Обрыв связи как state-машина: экспонента вместо delay(5000)

Роутер у меня дома перезагружается сам: провайдер ставит обновление каждую ночь около четырёх. Гаражный узел на ESP32 жил со скетчем, где в главном цикле стоял delay(5000) после каждой публикации. Температуру он показывал исправно, а кнопка света в приложении срабатывала через раз. Разбор вёл в тупик, пока я не посчитал окно глазами: пять секунд после публикации callback — функция, которой брокер приносит команды, — не работал вовсе. Нажатие, попавшее в паузу, ждало до пяти секунд, а при неудачном тайминге умирало совсем: следующий пинг не успевал уйти в окно keepalive, и брокер резал соединение, которое скетч считал живым. Лаг до пяти секунд глаз замечает сам, и против него бессильны любые красивые анимации.

Совет с форумов — обернуть reconnect() — лечил следствие. Внутри while с delay(3000) плата стояла колом: датчик двери в гараже молчал, пока связь налаживалась, а связь налаживалась по кругу, если брокер лежал долго. Три темы на arduino.cc, которые я тогда перечитал, крутятся вокруг одной мысли: подключение — не пауза, а задача со своим состоянием.

В этом уроке переписываем восстановление связи как машину состояний: ONLINE и WAIT, попытка — один вызов connect, пауза между попытками растёт экспоненциально — 500, 1000, 2000, 4000, 8000 миллисекунд, вручную, без библиотек. Каждого перехода машина печатает строку в Serial: после ночи в мониторе читается вся история связи, как в чёрном ящике.

Название звучит академично, внутри же — один вопрос: где я сейчас и что делать дальше. ONLINE: соединение живо, крутится client.loop() и публикация по таймеру. WAIT: брокера нет, я жду свою минуту — метку nextTry. Ещё два события, попытка connect и отвал, — не состояния, а переходы, и я печатаю их отдельными строками: по меткам [ONLINE] и [WAIT] в журнале видно, где машина провела ночь. Механика millis здесь та же, что в уроке про millis вместо delay и кооперативном цикле: вместо паузы — отметка времени и проверка.

delay(5000) плох не сам по себе, а тем, что прячет. За пять секунд паузы входящая команда не разбирается, кнопки не опрашиваются, индикация замирает. И главное — keepalive: PubSubClient показывает признаки жизни внутри client.loop(), окно по умолчанию 15 секунд, мы считали его в уроке про keepalive и PingReq. Два delay по пять секунд плюс работа кода — и пинг балансирует на грани; брокер не видит пинга, закрывает соединение, а скетч продолжает публиковать в никуда и числиться мёртвым.

Экспоненциальная пауза собирается в две строки: waitMs = waitMs * 2 и потолок через if. Стартовая — 500 миллисекунд, короткая нарочно: моргающий Wi-Fi чаще всего возвращается за две-пять секунд, и первую попытку надо успеть почти сразу, чтобы дашборд ожил без ощутимой паузы. Каждая неудача удваивает паузу — 500, 1000, 2000, 4000, 8000 — дальше потолок восемь секунд. Успех сбрасывает значение на 500: следующая беда снова начнётся с быстрой реакции. Потолок нужен не плате, а брокеру: после его рестарта сотни клиентов с одинаковыми таймерами ломанутся одним залпом, и экспонента с потолком этот шторм размазывает во времени.

Почему состояний всего два, а не пять, — честный вопрос. Этаж Wi-Fi живёт ниже: у сети свой статус, свой автореконнект и своя логика, и смешивать их в одной машине я перестал после того, как два вечера чинил переход, которого в природе не существовало. Машина соединения отвечает ровно за одно — вижу ли я брокера; розетка, роутер и DHCP для неё погода. Такая узость не беда, а достоинство: два состояния можно нарисовать на бумаге, и нарисованное сходится с кодом строка в строку.

Порядок этажей тот же, что в уроке про публикацию с ESP32: сначала Wi-Fi, потом брокер. В условии попытки стоит проверка WiFi.status() == WL_CONNECTED — пока сети нет, connect бессмыслен: у Wi-Fi свой автореконнект, и это отдельная история на этаж ниже. Сама попытка — ровно один вызов client.connect(): библиотека ждёт ответа до MQTT_SOCKET_TIMEOUT, по умолчанию это 15 секунд, поэтому никакого while внутри — иначе loop снова превращается в чёрную дыру, только прилично выглядящую.

Печати переходов — моя любимая часть машины. После ночи с шатающейся связью в мониторе читается всё: когда отвалилась, сколько попыток съела, где сбросилась на 500. Полчаса строк [WAIT] подряд — мёртвый брокер, а не флап Wi-Fi, и это видно с первого взгляда, если держать печати в формате журнала с уровнями. Отдельный бонус — поиск виновника по ритму: строка [WAIT] каждые восемь секунд означает, что брокер жив, а вот роутер между вами — нет.

Библиотечные менеджеры соединений я для первых проектов не люблю и не скрываю: в двадцати строках машины каждое состояние видно глазами, отладка — Serial, а не отладчик. Граница применимости честная: когда в проекте заводится несколько задач с дедлайнами, менеджер с его автоматикой экономит время; до этого момента ручная машина прозрачнее. Копилку импульсов и жизнь датчиков во время отвала рядом разбирали в уроке про reconnect без блокировки — там же потолок backoff для батарейных узлов.

Считать время возврата удобно по паузам. Лучший случай: связь моргнула на секунду — первая попытка через 200 миллисекунд подключает сразу, и пользователь ничего не замечает. Средний: роутер перезагружается минуту — машина успевает сделать четыре-пять попыток и подключается на первой же после возврата сети. Худший: брокер лежит час — пауза стоит на потолке 8000 миллисекунд, попыток за час выходит около четырёхсот пятидесяти, и брокер этого почти не чувствует. Три сценария, три цены — и все приемлемые; именно так я проверяю параметры экспоненты, прежде чем выкатывать их на прод.

Машина из двадцати строк ставится в любой скетч раздела: состояние, метка, две ветки. Датчики и кнопки живут вне if (state == ST_ONLINE) — сетевые события их не останавливают, и это главный признак того, что машина собрана правильно: если хотя бы одна лампочка ушла под сетевое условие, блокировка вернулась на чужих правах.

И последнее — про мигалку статуса. Светодиод в симуляторе горит ровно в сети и моргает в паузе: это не украшение, а самый дешёвый способ узнать состояние узла из-за угла шкафа. Ровно горит — соединение живо, моргает — машина в WAIT и считает паузу, не горит — питания нет. Три состояния, ноль байтов трафика.

Следующая ступень — датчик с длинным циклом: DHT22, публикация раз в тридцать секунд и интервал, который меняется командой из брокера — без перепрошивки и снятия платы с балкона.