по той же причине: пакет-объекты — около пятисот тридцати байтов против ста пятидесяти у плоских массивов, цену точки мы уже считали в уроке про график. Вывод у меня простой: массив объектов — формат для приёмника, который разбирает сам и на большой памяти; плоские массивы — для Uno на отправке. В седьмой версии макросы JSON_OBJECT_SIZE и JSON_ARRAY_SIZE остались достоянием шестой — ёмкость теперь меряют живьём: собираете макет журнала и печатаете measureJson, цифра заменяет салфетку. Методика с запасом на слоты разобрана в уроке про размер документа.

На больших платах вся эта бухгалтерия — спорт ради привычки. На ESP8266 со свободными сорока килобайтами журнал на сутки объектами уже честный, на ESP32 можно копить неделю и не заметить: слот вдвое шире, но куча перестаёт его считать. Спрашивать цену этажа стоит там, где плата маленькая — ровно там, где вложенность красивее всего смотрится в коде. Привязывайте расчёт к плате, а не к языку: на Mega с восемью килобайтами тот же скелет живёт без окна и без плоских компромиссов.

Разбор симулятора: окно из шести записей — это около сорока четырёх слотов, на AVR порядка трёхсот пятидесяти байтов пула, и в строке это видно: bayt_json колеблется около ста сорока. Передвиньте окно на единицу — пакет подрастает на двадцать с небольшим байтов, по цене одной записи с тремя членами. Кнопка pretty показывает этажи: два пробела на уровень — и видно, что каждый объект записи сидит внутри массива, а массив внутри корня.

Честная оговорка про движок: строить вложенные структуры присваиваниями он не умеет, поэтому пакет склеивается строкой и разбирается deserializeJson — печатаемый документ совпадает с тем, что на плате собирают to<JsonArray>() и add<JsonObject>() из код-блока. Светодиод загорается, когда окно набрано и разбор сошёлся; в коде плата ставит его по тем же условиям. Красивая лесенка хороша в мониторе, а цену красоты в байтах мы считали отдельно в уроке про serializeJsonPretty — в канал она не едет.