lwIP MQTT 心跳 Bug 分析与修复

一、背景

       在使用 lwIP 内置 MQTT 客户端时，如果你用的是 2.2.0 之前的版本，很可能会遇到一个恼人的问题：客户端和服务器正常连接，但一段时间后 会话被 broker 踢掉。

比如常见的现象：

• Mosquitto / EMQX 日志显示客户端超时断开。

• lwIP 端没有主动调用 mqtt_disconnect()，却突然进入了 MQTT_DISCONNECTED 状态。

• 配置的 keep-alive 时间是 60s，但实际上 90s 左右就会掉线。

        经过排查，这其实是 心跳（keep-alive）定时逻辑的 bug。下面来分析一下原因，并给出解决方法

二、问题现象

        在 lwIP 2.1.x 的 mqtt.c 里，心跳定时逻辑在 mqtt_cyclic_timer() 中实现

if (client->keep_alive > 0) {
    client->server_watchdog++;
    
    if ((client->server_watchdog * MQTT_CYCLIC_TIMER_INTERVAL) > (client->keep_alive +             client->keep_alive / 2)) {
        mqtt_close(client, MQTT_CONNECT_TIMEOUT);
        restart_timer = 0;
    }

    /* keep-alive 超时检测 */
    if ((client->cyclic_tick * MQTT_CYCLIC_TIMER_INTERVAL) >= client->keep_alive) {
        // 发送心跳包 PINGREQ
        mqtt_output_append_fixed_header(&client->output, MQTT_MSG_TYPE_PINGREQ, 0, 0, 0, 0);
        client->cyclic_tick = 0;
    } else {
        client->cyclic_tick++;
    }
}

        看似合理，但这里有个细节：

• 只有在 else 分支中才会执行 cyclic_tick++。

• 如果进入 if (...) 发送了心跳包，就会直接 cyclic_tick = 0，漏掉了一次累加。

结果就是：

• 心跳计数器实际触发频率比预期低。

• PINGREQ 的发送比配置的 keep-alive 更晚。

• Broker 端在 1.5 倍 keep-alive 没收到心跳时，就会断开连接。

三、解决方法

        只需要在进入分支判断之前，提前增加一次 cyclic_tick：

client->cyclic_tick++; // 修复点：每个周期都先自增
if ((client->cyclic_tick * MQTT_CYCLIC_TIMER_INTERVAL) >= client->keep_alive) {
    mqtt_output_append_fixed_header(&client->output, MQTT_MSG_TYPE_PINGREQ, 0, 0, 0, 0);
    client->cyclic_tick = 0;
} else {
    client->cyclic_tick++;
}

   这样就保证了：

• 每次定时器调用，cyclic_tick 都会+1。

• 不会出现“少算一次”的情况。

• 心跳严格按照配置的 keep-alive 周期发送。

四、结论

• lwIP 2.1.x 版本的 MQTT 实现存在心跳 bug，导致 PINGREQ 延迟发送，broker 判定超时。

• 原因在于 cyclic_tick++ 的位置不对，导致计数器漏算。

• 解决办法：在 lwIP 2.2.0 中，官方已经调整了 mqtt_cyclic_timer() 的逻辑，把 cyclic_tick 的自增位置放到固定地方，避免了这个 bug。因此，如果你的项目允许，推荐直接升级 lwIP 到 ≥ 2.2.0。如果受限于平台或历史代码，直接修改 mqtt.c 中的计数逻辑也能解决问题。