一文搞懂ROS2的spin_some, spin和ROS的spinOnce_ros2 spinonce

目录

写在前面

1. ROS里的spin和spinOnce

1.1 回调机制浅析

1.2 为什么订阅话题时要指定queue_size?

1.3 设置queue_size的小技巧

1.4 spin和spinOnce用法总结：

2. ROS2里的spin_some和spin

2.1 揣摩一下spin和spin_some的官方注释

2.2 spin_some的一点小不同

最后的话

---

写在前面

ROS2有spin_some, spin，而ROS有spinOnce，spin，他们有什么区别和联系呢？

如果你学过ROS，那么只用看第一部分。

如果你直接学ROS2，也建议按顺序看，加深理解。

1. ROS里的spin和spinOnce

如果你刚接触ROS，很可能看过这份很详细的ROS官方教程，它提到spin和spinOnce的基本用法。但是，我估计，极大可能，看完你还是不明白两者有什么区别，又该如何去用。

ROS/Tutorials/WritingPublisherSubscriber(c++) - ROS Wiki

http://wiki.ros.org/ROS/Tutorials/WritingPublisherSubscriber%28c++%29别着急，我们把相关内容提取出来，品一品。

ros::spinOnce()

Calling ros::spinOnce() here is not necessary for this simple program, because we are not receiving any callbacks. However, if you were to add a subscription into this application, and did not have ros::spinOnce() here, your callbacks would never get called. So, add it for good measure.

上面这段话，摘自publisher的节点代码注释。

大意是，作为一个纯粹的、简单的publisher程序，不需要使用spinOnce()，因为它不执行任何回调。但是，如果想在这个程序里增加订阅功能，而不使用spinOnce(), 回调将不会产生。

ros::spin() 

ros::spin() enters a loop, calling message callbacks as fast as possible. Don't worry though, if there's nothing for it to do it won't use much CPU. ros::spin() will exit once ros::ok() returns false, which means ros::shutdown() has been called, either by the default Ctrl-C handler, the master telling us to shutdown, or it being called manually.

这段话，摘自subscriber的节点代码注释。

大意是，spin()进入一个无限循环，会尽可能快地执行消息的回调。但是，不需要担心CPU占用问题，因为没事干的时候，它并不怎么消耗CPU资源。有好几个方法可以触发spin()的退出，比如ros:ok()返回false（通常来自ros::shutdown()调用结果，可来自ctrl-c句柄，或手动调用）。

1.1 回调机制浅析

我们大概捋一捋背后的原理。

首先，只有使用了回调函数的node才需要使用spin或spinOnce。通常是需要订阅topic的node。

但是，消息订阅器Subcriber只是为topic指定了callback函数。当程序接收到该topic后，并没有立即执行callback函数，而是把callback函数放到了一个回调函数队列中。我们可以认为，每收到一个topic，就会将相应的callback函数进入队列中，它们函数名相同，只是实参不同。

那么，什么时候才会执行回调函数队列里的callback函数呢？

这就要借助ros::spin()和ros::spinOnce()了。

当spinOnce函数被调用时，系统会处理回调函数队列队首的callback函数，执行完后退出。所以，这会有一个问题。由于任何回调函数队列的长度是有限的，如果发布器发送数据的速度太快，队列里的旧数据会被覆盖掉。当spinOnce函数调用的频率太低，就会导致数据的丢失。

而spin函数，也可以调用回调函数队列里的callback函数。与spinOnce不同的是，即便回调函数队列为空，它不会退出，而是循环地等待回调函数队列里有新任务。一旦队列有了callback函数，它就会马上去执行。如果没有的话，它就会继续阻塞。

是的，spin()会导致node进入阻塞状态，但是别担心，它占用不了多少CPU资源。

1.2 为什么订阅话题时要指定queue_size?

在订阅某个话题时，会指定queue_size参数。它是回调函数列表的长度。订阅话题时，有订阅缓存区；发布话题时，有发布缓存区，他们限制了缓存队列的长度。

那么，为什么有这个参数呢？

对于某个订阅的话题，如果发布频率很快，而回调函数中处理时间很长，或者因为spinOnce执行的频率过低，那么，在这段处理的时间窗口里，会收到一些已订阅的话题内容，这些topic内容又会触发产生相应的回调任务，这些回调任务来不及处理，只能进入队列，也就是订阅缓冲区。

等到执行spin函数，或再次执行spinOnce时，系统会再次处理队列中的回调任务。

如果缓存区足够大，偶尔回调函数执行超时，还可以在缓冲区内保存历史话题信息，确保信息不会丢失。但是，如果缓存区不够大，或者回调函数处理时间持续超时，那么，免不了会出现缓冲区溢出。此时，缓存区中最久远的回调任务将丢失，新的回调任务补充进来。

也就是说，缓冲区是个FIFO先进先出的队列。

1.3 设置queue_size的小技巧

通常，如果对实时性要求高，想每次处理最新的发布信息，那么，queue_size可以设置为1，这样每一次的回调处理的都是最新的话题。

如果queue_size是0，则表明回调函数队列是无穷大。如果不想错过所有发布的话题，可以将queue_size设置的稍微大一点，相应地也占用更多的资源。

ros::spinOnce()执行频率是5Hz，而所订阅的话题频率是10Hz，通俗地说，两次执行spinOnce的间隔时间内，话题发布了两次，那么，很明显，缓冲区的队列长度一定要大于2，才又可能保证数据不丢失。

当然，这样依然没法确保信息不丢失，只能说是“有可能保证不丢失数据”。因为回调函数可能执行的时间很长等等。这就是另外一个问题，不在本文总结的范围内。

 

1.4 spin和spinOnce用法总结：

1）千万不要认为，只要指定了回调函数，系统就会自动触发它。只有当程序执行到了ros::spin()或者ros::spinOnce()，才能真正使回调函数生效。

2）程序执行到ros::spin()之后，会一直去话题订阅缓冲区中查看有没有回调函数。如果有，则处理回调函数；否则，继续查看并且等待。所以，当程序执行了ros::spin()之后，就会持续等待回调函数，不处理其他任务。也就是说，在ros::spin()后面的代码没机会执行了。

3）当程序执行到ros::spinonce()时，会去话题订阅缓冲区中查看有没有回调函数。如果有，就马上处理一个回调函数并退出；否则，就退出这个指令，执行后续的代码。

4) ros::spinOnce比ros::spin()更加灵活，常用于手动写循环，可以放在程序的任何位置下，但是需要考虑spinOnce执行频率与所订阅话题的发布频率之间的关系。而spin()就比较粗暴，反正一直在等话题产生，只要注意回调函数不持续超时，或者确保订阅缓冲区足够大就好

2. ROS2里的spin_some和spin

ros2中并没有spinOnce，取而代之的时spin_some。

我们可以简单理解为，ROS1和ROS2的spin()函数用法相同，spin_some()与ROS1 ros::spinOnce()用法相同。

2.1 揣摩一下spin和spin_some的官方注释

spin()

Create a default single-threaded executor and spin the specified node.
Do work periodically as it becomes available to us. Blocking call, may block indefinitely.

spin()创建一个默认的单线程执行器，服务于指定的节点。它生效后，周期运行。无限阻塞状态。

spin_some()

Create a default single-threaded executor and execute any immediately available work.
Complete all available queued work without blocking.

This function can be overridden. The default implementation is suitable for a single-threaded model of execution. Adding subscriptions, timers, services, etc. with blocking callbacks will cause this function to block (which may have unintended consequences).
 

spin()创建一个默认的单线程执行器，立即处理有效的回调任务，处理队列里所有的任务，但不阻塞。从截至到这里的描述来看，确实与ROS1的spinOnce功能相似。

然后，第二段说，这个功能可以重写！它的默认实现适用于执行单线程。当增加订阅的话题、计时器、服务以及阻塞式回调功能后，可能会导致这个“原本非阻塞”的功能也阻塞起来，并带来不可预知的后果。

这也没啥，我们知道这些就好了。

就我的理解，通俗地说，spin_some和spinOnce最大的不同是，前者一旦开始干活，要尽可能地去处理订阅缓冲区内的有效回调；而后者spinOnce开始干活后，只处理队列最前面的一个回调。

2.2 spin_some的一点小不同

使用spin_some有些小细节要注意了，以C++为例。

spin_some后带有参数node，该参数类型为rclcpp::Node类型的智能指针，而在使用spinOnce时，其 this指针指向的是我们自定义的某个类，即rclcpp::Node的一个子类，因此，直接带入this指针，rclcpp::spin_some(this)会报类型不匹配。

正确的用法是，在上下文新创建一个rclcpp::Node的智能指针，并指向其子类对象this，即

rclcpp::Node::SharedPtr node_(this); // 创建基类指针，指向子类对象this
rclcpp::spin_some(node_); // 运行正常

最后的话

所谓阻塞，就是函数一旦进入角色，就困在自己的世界出不来。比如spin。

所谓非阻塞，就是该干活的时候干活，该休息的时候休息。每次干活只干一件，那是spinOnce；一旦有机会干，可以多干，那是spin_some。

就到这里。

希望对你有所帮助。

原文转载：https://blog.csdn.net/slampai/article/details/127992755

 如过冒犯，请联系删除！